電動(dòng)機(jī)保護(hù)型斷路器的正確選用-

1、收稿日期:2003-02-12作者簡(jiǎn)介:連理枝(1937-,男,浙江嘉興人,高級(jí)工程師,主要從事低壓電器的研究與開發(fā)。電動(dòng)機(jī)保護(hù)型斷路器的正確選用連理枝,王小傳(杭州之江開關(guān)有限公司,浙江杭州311234摘要:論述了鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流,各種起動(dòng)方式的電動(dòng)機(jī)沖擊電流,使用型塑料外殼式斷路器(MCC B 作電動(dòng)機(jī)短路保護(hù)時(shí),其瞬時(shí)動(dòng)作電流整定值選擇的因由和依據(jù)。關(guān)鍵詞:電動(dòng)機(jī)起動(dòng);沖擊電流;塑料外殼式斷路器;瞬動(dòng)電流中圖分類號(hào):T M561文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1001-4551(200302-0054-03電動(dòng)機(jī)保護(hù)型塑料外殼式斷路器(MCC B 是鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)、運(yùn)行和運(yùn)行

2、中分?jǐn)嘀胁豢扇被虻谋Ｗo(hù)電器之一。用于電動(dòng)機(jī)保護(hù),額定電流在630A 及以下(即保護(hù)的電動(dòng)機(jī)功率為315kW 及以下的MCC B 用途是,不頻繁地起動(dòng)和在運(yùn)轉(zhuǎn)中分?jǐn)嚯妱?dòng)機(jī),當(dāng)電動(dòng)機(jī)發(fā)生過載、短路、欠電壓等故障時(shí),能予以保護(hù)(自動(dòng)切斷電路。按使用的情況來(lái)看,斷路器用作電動(dòng)機(jī)保護(hù)的有3種類型:(1電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、運(yùn)轉(zhuǎn)中的分?jǐn)嗍褂媒涣鹘佑|器,過載保護(hù)采用熱繼電器,而斷路器用于短路保護(hù)。由于使用了接觸器來(lái)分、合電路,因此,可比較頻繁地操作;(2使用接觸器作電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)和停止,電動(dòng)機(jī)的過載、短路和欠電壓等故障由斷路器承擔(dān);(3電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、運(yùn)轉(zhuǎn)中分?jǐn)嘁约斑^載、短路、欠電壓均由1臺(tái)斷路器來(lái)操作和保護(hù),但它不能

3、頻繁使用。1電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流和電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)沖擊電流1.1鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)的定子電流:I 1= I 0- I 2式中I 0激磁電流I 1定子電流I 2轉(zhuǎn)子電流I 0很小,可忽略,因此有:I 1I 2I 2=E 2R 22+X 22=S E 20R 22+(SX 202=E 2(R 22/S 2+X 22(1cos 2=R 2R 22+(SX 202(2式中E 2=4.44Sf 1N 2,E 20=4.44f 1N 2f 1電源頻率,f 1=50Hz R 2轉(zhuǎn)子電阻X 2轉(zhuǎn)子電感S 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率S =n 1-nn 1式中n 1定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速n 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速S 轉(zhuǎn)差率

4、,S 在S 0S 1中變化由式(1和式(2可見,電動(dòng)機(jī)的電流和功率因數(shù)(cos 都與轉(zhuǎn)差率S 有關(guān),起動(dòng)時(shí)S 1,I 2很大,cos 很小。通常起動(dòng)電流可達(dá)57倍的電動(dòng)機(jī)額定電流,而在定載起動(dòng)時(shí),cos 為0.2。1.2電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)的沖擊電流起動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)的沖擊電流表現(xiàn)在:電動(dòng)機(jī)的直接起動(dòng)、Y -(星-三角起動(dòng)變換、瞬時(shí)再起動(dòng)和逆轉(zhuǎn)(反向、制動(dòng)等情況,它們都會(huì)產(chǎn)生很大的沖擊電流,盡管沖擊電流的延續(xù)時(shí)間只有幾個(gè)周波,但將引起保護(hù)電器(例如斷路器的動(dòng)作。產(chǎn)生沖擊電流的原因是:45M echanical &E lectrical Engineering M agazine V ol.20N o

5、.22003機(jī)電工程2003年第20卷第2期(1起動(dòng)電流的功率因數(shù)較低,過渡過程直流成分的疊加。盡管交流分量的振幅穩(wěn)定,但因受直流分量的影響,就有沖擊電流流過。當(dāng)起動(dòng)電流的功率因數(shù)為0.3時(shí),沖擊電流(峰值為起動(dòng)電流(有效值的2倍左右。(2殘留(余電壓將產(chǎn)生瞬時(shí)再合閘時(shí)的沖擊電流因此,在使用MCCB作電動(dòng)機(jī)的短路保護(hù)(瞬動(dòng)脫扣時(shí),必須按電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方式來(lái)正確選擇其瞬動(dòng)電流值。2按不同的電動(dòng)機(jī)起動(dòng)方式選擇斷路器瞬動(dòng)電流整定值假定電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流為6I n,起動(dòng)時(shí)的功率因數(shù)為0.3。2.1直接起動(dòng)時(shí)因起動(dòng)時(shí)功率因數(shù)為0.3,起動(dòng)電流為6I m(I m 為電動(dòng)機(jī)的額定電流,選擇的斷路器額定電流I nI

