電動機控制與保護.

1、2010-Z01民用建筑電氣設計技術措施講座電動機控制與保護中建國際（深圳）設計顧問有限公司李炳華北京土木建筑學會電氣設計委員會北京電氣設計情報網(wǎng)2010.4.15目錄一、一般規(guī)定2二、電動機的啟動3三、低壓電動機的保護7四、低壓交流電動機的主回路13五、低壓交流電動機的控制回路28六、低壓交流電動機的節(jié)能要求31七、其它34239.2電動機控制與保護一、一般規(guī)定電動機有多種類型，根據(jù)有關資料介紹，電動機可以按下列原則進行分類。1 按工作電源類型分類：電動機可分為直流電動機和交流電動機。其中交流電動機還分為單相電動機和三相電動機。2 按結構及工作原理分類：電動機可分為異步電動機和同步電動機。同

2、步電動機還可分為永磁同步電動機、磁阻同步電動機和磁滯同步電動機。異步電動機可分為感應電動機和交流換向器電動機。感應電動機又分為三相異步電動機和單相異步電動機。交流換向器電動機又分為單相串勵電動機、交直流兩用電動機和推斥電動機。按結構及工作原理，直流電動機可分為無刷直流電動機和有刷直流電動機。有刷直流電動機可分為永磁直流電動機和電磁直流電動機。電磁直流電動機又分為串勵直流電動機、并勵直流電動機、他勵直流電動機和復勵直流電動機。永磁直流電動機又分為稀土永磁直流電動機、鐵氧體永磁直流電動機和鋁鎳鈷永磁直流電動機。3 按轉子的結構分類：電動機按轉子的結構可分為籠型感應電動機（舊標準稱為鼠籠型異步電動機

3、）和繞線轉子感應電動機（舊標準稱為繞線型異步電動機）。4 按運轉速度分類：電動機按運轉速度可分為高速電動機、低速電動機、恒速電動機、調(diào)速電動機。低速電動機又分為齒輪減速電動機、電磁減速電動機、力矩電動機等。調(diào)速電動機除可分為有級恒速電動機、無級恒速電動機、有級變速電動機和無極變速電動機外，還可分為電磁調(diào)速電動機、直流調(diào)速電動機、PWM變頻調(diào)速電動機和開關磁阻調(diào)速電動機。5 按啟動與運行方式分類：電動機可分為電容啟動式電動機、電容啟動運轉式電動機和分相式電動機。6 按用途分類：電動機可分為驅動用電動機和控制用電動機。驅動用電動機又分為電動工具（包括鉆孔、拋光、磨光、開槽、切割、擴孔等工具）用電動

4、機、家電（包括洗衣機、電風扇、電冰箱、空調(diào)器、錄音機、錄像機、影碟機、吸塵器、照相機、電吹風、電動剃須刀等）用電動機及其它通用小型機械設備（包括各種小型機床、小型機械、醫(yī)療器械、電子儀器等）用電動機?？刂朴秒妱訖C又分為步進電動機和伺服電動機等。7 按使用環(huán)境分類：電動機可分為普通電動機和特種電動機，例如用于有爆炸危險場所的防爆電動機，用于水下的防水電動機。這么多電動機在規(guī)范中沒有全部涵蓋，9.2-1說明了其適用范圍，即適用于一般用途的旋轉電動機，不適用于控制電動機、直線電動機及其它用途的特殊電動機，310kV異步電動機和同步電動機也超出本規(guī)范的要求。規(guī)范對電動機的功率和額定電壓也做出要求。下表

5、列出相關規(guī)范、標準電動機適用功率下限值和額定電壓上限值。相關規(guī)范、標準中電動機適用功率下限值和額定電壓上限值表9.2-1規(guī)范、標準額定功率下限值(kW)額定電壓上限值(V)名稱編號通用用電設備配電設計規(guī)范GB50055930.551000,10000民用建筑電氣設計規(guī)范JGJ/T16-92-500全國民用建筑設計技術措施(電氣)2003年版0.551000美國國家標準NEC19980.75-中小型三相異步電動機能效限定值及節(jié)能評價值GB18613-20020.55660從表中可以看出，電動機適用功率最小值定為0.55kW、額定電壓上限值定為1000V,有利于我國相關規(guī)范、標準之間相互配合、相互

6、銜接，并與國際標準接軌，同時，也考慮了我國現(xiàn)行電動機實際情況。二、電動機的啟動1 電動機啟動綜述電動機由靜止到轉動起來的過程，叫啟動過程。電動機啟動方式有很多種，在電動機啟動過程中，有兩點必須滿足：一是電動機的端子電壓不能太低，如果其端子電壓太低，電動機就不能提供足夠的轉矩，不能保證它所拖動的機械正常工作；第二，電動機啟動時，不能影響同一配電系統(tǒng)中其它用電設備的正常工作。為此，規(guī)范對交流電動機啟動時，其配電母線上的電壓做出如下規(guī)定：電動機啟動時母線上電壓的要求表9.2-2電動機啟動類型配電母線上的電壓/額定電壓的最小值頻繁啟動90%不頻繁啟動85%當電動機不與照明或其它對電壓波動敏感的負荷合用

