電動機的過載及其保護

1、一、電動機的過載及其保護電動機的過載除上述原因外，還有：a.電動機周圍環(huán)境溫度過高，散熱條件差；b.電動機在大的起動電流下緩慢起動；c.電動機長期低速運行；d.電動機頻繁起動、制動、正反轉(zhuǎn)運行及經(jīng)常反接制動。電動機的過載由于電流增大，發(fā)熱劇增，從而使其絕緣物受到損害，縮短了其使用壽命甚至被燒毀。從電動機的結(jié)構(gòu)來看，鼠籠型電機的定子鐵心置放繞組的槽內(nèi)必須有良好的絕緣物，繞組(銅線)表面有絕緣漆層，繞線式電動機轉(zhuǎn)子繞組與定子繞組一樣，繞組與鐵心槽襯以絕緣物，三個端線所接的銅滑環(huán)，環(huán)間，環(huán)與轉(zhuǎn)軸之間也是彼此絕緣的。為了保證電動機的相間、帶電體與外殼的絕緣，通常是使用各種耐熱等級的絕緣材料的。各種絕緣

2、都有一定的耐受工作溫度的指標。IEC85規(guī)定A級(105C)、E級(120C)、B級(130C)、F級(155C),o八十年代，IEC216提出了一個新的耐熱標準，稱為溫度指數(shù)TI(TemperatureIndex)以此代替IEC85。TI是按阿尼羅烏絲(Arrhenins)公式t=10a+b/T計算的。式中：t壽命小時(h)T一絕緣材料使用的溫度(C)a、b一與材料有關(guān)的常數(shù)例如：某電動機使用的絕緣材料a=2,b=1034,使用溫度T=164C得t=102+(1034/642)=104.30=2000h它表示此絕緣物使用于164c時，其使用壽命為20000小時。如果把使用溫度提高8C,則T=

3、164+8=172Ct=10-2+(1034/172)=104=10000h它說明很早以來，電工技術(shù)工作者提出的絕緣材料的使用溫度每增加8C,其使用壽命就減半是有理論和實踐依據(jù)的。電動機的過載保護安秒(It)曲線(反時限)1 .電動機的過載特性2 .保護電器的保護特性3 .電動機的起動電流特性保護器的It曲線在電動機過載特性之內(nèi)，但兩曲線間距不必拉得過大，以便做到既不使電動機因為過載造成溫升增大影響壽命，又充分利用電動機本身的最大耐受過載能力。根據(jù)生產(chǎn)和科學實踐，對電動機的保護特性已由IEC9474低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備。低壓機電式接角器和電動機起動器作出了新的規(guī)定(我國的GB14048.4等

4、效于IEC標71),對無溫度補嘗的保護電器：1.0In2h不動作1.2In2h動作7.2In:2sT產(chǎn)10s、4sT產(chǎn)10s、6sT產(chǎn)20s、9sT產(chǎn)30s(也分4組，與上面的1.5In的4組相對應(yīng))。在八十年代，我國曾有科技人員對繞組采用B級絕緣(允許工作溫度為130C)的電動機，進行了實測(即不動作和動作的時間極限，此極限表明不會引起絕緣水平下降的電流與時間的最大值)：以上實測值是在幾臺電動機上測試的，不夠全面，但它表明，這個標準還是比較實際的(6In是老標準)舊標準把6In作為可返回特性的電流，它相當于電動機的起動電流，經(jīng)可返回時間(在通以6In時的延時時間，后將電流返回1倍In或0.9

5、In,此段時間內(nèi)保護電器不允許動作，這種可返回特性的規(guī)定是為了躲過電動機的起動，它的可返回時間應(yīng)大于電動機的起動時間，舊標準的可返回時間分1s、3s、8s、13s幾種)。鑒于把起動電流定在6倍和可返回時間固定在上述的4種已不能完全反映現(xiàn)實情況(例如Y型鼠籠型電動機的起動電流倍數(shù)就有5、5.5、6、6.5、6.8、7的六種），因此我國的GB14048.4（等效采用IEC9474）統(tǒng)一規(guī)定為7.2倍，并對不同的起動時間規(guī)定了延時時間Tp。美國NEMAI國全國電氣制造商協(xié)會1993年的MG-1標準對電動機的過載和失速保護作了新的規(guī)定：“輸出功率不超過500Hp（馬力，相當于368kVW-筆者注），額

6、定電壓不超過1kV的多相電動機，在正常工作溫度初次起動，耐受1.5倍全額電流的時間應(yīng)不等于2min”，又規(guī)定：“功率輸出不超過500Hp額定電壓不超過1kV的多相電動機，在正常溫度初次起動時，應(yīng)能耐鎖定轉(zhuǎn)子電流的失速時間不少于12s”，從以上標準和對我國絕大多數(shù)的電動機白起動時間的統(tǒng)計來看，選1.5In為2min,7.2In為2s（1.72）Ist,而工業(yè)與民用配電設(shè)計手冊規(guī)定Isct=1.7Ist，有的手冊則規(guī)定Icst為22.5倍的電動機起動電流。低壓電器標準，如JB1284低壓斷路器的編制說明中認為，根據(jù)實驗和統(tǒng)計，保護鼠籠型電動機的斷路器，其瞬動電流是整定在815倍電動機的額定電流的，