6、 m,一般In=I m。cos=0.3表示,其相對(duì)的電阻值較小,而電感L較大。起動(dòng)電流的直流成分:i2=I m sin(-e-t/T式中T非周期分量(自由分量的衰減時(shí)間常數(shù),T=L/Ri2=I m sin(-e-tR/Le-tR/L=1e tR/L,R小,L大,e-tR/L大,直流分量i2就大。短路電流發(fā)生在1/2周波時(shí),當(dāng)-= -/2,i=i1+i2為最大值,即沖擊電流i ch=(1+ e-0.01/T2I,設(shè)(1+e-0.01/T為沖擊系數(shù)K ch,則i ch =2k ch I,K ch×2為峰值系數(shù)。查有關(guān)資料,當(dāng)cos=0.3時(shí),峰值系數(shù)達(dá)1.9782。I為電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流。

7、現(xiàn)假定電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流:I= 6I n(I M,沖擊電流i ch=2×6I n=12I n,若電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流為7I n,則沖擊電流為14I n。MCCB的瞬動(dòng)電流如以有效值表示,則可達(dá)122142I n,即8.4859.89I n。2.2Y-(星-三角起動(dòng)由于使用了Y形接線起動(dòng),起動(dòng)電流雖然降低到1/3,即6I n/3=2I n。但是,電動(dòng)機(jī)從Y連接(起動(dòng)到連接(運(yùn)轉(zhuǎn)的一瞬間因短暫停電,電動(dòng)機(jī)慣性旋轉(zhuǎn)的殘余電壓與轉(zhuǎn)換到時(shí)的電網(wǎng)電壓的矢量和,就產(chǎn)生一個(gè)近10I n的脈沖電流,轉(zhuǎn)至繞組為接線時(shí),等于再一次起動(dòng),而此時(shí)的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速還未完全等于正常的轉(zhuǎn)速。因此,沖擊電流為19I n6

8、5;2(1+13。斷路器瞬時(shí)整定值必須在19/ 3I n=13.435I n(有效值,即14倍甚至更大。2.3自耦減壓起動(dòng)器起動(dòng)cos=0.3,電路中電感量大,電阻值小,電動(dòng)機(jī)的沖擊電流為2倍起動(dòng)電流。采用自耦減壓起動(dòng)器起動(dòng)電動(dòng)機(jī)時(shí),如果進(jìn)入電動(dòng)機(jī)的電壓是自耦變壓器的80%抽頭,則起動(dòng)電流為6×0.82=3184I n,電源電壓接自耦變壓器的65%抽頭;起動(dòng)電流為6×(0.652=2.535I n,接自耦變壓器的50%抽頭,起動(dòng)電流為1.5I n。沖擊電流分別為2×3.847.7I n, 2×2.5355I n和2×1.5=3I n。MCCB的

9、瞬動(dòng)電流整定值(有效值分別是5.43I n、3.6I n和2112I n。應(yīng)該指出,自耦減壓起動(dòng)器起動(dòng)時(shí)從變壓器抽頭的不同值到全電壓的電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)的過渡過程,倘若是開路轉(zhuǎn)換,也會(huì)產(chǎn)生一個(gè)10I n和脈沖電流,這種電流對(duì)電動(dòng)機(jī)而言要引起“抖動(dòng)”,對(duì)機(jī)床加工零件的尺寸精度有影響。如果是閉路轉(zhuǎn)換就無(wú)此問題。2.4瞬動(dòng)再起動(dòng)當(dāng)運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)停止供電的短時(shí)間,電動(dòng)機(jī)的機(jī)械慣性使之仍在轉(zhuǎn)動(dòng),如果在它尚未停止轉(zhuǎn)動(dòng),又突然令其再起動(dòng),因?yàn)闅埩綦妷旱拇嬖?此時(shí)外施電壓加上殘留電壓的作用,會(huì)使它的沖擊電流最大,達(dá)6×2×2=24I n(峰值。MCCB的瞬動(dòng)電流整定值達(dá)242=16.97I n17