7、變壓器，且不頻繁啟動時80%當電動機由單獨的變壓器供電時其允許值應按機械要求的啟動轉矩確定電動機頻繁啟動是指每小時啟動數(shù)十次以上。當電動機由單獨的變壓器供電時，形成了電動機變壓器組，這種供電形式在工業(yè)中經(jīng)常使用。yx2系列高效電動機-0.55-Y系列電動機-0.55-中也時有應用。例如，北京奧林匹克公園內(nèi)集中冷站，一臺冷凍機組為840kW，采用一臺1250kVA專用變壓器帶一臺冷凍機組，啟動時電動機可以滿足機組的啟動轉矩。有關資料介紹，電動機變壓器組接線形式，當電動機的容量不超過變壓器容量的80時，電動機可順利啟動。但本規(guī)范考慮電動機所拖動的機械的差異，沒有做出具體數(shù)值上的要求。2 籠型電動機

8、的全壓啟動全壓啟動也叫直接啟動，就是將額定電壓直接加到電動機定子繞組上。對電動機來說，全壓啟動設備簡單，操作方便，是最可靠、最簡單的啟動方式；對用戶來說，全壓啟動又最經(jīng)濟。只要電動機啟動過程中能滿足本規(guī)范9.2.2條1和2款的要求，應采用全壓啟動。圖9.2-1為籠型電動機直接啟動一次線路圖，元器件很少，連接點也少，接線非常簡單。圖(a)為斷路器接觸器熱繼電器結構，斷路器為電磁脫扣器；圖(b)為斷路器+接觸器，這時斷路器應配電子脫扣器，電子脫扣器具有過載保護功能；圖(c)為CPS構成的電動機全壓電路，按照IEC6094762(1997)、也子脫押強(c)(a)(b)圖9.2-1電動機直接啟動一次

9、線路GB14048.91998的規(guī)定，CPS為控制與保護開關電器，也就是說，將電動機的保護電器、控制電器、隔離電器等組合到一起的低壓電器?；\型電動機全壓啟動的第一個特點是啟動電流大、啟動時間短。電動機啟動瞬間，同步轉速n0=60f/P=0，轉差率s=(nO-n)/nO=l,電動機的轉速n=(l-s)60f/P=0o轉子繞組感應電動勢和電流都很大，轉子電流也隨之增大。一般籠型電動機的啟動電流約為額定電流57倍，啟動時間較短，約13s，這么短的時間內(nèi)電流便很快減小達到額定電流值，不足以使電動機發(fā)熱。因此，對電動機本身影響不大。要注意！某些工業(yè)上用的電動機屬于重載負荷，啟動時間長，極少數(shù)負荷啟動時間

10、可達30s,電動機的啟動對其本身會有些不良的影響?；\型電動機全壓啟動的第二個特點是啟動轉矩(Tst)小。同樣，剛啟動時，n0=60f/P=0,s=(n0-n)/n0=1，電動機的轉速n=(1-s)60f/P=0o轉子繞組感應電動勢和電流都很大，轉子電流很大，但功率因數(shù)cos2較小，因而啟動轉矩Tst并不大。通?；\型電動機啟動轉矩約為額定轉矩1.12.0倍，起重、冶金用的電動機啟動轉矩可達2.53倍額定轉矩。啟動轉矩太小，不利于帶負載啟動，或者延長電動機啟動的時間。3 籠型電動機的降壓啟動規(guī)范規(guī)定，“當不符合全壓啟動條件時，籠型電動機應降壓啟動?！苯祲簡拥哪康氖菧p小啟動時的啟動電流，通常采用降

11、低定子繞組電壓來達到這一目的。啟動后，先降低定子電壓，待電動機轉速接近額定值時再換接到額定電壓。常用的降壓啟動方法有利用自耦變壓器降壓、采用Y降壓啟動、軟啟動方式等?；\型電動機降壓啟動的比較表9.2-3啟動方式接線啟動電流啟動轉矩備注全壓啟動額定電壓直接加到電動機定子繞組上1stTstY降壓啟動啟動時定子繞組接成星形，每相繞組為戸1'內(nèi)。轉速接近額定值時，再改接成三角形0.331st0.33Tst當Y轉換瞬間，轉矩突然增大，對機械設備有沖擊。啟動轉矩小，不利于啟動。適用于空載或輕載啟動。自耦變壓器降壓通過自耦變壓器調(diào)節(jié)定子繞組電壓，啟動時，定子繞組電壓小于額定電壓k.Ul，轉速接近額定

12、值時將定子繞組電壓調(diào)到額定值。k2.Istk2.Tst啟動電流小，啟動轉矩較大。不能頻繁啟動。延邊三角形抽頭比例為1:1，啟動時定子繞組電壓為0.71U1。0.5Ist0.5Tst啟動電流小，啟動轉矩較大。可以較頻繁啟動。軟啟動將軟啟動裝置接在電源與電動機之間，利用改變晶閘管的導通角達到調(diào)節(jié)定子電壓的目的。啟動時定子繞組上的電壓為(0-1)U1，達到額定轉速時，定子電壓為U1?？烧{(diào)，且小于1st可調(diào)，且小于Tst軟啟動裝置價格高，易產(chǎn)生高次諧波，污染電網(wǎng)、增加能耗對于軟啟動裝置，它只是一個啟動設備，在電動機啟動時使用，當完成啟動過程后，軟啟動裝置應退出。軟啟動裝置主要解決兩個重要問題，一是解決

