電動機保護(hù)器電路原理圖一

電動機保護(hù)器是經(jīng)典的電機星三角啟動方式，主要是電動機保護(hù)器工作原理是保護(hù)熱繼電器，若使用熱繼電器對大型電機作保護(hù)，就會使大電線出現(xiàn)斷點，也就是進(jìn)出熱繼電器的螺絲接線問題，容易出現(xiàn)發(fā)熱點和故障點。如果不用熔斷器和熱繼電器，而采用電機綜合保護(hù)器來實現(xiàn)，因為保護(hù)器是穿心式，就可以減少大電線的斷點，從而減少發(fā)熱點和故障點。

在圖1中，按下SB2，保護(hù)器得電工作，接觸器KM線圈得電吸合。電動機M得電開始工作，通過KM輔助觸點和保護(hù)器內(nèi)繼電器常閉觸點K繼續(xù)給KM線圈和保護(hù)器供電，實現(xiàn)電路自鎖。電動機工作后，保護(hù)器內(nèi)的電感線圈L1~L3產(chǎn)生感應(yīng)電，分別經(jīng)圖2中D1~D3半波整流、C1~C3濾波后變成直流電壓信號，通過電阻R1~R3加到三極管V1~V3的基極，V1~V3導(dǎo)通。斷相指示燈LED1滅，R5上端電壓等于保護(hù)器工作電壓，使D6處于反偏截止?fàn)顟B(tài)，雙時基集成電路NE556的⑥腳TL1端和②腳TH1端均為高電位，處于復(fù)位狀態(tài)，⑤腳Q1端輸出低電平。繼電器K不動作。L4產(chǎn)生的感應(yīng)電經(jīng)D4半波整流，C4濾波后通過RP1滑動觸點、R7、R9、C6加到NE556的⑧腳TL2端和12腳TH2端。由于電容器兩端電壓不能突變。通電瞬間C6兩端電壓為0V（只要低于K2端所接穩(wěn)壓二極管DZ穩(wěn)壓值的1/2即2。35V），TL2端獲置位信號，Q2端輸出高電平，運行指示燈LED3亮。如果電動機工作電流正常，L4產(chǎn)生的感應(yīng)電就會很小，C6的充電電流也就很小，C6兩端的電壓就始終低于DZ的穩(wěn)壓值4。7V，確保TH2端不會獲得復(fù)位信號。

保護(hù)原理：

1、斷相保護(hù)

當(dāng)三相交流電源中任意一相斷（缺）相時，相應(yīng)的電感線圈失去感應(yīng)電壓。V1~V3中相應(yīng)的三極管截止，此時斷相指示燈LED1亮。給出斷相指示。由于R5的阻值較小，其電壓降低于保護(hù)器工作電壓的1/3，所以NE556的TL1端獲置位信號，Q1端輸出高電平，繼電器線圈K得電吸合，其常閉觸點斷開，切斷圖1中自鎖回路，KM、保護(hù)器失電停止工作。由于V1、V2、V3的集電極與發(fā)射極串聯(lián)連接，構(gòu)成一個三輸入端的與門電路，只要三個輸入端中有一個輸入電平為低，輸出就截止。

2、過載保護(hù)

當(dāng)電動機過載時，電動機工作電流就會增加，同時L4產(chǎn)生的感應(yīng)電壓也增加，C4兩端的電壓也隨之增加。該電壓經(jīng)RP1的滑動觸點、R7、R9對C6進(jìn)行充電，當(dāng)C6兩端電壓大于穩(wěn)壓管DZ的穩(wěn)壓值4。7V時，NE556的TH2端獲復(fù)位信號，Q2端輸出低電平，運行指示燈LED3熄滅，過載指示燈LED2亮。這時，13腳D2端導(dǎo)通接地，C6通過R9開始放電。當(dāng)C6兩端電壓低于DZ穩(wěn)壓值時。TL2端又獲置位信號。Q2端又輸出高電平，D2端又截止，C6再次充電。當(dāng)C6兩端電壓高于DZ穩(wěn)壓值時，TH2端再次獲得復(fù)位信號，Q2端再次輸出低電平。這樣，D2、TL2、TH2、C6、R9等構(gòu)成一個多諧振蕩器，使運行指示燈LED3和過載指示燈LED2交替閃亮。給出過載指示。與此同時，C5通過D7、R8、RP2、NE556的Q2端進(jìn)行斷續(xù)充電。隨著充電電流的減小，C5負(fù)端的電壓逐漸降低。當(dāng)?shù)陀诒Ｗo(hù)器工作電壓時，NE556的TL1端獲置位信號，Q1端輸出高電平，K得電吸合，其常閉觸點斷開，KM、保護(hù)器失電停止工作。