7、而繞線式電動機應(yīng)整定在36倍電動機額定電流。815倍鼠籠型電動機額定電流是一個范圍，具體的數(shù)值還需要考慮電動機的型號、容量、起動條件等等因素。以下，我們分析一下，鼠籠型電動機起動時的全起動電流（類峰電流）。1 .起動電流的低功率因數(shù)，過渡過程的非周期分量的存在。在這種情況下，周期分量的幅值盡管穩(wěn)定，但受非周期分量的影響，故有尖峰電流流過（功率因數(shù)低，表示電感L大，時間常數(shù)T=L/R大，非周期分量Imsin（于一）e-t/T值大，非周期分量的衰減慢）。當起動電流的COS=0.3時，尖峰電流為起動電流（有效值）的2倍左右；2 .殘余電壓的影響而產(chǎn)生的瞬間再合閘的尖峰電流。電動機切斷電源后再接通時，

8、當切斷電源而電動機尚未停下，就帶有殘余電壓。這種殘余電壓不僅是由于有剩磁而產(chǎn)生，而且還由于次級線圈（轉(zhuǎn)子）有殘余電流而形成，所存在的殘余電壓與再合閘時的電源電壓在某一相位時的疊加，就會產(chǎn)生尖峰電流。其大小與電動機完全停止后再起動相比，要大（殘余電壓十電源電壓）比電源電壓倍，這種尖峰電流雖然僅出現(xiàn)12周波,但足以使斷路器的瞬時脫扣器動作。因為1、2兩個原因，可出現(xiàn)下列情況:（1） 電動機直接起動由于CO矽0.3,尖峰電流為（6In）的2倍，等于In（有效值）故塑殼式斷路器的瞬時脫扣器整定電流值最小值為8.5In,（In為電動機的額定電流）（2） 星一三角（Y）起動也假設(shè)為CO效0.3,當從Y起動

9、到運轉(zhuǎn)的一瞬間（12周波），尖峰電流（峰值）約為額定電流（有效值）的19倍，則斷路器必須把瞬時動作電流整定到14In?以上。（3） 自耦減壓起動時COS為0.3,電動機起動電流為6In,由于有尖峰電流的存在，原來按80%抽頭的正常起動電流為3.84In,現(xiàn)提高到7.7In,按65%抽頭的正常起動電流為4.3In,現(xiàn)提高到5In。（4） 瞬時再起動按CO勸0.3,起動電流為6In,考慮到殘余電壓的影響，尖峰電流為最大，是額定電流的24倍（6X2X2）（峰值），其有效值為=16.97內(nèi)17,因而斷路器的瞬時脫扣器的整定電流必須在電動機額定電流的17倍以上。從以上分析可知，正是電動機的型號、結(jié)構(gòu)、起

10、動方式等的不同，導(dǎo)致尖峰電流的出現(xiàn)，由此而推出Isct在815倍In之內(nèi)（個別的還可達到17倍In）,對于瞬時動作電流可調(diào)的斷路器，其調(diào)節(jié)范圍按815倍In考慮，而大量的塑殼式斷路器（不可調(diào)），取其平均值12In,誤差采用熔斷器保護電動機的瞬動，熔斷器的熔體電流可由下式確定：IrinIst比a式中：Ist一電動機的起動電流A；a一決定起動狀況和熔斷器的系數(shù)，一般為23之間。三、鼠籠型電動機的斷相保護電動機的斷相分為兩類，一是電動機外部的電源線斷線；二是電動機內(nèi)部定子繞組的斷線，而電動機內(nèi)部接線又分為星形聯(lián)結(jié)和三角形連接兩種。因此提到斷相必須分清是那一種性質(zhì)，另外，所謂斷相保護，是指正在運行中的

11、電動機。1 .被保護的電動機的定子繞組是星形聯(lián)結(jié)，斷相運行時，一般說未斷的兩相電流會增大。由于電壓的不平衡，至少有一相電流增大。因是星形聯(lián)結(jié)，線電流等于相電流，所以對于星形聯(lián)結(jié)的電動機，選用一般的三極熱繼電器或三極保護電動機型的斷路器，是能夠起到有效保護的。2 .被保護的電動機的定子繞組是三角形聯(lián)結(jié)，當電動機發(fā)生斷相時會有兩種情況產(chǎn)生：a.電動機外部的電源線斷線（如熔斷器一一相熔斷），I2ph=2Iph,I2=I3=I1ph+I2ph=1.5I2ph此時線電流與相電流之間已不是的關(guān)系，線電流已經(jīng)不能正確反映相電流的大小，即不能有效地反映電動機繞組是否已處于過載狀態(tài)。當電動機在額定負載下斷相運行

12、時，I1ph=I3ph=0.58In（In為電動機的額定電流），12Ph=2Iph=1.16In,I2=I3=1.512Ph=1.5X1.6In=1.73In。此時如果選用一般的三極熱繼電器（或斷路器），勉強可以起保護作用但是當負載在額定負載的65%下斷線運行時會動作，時間長了可能燒毀電動機。為解決保護問題，應(yīng)采用帶斷相保護的熱繼電器，如JR20、T系列、3UA系列等。b,電動機的定子繞組為三角形聯(lián)結(jié)，繞組斷了一相，此時就出現(xiàn)：I2=I3=IphI1=Iph可以看到，有一相線電流與未斷線前是一樣的，因此，可以選用一般的三極熱繼電器來保護。四、結(jié)束語異步電動機的保護是涉及電氣裝置和機械設(shè)備可靠、正常運轉(zhuǎn)的關(guān)鍵之一。直接檢測電動機繞組的溫度來保護過載引起的過熱是很有效的保護方式，但由于需直接埋入電動機繞組里，價格較貴、維修困難等原因，僅在部分頻繁操作場合使用；從經(jīng)濟性考慮，采用電流檢測型更為有利，加熱繼電器仍是一種價廉、簡單、可靠的電動機保護形式（從實際使用情況看，目前使用量占大多數(shù)）；對動作性能要求較高及功能要求全或價格昂貴的大容量電