13、啟動電流大的問題，另一是減少啟動時對電網(wǎng)中其它負荷的影響。可以看出，軟啟動裝置可以理解為是一個調(diào)壓器，它可以對定子繞組電壓進行無級調(diào)壓。4 籠型電動機啟動與調(diào)速當機械有調(diào)速要求時，籠型電動機的啟動方式應與調(diào)速方式相配合。電動機的轉速用9.2-1和9.2-2表述：n=(1-s)60f/P(9.2-1)s=(n0-n)/n0(9.2-2)式中，s轉差率；n0同步轉速，也是旋轉磁場的轉速，單位：轉/分；n異步電動機的轉速，單位：轉/分；P磁極對數(shù)；f電源頻率，單位Hz，我國為50Hz。由此可得，籠型電動機的調(diào)速方式有以下幾大類：第一，改變電動機繞組磁極對數(shù)，達到調(diào)速的目的。表9.2-4為不同磁極對數(shù)

14、的電動機同步轉速值，異步電動機的額定轉速接近同步轉速。民用建筑中排煙/排風雙速風機就是通過改變電動機繞組的磁極對數(shù)來進行調(diào)速的，正常情況下，風機為低速，用于排風；火災時，風機為高速，用于排煙。電動機的同步轉速與磁極對數(shù)表9.2-4磁極對數(shù)（對）1234同步頻率n0（轉/分）300015001000750第二種調(diào)速方式為改變電源的頻率，頻率f越低，轉速也越低。目前常用的變頻調(diào)速裝置就是通過改變頻率實現(xiàn)電動機調(diào)速的。第三，改變轉差率實現(xiàn)電動機調(diào)速。5 繞線轉子電動機啟動繞線轉子電動機采用頻敏變阻器啟動，其特點較為突出，接線簡單、啟動平滑、成本較低、維護方便。電阻器啟動，能耗高，但有些情況下尚在使用

15、，尤其需調(diào)速場所，需要電阻器啟動。III在轉子回路串聯(lián)外接電阻，這時轉子繞組上的啟動電流為：（9.2-3）啟動轉矩為(9.2-4)由公式9.2-3和公式9.2-4可知，r2增大，轉子上的啟動電流I2st減小，同時啟動轉矩Tst得以提高，有利于電動機的啟動。繞線式異步電動機適用于大中型電動機，也常用于要求啟動轉矩大的場合，例如拖動提升機、起重機等。6 直流電動機的啟動直流電動機的啟動不僅受機械調(diào)速要求和溫升的制約，而且還受換向器火花的限制。國家標準旋轉電機定額和性能GB755-2000規(guī)定：直流電動機和交流換向器電動機在最高滿磁場轉速下，電動機應能承受1.5倍的額定電流，歷時不小于60s。上述要

16、求比較嚴格，尤其對小型直流電動機而言，可能允許有較高的偶然過電流，因此對直流電動機啟動提出了“啟動電流不超過電動機的最大允許電流；啟動轉矩和調(diào)速特性應滿足機械的要求”的要求。直流電動機的啟動方式見表9.2-5，調(diào)節(jié)電源電壓是比較理想的啟動方式。直流電動機啟動方式比較表9.2-5啟動方式優(yōu)點缺點備注全壓啟動簡單，經(jīng)濟啟動轉矩很大，對設備形成沖擊；啟動電流很大，換向困難一般不采用電樞回路串電阻啟動減小啟動電流，啟動后逐級切除電阻以獲得足夠啟動轉矩能耗過大用于小型直流電動機的啟動降低電樞電壓啟動啟動前，降低電動機電樞兩端電壓，以減小啟動電流1st,并將1st控制在1.521N內(nèi)；啟動轉矩易控制，啟動

17、平穩(wěn)，能耗低。投資大，多采用晶閘管可控硅整流啟動。較理想的啟動方式三、低壓電動機的保護1 交流電動機的保護總體要求交流電動機有很多種保護，但規(guī)范要求相間短路保護、接地故障保護必須裝設的，以減少電動機被燒毀等事故。除此之外，其它保護如斷相保護、低電壓保護、過載保護、繞組溫度保護等可根據(jù)具體情況選擇裝設。交流電動機保護類型比較表9.2-6保護類型特點保護電器備注相間短路保護保護電動機、啟動器、電纜等免受大的故障電流，一般故障電流在10In以上，相間短路保護電器動作斷路器、熔斷器、過電流繼電器、CPS等必須設置接地故障保護由于絕緣故障造成的，不同的接地型式接地故障電流差別較大斷路器、剩余電流保護電器

18、(RCD)、CPS等必須設置，如短路保護能滿足接地保護的要求，可以用短路保護兼顧過載保護由于電氣或機械原因造成的，故障電流一般在10In以下熱繼電器、過負荷繼電器、斷路器、CPS、綜合保護器等根據(jù)需要裝設斷相保護過載保護的一種，非斷相的兩相電壓升高，電流增大，呈現(xiàn)“過載”特征。根據(jù)需要裝設繞組溫度保護埋設在繞組線圈內(nèi)的感溫元件探測到繞組溫度超高，發(fā)出信號也可動作跳閘溫度繼電器、綜合保護器等根據(jù)需要裝設低電壓保護非重要電動機裝設低電壓保護，不允許其自啟動，以保證重要電動機恢復來電后可以自啟動斷路器的欠電壓脫扣器、接觸器的電磁線圈根據(jù)需要裝設2交流電動機的相間短路保護1) 每臺電動機應單獨裝設相間