10、I n。3結(jié)論根據(jù)上面4種起動(dòng)方式,可以認(rèn)為用于電動(dòng)機(jī)保護(hù)的斷路器其瞬動(dòng)電流整定值在815I n(有效值的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值是有理論和實(shí)踐依據(jù)的。至于各種電動(dòng)機(jī)保護(hù)的MCCB究竟選多大的瞬動(dòng)整定電流,是取決于鼠籠型電動(dòng)機(jī)的型號(hào)(包括極數(shù)、容量和采取的起動(dòng)方式。4使用起動(dòng)器起動(dòng)電動(dòng)機(jī)時(shí)的注意點(diǎn)(1起動(dòng)時(shí)間的整定值必須適度,否則,會(huì)導(dǎo)致過載而使保護(hù)電器脫扣,使電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)。根據(jù)實(shí)測(cè), 100kW及以下,電動(dòng)機(jī)的輕載起動(dòng)時(shí)間不超過1s,帶(下轉(zhuǎn)第63頁(yè)#非/,說明接收的數(shù)據(jù)是需要其轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù),而不是對(duì)已發(fā)數(shù)據(jù)包的應(yīng)答;然后計(jì)算前10個(gè)字節(jié)的校驗(yàn)和,如果與數(shù)據(jù)包的校驗(yàn)碼不同,則把/寫入通信應(yīng)答位,將數(shù)據(jù)包重新發(fā)送

11、出去,告知對(duì)方需要重新發(fā)送已發(fā)數(shù)據(jù)包;如果與校驗(yàn)碼相同,則把#寫入通信應(yīng)答位,告知對(duì)方數(shù)據(jù)包已正確接收;然后檢查數(shù)據(jù)包的前2個(gè)字節(jié),如果為$,說明接收的數(shù)據(jù)來(lái)自上位機(jī),需要轉(zhuǎn)發(fā)給下位機(jī),則將$改寫為$,并且重新計(jì)算檢驗(yàn)和,將計(jì)算結(jié)果填入第11個(gè)字節(jié),然后將數(shù)據(jù)包發(fā)送出去;如果前2個(gè)字節(jié)為$,則說明是下位機(jī)要向上位機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù),通信控制器首先將串頭$改寫為$,然后重新計(jì)算校驗(yàn)和,將計(jì)算結(jié)果寫入校驗(yàn)碼,然后將數(shù)據(jù)包發(fā)送出去。圖7通信控制器通信過程7過濾技術(shù)通信控制器以廣播的形式與上、下位機(jī)進(jìn)行通信,也就是說當(dāng)其對(duì)任何1個(gè)串口發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí),其他的串口都能接收到,為了杜絕接收到不必要的數(shù)據(jù),每個(gè)串口的底

12、層都應(yīng)設(shè)立1個(gè)過濾器,用來(lái)除掉非本地址的數(shù)據(jù)包。對(duì)于串口服務(wù)器,它是透明通道,只能完成TCP/IP和串口協(xié)議之間的解析,因此,把與該串口相連的過濾器設(shè)在了上位機(jī)的通信層(如圖3、圖6所示。在上位機(jī)與串口服務(wù)器通信的過程中,會(huì)遇到這樣的問題(有可能是串口服務(wù)器的處理速度引起的:上位機(jī)并不能一次接收完整個(gè)數(shù)據(jù)包,而需多次接收,然后再將它們按接收順序進(jìn)行組合,才能得到完整的數(shù)據(jù)包;這就為上位機(jī)的數(shù)據(jù)過濾帶來(lái)一些麻煩,這是采用定長(zhǎng)的幀格式進(jìn)行通信的基本原因。通過多次試驗(yàn),找到了一種有效的解決方案:首先上位機(jī)將接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加,當(dāng)數(shù)據(jù)長(zhǎng)度大于等于2時(shí),判斷前2個(gè)字節(jié)是否為$,如果不是,則將接收的數(shù)據(jù)清

13、空;如果是,則說明是發(fā)向本地址的數(shù)據(jù),繼續(xù)接收,直到接收完11個(gè)字節(jié)為止。$是下位機(jī)地址,通信時(shí)下位機(jī)只檢查這2個(gè)字節(jié)是不夠的,還要查看數(shù)據(jù)幀的第1個(gè)字節(jié),該字節(jié)代表控制器的地址;只有這2個(gè)條件全部滿足時(shí)控制器才能接收數(shù)據(jù)包。8結(jié)論鍋爐承壓管管外檢測(cè)機(jī)器人的軟件系統(tǒng)已經(jīng)成功地應(yīng)用于魯能集團(tuán)下屬電廠的模擬工作環(huán)境中,取得了較好地效果。參考文獻(xiàn)1Win field A F T,H olland O E.The application of wireless lo2cal area netw ork technology to the control of m obile roboticsJ.Micropprocess and Microsysterms,2000,23:597607.2張建光,常一志.網(wǎng)絡(luò)機(jī)器人遙操作實(shí)現(xiàn)研究J.應(yīng)用科技,2001,(10:35.3Davis Chapman.學(xué)用Visual C+6.0M.北京:清華大學(xué)出版社,1999.4David J.K ruglinski著.Visual C+技術(shù)內(nèi)幕(第4版M.北京:清華大學(xué)出版社,1998.5胡漢才.單片機(jī)原理及其接口技術(shù)M.北京:清華大學(xué)出版社,1996.6http:ro