19、短路保護，以對電動機、啟動器、電纜等起到短路保護的作用，圖9.2.-1所示，無論哪種主接線，短路保護是必不可少的，而且其與電動機是一一對應的。2) 數(shù)臺電動機共用一套相間短路保護電器屬于特殊情況，應從嚴掌握。有兩種情況可以采用此種接線。第一“總計算電流不超過20A,且允許無選擇地切斷不重要負荷”這時電動機在llkW以下，規(guī)范中此條要求與低壓配電設計規(guī)范、通用用電設備配電設計規(guī)范相一致。第二，“根據(jù)工藝要求，必須同時起停的一組電動機，不同時切斷將危及人身設備安全時”。工業(yè)建筑中必須同時起停的一組電動機比較多，民用中較少，有時將一組防火電動卷簾門設置一個短路保護，它們的起停必須同步。3)短路保護電

20、器表9.2-6所示，熔斷器、斷路器、過電流繼電器、CPS可以做為短路保護電器。低壓斷路器的瞬動過電流脫扣器是最常見的短路保護器件。如圖9.2-3所示，瞬動過電流脫扣器動作電流應在lOIn以上，動作時間為0.01s，這時可認為是瞬動，這個時間主要是斷路器固有動作時間。斷路器的優(yōu)點在于可重復使用，方便靈活；功能強大，如果配備電子脫扣器，還具有通信功能。熔斷器是另一種短路保護電器，其分斷能力強，動作時間短，具有限流作用，價錢便宜。圖9.2-4所示為熔斷器限流特性示意圖，由于熔斷器快速動作，短路電流在沒有達到預期最大值之前就將故障回路切除，避免故障回路遭受較大故障電流和能量的沖擊。斷路器、熔斷器保護功

21、能非常出色，因此,A料期Iscifcffi/、f*期晅!&電洗/X/權期IEC/氐刖石的jisc峰tn實際衍/V路電浣Xf限刊/*tc很少采用帶瞬動元件的過電流繼電器做短路保護電器。圖9.2-4熔斷器的限流曲線4)短路保護電器的安裝位QF圖9.2-5所示，(a)圖為短路保護兼作接地故障保護，這時應LI!L2L3W出在每個相導體上裝設短路保護KK電器，圖中QF所示。FEFE(b)圖保護電器為熔斷器，作相間短路保護用，這種情況應將(a)熔斷器安裝在每個相導體上，圖中FU裝于三相線路上。NLtL212.1JJQF(c)FE(b)圖9.2-5短路保護電器的安裝位置圖(c)也用于相間短路保護，斷

22、路器可只裝設在兩相上，圖中Ll、L3兩相上裝設斷路器,而L2相上沒有裝設短路保護電器。當只在兩相上裝設短路保護電器時，在有直接電氣聯(lián)系的同一配電網(wǎng)絡中，保護器件應裝設在相同的兩相上。就是說，圖(C)中上級配電系統(tǒng)至少在L1、L3兩相上裝設短路保護電器。圖(a)、圖(b)是較好的安裝方案，建議推廣使用。5)選擇短路保護電器應注意的問題第一，用于電動機回路的短路保護電器宜選用保護電動機型。短路保護電器的類別有多種，根據(jù)負荷特點，短路保護電器主要分為低感照明保護型、高感照明保護型、配電型、電動機保護型、電子元器件保護型等。當選用低壓熔斷器時，宜選用“gM”型，g為全范圍分斷能力的熔斷器，M為電動機保

23、護型。表9.2-7為IEC對斷路器的分類。IEC對斷路器的分類表9.2-7斷路器IEC標準脫扣器類型過負荷保護短路保護低整定值標準整定值高整定值家用型60898熱磁Ir=InIm=(35)InIm=(510)InIm=(1020)In工業(yè)型609472熱磁Ir=(0.71)InIm=(25)InIm=(510)InIm=(1215)In電子Ir=(0.41)In注：Ir過電流脫扣器整定值Im電磁脫扣器整定值In脫扣器額定電流值。第二，如果短路保護電器采用熔斷器，則熔斷體的額定電流應根據(jù)其安秒特性曲線計及偏差后略高于電動機啟動電流和啟動時間的交點來選取，以防止電動機啟動時熔斷器誤動作。但熔斷體的

24、額定電流不得小于電動機的額定電流。在額定電壓、額定頻率和環(huán)境溫度為20°C±5°C時，熔斷器的熔斷體應符合下列要求：(a) 熔斷體應能持續(xù)通過不超過其額定電流的任何電流。(b) 熔斷體應能承受正常使用時可能發(fā)生的過載，如電動機啟動時過載電流，電動機啟動時熔斷體不應動作。(c) 對于“g”熔斷體，當電流不超過約定不熔斷電流時，熔斷體不應熔斷；當電流等于或大于約定熔斷電流時，熔斷體在約定時間內(nèi)熔斷。(d) 對于“a”熔斷體，當電流不超過K1In時，在安秒特性曲線所對應的時間內(nèi)熔斷體不熔斷；當電流在Klin和K2In之間，熔斷體可以熔斷，熔斷時間大于熔斷器安秒特性曲線所

25、對應的時間；當電流超過K2In時，熔斷體熔斷。當電動機頻繁啟動和制動時，該主回路發(fā)熱大于電動機不頻繁啟動時的發(fā)熱，因此，熔斷體的額定電流應再加大12級。電動機，啟動電流最大值達12.521.5倍電動機額定電流。這一結論與上海電器科學研究所的實驗相一致，啟動電流非周期分量主要出現(xiàn)在第一個半波（0.010.015s）。因此，瞬動過電流脫扣器或過電流繼電器瞬動元件的整定電流應取電動機啟動電流的22.5倍。請讀者注意！92版“民規(guī)”規(guī)定：瞬動過電流脫扣器或過電流繼電器瞬動元件的整定電流應取電動機啟動電流周期分量的1.72.0倍。顯然該系數(shù)偏小，不能滿足要求。4 交流電動機的接地保護本規(guī)定有兩個核心點：

26、第一，間接接觸保護要自動斷電，宜每臺電動機單獨裝設接地故障保護。但是當數(shù)臺電動機共用一套短路保護電器的一組電動機時，數(shù)臺電動機可共用一套接地故障保護器件。第二，當短路保護器件滿足接地故障保護要求時，應采用短路保護兼作接地故障保護?？偨Y本規(guī)范給出電動機接地保護的要點：即“間接接觸自動斷電單設接地保護短路保護可兼接地保護”。接地故障保護的設置要求參見本規(guī)范7.6節(jié)相關條款。5 交流電動機的過負荷保護1）運行中容易過負荷的和連續(xù)運行的電動機，以及啟動或自啟動條件嚴酷而要求限制啟動時間的電動機，應裝設過負荷保護。過負荷保護宜動作于斷開電源。民用建筑中風機、水泵多屬于連續(xù)運行的電動機，它們過負荷的可靠性

27、很小，一般都設置過負荷保護。2）短時工作或斷續(xù)周期工作的電動機，由于電動機運行時間短，尚未達到額定溫升就開始冷卻，因此，過負荷時很難有足夠的能量讓過負荷保護裝置可靠動作，故此，規(guī)范規(guī)定此種情況可不裝設過負荷保護。但運行中可能堵轉時，應裝設堵轉保護，其時限應保證電動機啟動時不動作，民用建筑中空壓機、電梯屬于此范疇。請讀者注意規(guī)范中用“可不裝設過負荷保護”，沒有說不裝設過負荷保護，如果裝設過負荷保護也沒錯。3）突然斷電將導致比過負荷損失更大的電動機，不宜裝設過負荷保護。如裝設過負荷保護，可使過負荷保護作用于報警信號。本規(guī)定是要設計人做出評估，即斷電造成的損失大還是過負荷造成的損失大？民用建筑中消火

28、栓水泵、噴灑泵、防排煙風機等，如果裝設過載保護器，當發(fā)生火災時，過載保護器誤動作，消防類設備不能正常運行，耽誤滅火時機，損失可能更慘重。如裝設過載保護，可使過載保護作用于報警信號，提醒值班人員檢查、排除故障點。4）過負荷保護器件主要有熱繼圖9.2-7雙金屬片熱繼電器原理圖時，雙金屬片2受熱彎曲，但不足電器、過負荷繼電器、反時限的過電流繼電器、溫度保護裝置等。常用的是熱繼電器，非常普及。規(guī)范中特別強調(diào)了過載保護器件宜采用電子式的熱繼電器。圖9.2-7所示為雙金屬片工作原理圖，雙金屬片2由不同膨脹系數(shù)的兩片金屬片組成，當正常的三相電流通過線圈1以使差動導板3移動，當過載時，線圈1中流過較大的電流，

29、雙金屬片彎曲較大，推動導板3向左移動，導板推動溫度補償片4，使5脫扣桿動作，擺動蹺板7也隨即動作，最終，動斷觸點8打開，動合觸點9閉合。雙金屬片熱繼電器缺點很明顯動作誤差大，可靠性低，容易誤動作和拒動作。相當一部分燒毀電動機的事故是由熱繼電器起不了保護作用所致。雙金屬片熱繼電器目前只有過電流保護和斷相保護，而對繞組溫度過高、頻率升高等非正常現(xiàn)象就不能有效的保護。電子式的熱繼電器有多種保護：過電流保護、斷相保護、缺相保護、三相負荷不平衡保護、繞組超高溫度保護等。因此，電子式熱繼電器是名副其實的電動機綜合保護器。目前中國市場上有進口的電子式熱繼電器，如施耐德公司的LR9系列產(chǎn)品、西門子公司的3RB

30、系列產(chǎn)品。國產(chǎn)品牌也較多，目前通過上海電器科學研究所型式試驗的國產(chǎn)產(chǎn)品是西安開民新技術研究所的JRD22系列電子式熱繼電器。5）熱繼電器或過負荷繼電器的整定電流為：9.2-5)同時還要求Id、I盡可能接近。zded過負荷電流繼電器的整定值應按下式確定=KkKjxIed/Khnkjxedh9.2-6)詳見規(guī)范條文。超過30秒時，應向廠家訂購與電動機過載特性相配合的非標準過載保護器件”。如果采用標準產(chǎn)品不能滿足要求，可以采用“在啟動過程的一定時限內(nèi)短接或切除過載保護器件”措施。電動機所拖動的機械按其啟動、運行特性可分為三類，這樣分類是相對的，有的文獻將負載分為重載和輕載。本規(guī)范將其分為三類，過負荷

31、保護電器與此關系較大。負荷分類與過負荷保護電器的選擇表9.2-8負載類型啟動特性過負荷保護電器類型輕載啟動時間短，起始轉矩小10A或10類中載啟動時間較長，起始轉矩較大20類重載啟動時間長，起始轉矩大30類6交流電動機的斷相保護交流電動機的某一相斷路，另兩相電流增大，造成電動機這兩相線圈過載。據(jù)資料介紹，在燒毀電動機的事故中，由于斷相故障所占的比例較高，美國和日本約占12，前蘇聯(lián)約占30，我國尚無準確的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，由于管理、維護水平較低，我國這個比例不會太低。因此，電動機的斷相保護應嚴格要求。1）連續(xù)運行的三相電動機，用熔斷器保護時，應裝設斷相保護。因為熔斷器三相一致性比斷路器差，連接點多，連接

32、點的可靠性將影響電動機保護的效果。據(jù)資料介紹，在發(fā)生斷相故障的181臺小型電動機的統(tǒng)計中，由于熔斷器一相熔斷或接觸不良的占75，由于刀開關或接觸器一相接觸不良的占11。因此，熔斷器做短路保護電器，對斷相保護要求應嚴格。而用低壓斷路器保護時，由于連接點少，三相一致性好，對斷相保護要求可以適當降低，語氣上采用“宜裝設斷相保護”。2）短時工作或斷續(xù)周期工作的電動機，由于可不設過載保護，與此相對應，也可不裝設斷相保護。3）斷相保護器件宜采用帶斷相保護的熱繼電器，其優(yōu)點上面已經(jīng)介紹了，帶斷相保護的熱繼電器現(xiàn)已普遍使用。如果條件許可，也可采用溫度保護或專用的斷相保護裝置。7 交流電動機的低電壓保護 首先要

33、說明，交流電動機的低電壓保護不是保護電動機本身，而是限制電動機自啟動。 低電壓保護的類型按動作時限可將電動機低電壓保護分為瞬時、短延時、長延時動作三類，其特點9見.2表-9。電動機低電壓保護類型表9.2-9保護類型動作時限用途瞬時動作瞬動次要電動機短延時保護0.515s不允許或不需要自啟動的重要電動機長延時保護920s按工藝要求或安全條件在長時間停電后不允許自啟動的重要電動機圖9.2-9欠電壓脫扣器接線圖 低電壓保護器件宜采用低壓斷路器的欠電壓脫扣器或接觸器的電磁線圈。欠電壓脫扣器是低壓斷路器的一種附件，其原理是當電壓低到一定數(shù)值時，瞬時或延時動作，使斷路器分閘，切斷供電回路。圖9.2-9所示

34、，D1、D2接電源。8 直流電動機的保護直流電動機保護類型表9.2-10保護類型要求短路保護必須設置過負荷保護根據(jù)需要裝設堵轉保護根據(jù)需要裝設弱磁或失磁保護他勵、并勵、復勵電動機，宜裝設超速保護串勵電動機和機械有超速危險的直流電動機，應裝設由于民用建筑中直流電動機應用較少，只有電梯等少數(shù)負荷偶有使用，故沒有展開說明。四、低壓交流電動機的主回路1 低壓交流電動機主回路構成(a)(b)(c)圖9.2-10低壓交流電動機星三角啟動主回路的組成規(guī)范規(guī)定，低壓交流電動機的主回路由隔離電器、短路保護電器、控制電器、過載保護電器、附加保護器件、導線等組成。主回路的構成可以是上述器件的全部或部分，但隔離電器、

35、短路保護電器和導線是必不可少的。圖9.2-1為交流電動機直接啟動的主回路。圖9.2-10為星一三角啟動主回路，圖（a）斷路器具有過載保護和短路保護功能，因此沒有單獨設置過載保護；圖（b）、（c）斷路器沒有過載保護，所以另設熱繼電器用于過載保護。2隔離電器的要求實際工程中許多人忽略了隔離電器，認為裝設斷路器或熔斷器就可以不用裝設隔離電器。當短路保護電器能滿足隔離電器要求時，短路保護電器可以兼做隔離電器。1）隔離電器的作用電動機主回路設置隔離電器的目的是將電動機及其控制電器與帶電體有效的隔離，也就是說隔離電器將電源與電動機及其控制電器從電氣上分開。在維護時，這一點很重要，隔離電器有效地分開了電源和

36、電動機及其控制電器對保障維修人員的安全至關重要。2）什么器件可以作隔離電器？本規(guī)范第7.5.1條給出了明確的答案，這些規(guī)定來自IEC,下列電器可以作為隔離電器：1）單極或多極隔離開關，隔離器，如OPPL熔斷器式隔離開關、OT、OETL系列隔離開關等。2）插頭和插座。插頭、插座分開后，有足夠的間隙，耐壓及泄漏電流無疑都符合現(xiàn)行國家標準的有關規(guī)定。3）熔斷器。熔斷器斷開后也有足夠的間隙，符合隔離電器的要求。4）連接片。5）不需要拆除導線的特殊端子。6）具有隔離功能的斷路器，這類斷路器有NS系列、T系列等。但是，半導體電器嚴禁作隔離電器，因為半導體器件耐壓水平較低，使用它作隔離電器被擊穿幾率大大提高

37、。3）電動機主回路上隔離電器的裝設要求首先，每臺電動機主回路上應裝設隔離電器，這是很明確的。其次，允許數(shù)臺電動機共用一套隔離電器，但是要滿足一定條件方可這樣設置，即共用一套短路保護電器的一組電動機可以共用一套隔離電器；或者由同一配電箱（屏）供電，且允許無選擇性地斷開的一組電動機可以共用一套隔離電器。4）隔離電器的裝設位置隔離電器宜裝設在控制電器附近或其它便于操作和維修的地點。3 短路保護電器的要求短路保護電器的要求詳見本規(guī)范9.2.3條第2款的規(guī)定，并請參閱本書相關說明。此外，短路保護電器應滿足短路分斷能力的要求。短路保護電器有兩個重要指標：額定極限短路分斷能力Icu和額定運行短路分斷能力Ic

38、s，兩者的含義、試驗等IEC60947-2和GB14048.2都做出規(guī)定，并列表如下，供短路保護電器的分斷能力表9.2-11名稱額定極限短路分斷能力額定運行短路分斷能力文字符號IcuIcs定義在規(guī)定的試驗電壓及其它規(guī)定的條件下，按照規(guī)定的試驗程序動作之后不考慮繼續(xù)承載它的額定電流在規(guī)定的試驗電壓及其它規(guī)定的條件下，按照規(guī)定的試驗程序動作之后須考慮繼續(xù)承載它的額定電流表示方法預期短路電流有效值Icu的一個百分數(shù)試驗操作順序0tco0tcotcoIcs/Icu(%)25、50、75、100表中：0分斷操作；t兩個相鄰操作間的時間間隔，一般t>3min；co接通操作后緊接著分斷操作。設計中按照

39、Icu選擇短路保護電器還是用Ics選擇呢？這取決于用電負荷的重要性，對于重要用戶、重要負荷，建議按Ics選擇短路保護電器。4 控制電器及過負荷保護電器的要求1）裝設要求正如圖9.2.2-1所示，每臺電動機應分別裝設控制電器。但是也有特例，當工藝要求或使用條件許可時，一組電動機可共用一套控制電器，民用建筑中，這種情況比較少見，偶遇送風機和排風機可以同時使用。2）什么器件可以作為電動機的控制電器？規(guī)范規(guī)定可以用作為電動機控制電器的電器見表9.2-12?？刂齐娖鞯奶攸c表9.2-12電器類型特點舉例接觸器僅有一個休止位置，能接通、承載和分斷正常電路條件（包括過載運行條件）的電流的一種非手動操作的機械開

40、關電器，可頻繁操作。啟動器用于電動機的起、停、反轉用的開關電器，一般由接觸器、熱繼電器及其它電器組合而成。包括直接啟動器、可逆啟動器、降壓啟動器、轉子變阻式啟動器、軟啟動器等。xStart-XSl專用控制開關專門用于電動機控制的開關電器，通常該控制開關還帶有保護功能GV2、GV3、MS325等低壓斷路器啟動次數(shù)較少的電動機T系列、NS系列等封閉式負荷開關3kW及以下電動機，手動不頻繁操作。手柄與鐵殼有機械連鎖裝置。CFH3、HH3等組合式保護電器小容量的電動機KB0系列，目前可以控制額定電流不大于100A的電動機。3）關于堵轉電流和工作制GB755-2000旋轉電機定額和性能給出了電動機堵轉電

41、流的定義，即電動機在額定頻率、額定電壓和轉子在所有轉角位置堵住時從供電線路輸入的最大穩(wěn)態(tài)電流有效值。Y2系列電動機堵轉電流一般在（57.5）Ie。規(guī)范規(guī)定，控制電器應能接通和分斷電動機的堵轉電流。選擇接觸器時，應該考慮這一點。另一方面，控制電器的使用類別和操作頻率應符合電動機的類型和機械的工作制。以接觸器為例，接觸器有四種工作類別AC1AC4,不同的工作類別決定了接觸器的工作頻率和其壽命。表9.2-13反映了接觸器的不同工作類別接觸器有不同的用法。接觸器的工作類型及用法表9.2-13工作類別負荷類型接觸器用法應用舉例AC1非感應性負荷cos申=0.8開斷電熱AC2繞線型異步電動機cos申=0.

42、65啟動、停止、再生制動、點動拉線機AC3籠型電動機cos申=0.45,Ie<100Acos申=0.35,Ie>100A啟動、停止電梯、自動扶梯、風機、空調(diào)機組、冷水泵、冷凍泵等AC4籠型電動機cos申=0.45,Ie<100Acos申=0.35,Ie>100A啟動、停止、再生制動、反向制動、點動印刷機、拉絲機等民用建筑中，絕大多數(shù)的電動機應用在AC3類別。4）裝設位置控制電器宜裝設在電動機附近或其它便于操作和維修的地點。過負荷保護電器宜靠近控制電器或為其組成部分。5 電線或電纜的要求1）按電動機的額定電流選擇電線或電纜按電動機額定電流選擇電線或電纜的基本要求是電動機主

43、回路導線的載流量不應小于電動機的額定電流。當電動機為短時或斷續(xù)工作時，應使導線在短時負載下或斷續(xù)負載下的載流量不小于電動機的短時工作電流或標稱負載持續(xù)率下的額定電流。GB755-2000定義，電動機短時工作制為在恒定負載下按給定的時間運行，電動機在該時間內(nèi)不足以達到熱穩(wěn)定，隨之電動機停機和斷能，其時間足以使電動機再度冷卻到與冷卻介質(zhì)溫度之差在2K以內(nèi)。例如，某電動機工作制為S230min,含義為該電動機為短時工作制，工作時間為30分鐘，然后電動機有較長時間停機。另一方面，電動機斷續(xù)工作制是指電動機帶額定負載運行時，運行時間很短，使電動機的溫升達不到穩(wěn)態(tài)溫升；停止時間也很短，使電動機的溫升降不到

44、零，工作周期小于10min的工作方式。斷續(xù)工作制包括S3斷續(xù)周期工作制按一系列相同的工作周期運行，每一周期包括一段恒定負荷運行時間和一段停機和斷能時間，每一周期的啟動電流不致對溫升有顯著影響。該種情況還包括S4包括啟動的斷續(xù)周期工作制，即按一系列相同的工作周期運行，每一周期包括一段對溫升有顯著影響的啟動時間，一段恒定負荷運行時間和一段停機和斷能時間。S5包括電制動的斷續(xù)周期工作制，民用建筑中電動機很少采用S5工作制，在此不做進一步說明?？傊虝r或斷續(xù)工作的電動機其溫升達不到穩(wěn)態(tài)溫升，因此，計算時設備功率要將額定功率換算為統(tǒng)一負荷持續(xù)率下的有功功率，以此為基礎計算出電動機的額定電流，做為選本部

45、分參見本規(guī)范7.4.1條相關說明。6 短路保護電器與其負荷側的控制電器和過載保護電器之間配合IEC60947對電動機保護配合有較詳細的規(guī)定，我國也類似的國家標準，其要點如下：1）先明確保護配合的類型規(guī)范對此有明確規(guī)定，即表9.2-14所示，設計時可根據(jù)負荷供電的連續(xù)性和可靠性選擇電動機保護配合的類型。一般設備由于供電可靠性要求不高可以用1類配合，而2類配合強調(diào)供電的可靠性和連續(xù)性，因此重要負荷如消防類負荷應滿足2類配合。據(jù)有關資料介紹，IEC正在制定要求更高的3類配合標準。1類配合和2類配合表9.2-14配合類別定義特點1類配合在短路情況下接觸器、熱繼電器的損壞是可以接受的：1、不危及操作人員

46、的安全2、除接觸器、熱繼電器以外，其它器件不能損壞允許供電中斷，直到維修或更換接觸器和熱繼電器后才可恢復供電對供電連續(xù)性不高維護保養(yǎng)時間長2類配合短路時，接觸器、啟動器觸點可容許熔化，且能供電連續(xù)性十分重要，而且觸點必須被夠繼續(xù)使用。同時，不能危及操作人員的安全和不能損壞其它器件容易的分開維護、保養(yǎng)時間短2）電動機保護元件的分工、配合結合圖9.2-12將電動機各保護元件分工做如下說明。保護元件的保護分工表9.2-15實際電流I/額定電流In保護元件I/InWl保護元件不動作1<I/InW0.75Ij熱繼電器動作0.75Ij<I/InW1.25Ij熱繼電器、SCPD都可能動作，在此范

47、圍內(nèi)熱繼電器的脫扣特性不能發(fā)生改變1.25Ij<I/InSCPD動作注：Ij為熱繼電器脫扣曲線與SCPD電磁脫扣曲線的交點，由熱繼電器廠家提供，通?？刹捎肐m值。3）接觸器或啟動器的限制短路電流接觸器或啟動器的限制短路電流不應小于安裝處的預期短路電流，就是說，當發(fā)生短路時，在短路保護電器切斷故障回路之前，接觸器或啟動器應能承受故障電流，滿足1類或2類配合要求。4）常用的電動機保護配合表C65+LC1+LR2滿足2類配合輕載直接啟動表9.2-16電動機功率P(kW)額定電流1(A)斷路器型號接觸器型號熱繼電器型號電流整定范圍Irth(A)0.371.2C65D4ALC1-ID09LR2-D

48、1306C1160.551.6C65D4ALC1-D09LR2-D1306C1-1.60.752Ci：.：?DGALC1-D12LR2-D1307C1.6-2.51.12.8C65D6ALC1-D12LR2-D1308C2.5-41.53.7C65D10ALC1-D18LR2-D1308C2.5-42.25.3C65D10ALC1-D18.LR2-D1310C4-637C65D16ALC1-D25LR2-D1312C5.5-849C65D16ALC1-D25LR2-D1314C7-105.512C65D20ALC1-D32LR2-D1316C9-137.516C65D25ALC1-D38LR2

49、-D1321C12-181021C65D40ALC1-D50LR2-D3322C17-251123C65D40ALC1-D65LR2-D3322C17-251530C65D50ALC1-ID80LR2-D3353C23-3218.537C65D50ALC1-D80LR2-D3355C30402243C65D63ALC1-ID80LR2-D3357C37-50NS+LC輕載(STR22ME)或中載(STR43ME)啟動2類配合表9.2-17電機空氣斷路器脫扣器調(diào)整范圍接觸器P(kW)I(A)220V1(A)240Vlemax(A)型號脫扣器Irth(A)Irm(A)型號7.5282540NS10

50、0STR22ME24/4013IrthILC1-D8010363340NS100STR22ME24/4013IrthILC1-D8011393640NS100STR22ME24/4013IrthILC1-D801552488CNS100STR22ME48/8013IrthILC1-D8018.56359SCNS100STR22ME48/8013IrthLC1-D8U227570100NS100STR22ME60/10013IrthLC1-D115orLC1-F115NS400STR43ME60/12013IrthLC1-F1853010095100NS100STR22ME60/10013Irt

51、hLC1-D115orLC1-IF115NS400STR43ME60/12013IrthLC1-F18537125115150NS160STR22ME90/15013IrthLC1-D150orLC1-F150NS400STR43ME100/20013IrthLC1-F18545150140150NS160STIR22ME90/15013IrthLC1-D150NS400STR43ME100/20013IrthLC1-F18555180170185NS250STR22ME131/22013IrthLC1-F185NS400STR43ME100/20013IrthLC1-F18575250235265NS400STR43ME160/32013IrthLC1-F26590300280320NS400STR43ME160.-32013IrthLC1-F33011036033j400NS630STR43ME250/50013IrthLC1-F40013243D4DD5CONS630STR43ME250/50013IrthLC