3、過壓保護(hù)

當(dāng)電網(wǎng)電壓升高時，電動機工作電流隨之增加，于是L4產(chǎn)生的感應(yīng)電壓也同時增加，隨后的保護(hù)過程與過載保護(hù)過程相同。使用電動機保護(hù)器時必須注意控制線路的接線問題，以確保機器的正常運行，根據(jù)電動機保護(hù)器原理來它可以代替斷路器、接觸器、熱繼電器、熔斷器等低壓電器的一項產(chǎn)品。

電動機保護(hù)器電路原理圖二

圖1、用熱繼電器組成的電動機過載保護(hù)電路

熱繼電器FR1串接于主電路中，F(xiàn)R1的常閉觸點串接于控制回路，過載故障發(fā)生時，F(xiàn)R1控制觸點斷開，交流接觸器KM1線圈失電，KM1開斷，起到過載停機保護(hù)作用。

1、電動機在起動和運行過程中可能發(fā)生的故障和保護(hù)特點：

1）電動機的過載

電動機的一個重要工作參數(shù)即額定工作電流，在定額電流以內(nèi)運行，為安全工作區(qū)。機械負(fù)載或供電電壓變化，都會引起工作電流的變化，出現(xiàn)異常情況時使電動機過載，轉(zhuǎn)速下降，電動機繞組中的電流增大，超過額定工作電流，繞組溫度升高。過載運行，會導(dǎo)致電動機繞組絕緣老化、縮短電機使用壽命，嚴(yán)重時使繞組絕緣擊穿造成短路，繞組起火燒毀等故障。電動機的過載運行，指轉(zhuǎn)差率增大由過流引起繞組異常溫升，所以又稱為過流運行。

電動機的過電流大小與過電流時間之間的關(guān)系稱為過載特性。在實際運行中，電機短時過載和較低程度的過載，是難以避免的，也是可以允許的，過電流大小和過電流允許時間呈反比，稱為反時限保護(hù)特性，見下圖。

圖2電動機過載保護(hù)反限保護(hù)特性曲線

過載保護(hù)運行閥值的整定點在電動機額定電流的0.95～1.05左右，即運行電流在額定電流的1.1倍以下時，電動機能長期運行不應(yīng)該產(chǎn)生保護(hù)停機動作；過載程度繼續(xù)加大時，保護(hù)動作時間應(yīng)隨過流程度而縮短。一般認(rèn)為，電動機的起動電流為額定電流的4～7倍，保護(hù)動作應(yīng)該既能避開正常的起動電流，又能在過載時，實施有效的停機保護(hù)。比如在4倍額定電流時，延時10s產(chǎn)生保護(hù)動作，在7倍額定電流時，延時2s即應(yīng)產(chǎn)生保護(hù)動作。對運行中的短時過載，有一定的時間延時處理，不會產(chǎn)生誤保護(hù)動作，對長時間過載，則能作出有效的反應(yīng)。

2）電動機的短路

短路保護(hù)是過載保護(hù)的一個極限情況。三相交流電動機的短路故障，有單相接地短路故障、相間短路故障等，當(dāng)電纜短路時，更直接造成對三相電源的短路。電機內(nèi)部短路大都是電機絕緣損壞引起的，表現(xiàn)為線圈匝間短路、層間短路、相間短路和對地（電機外殼、轉(zhuǎn)子）短路等。單相對地短路，一般不會燒毀電機，據(jù)外殼接地電阻的不同，形成大小不同的接地電流；（兩相或三相）相間短路時，會形成較大的短路電流，通常會使電機嚴(yán)重?zé)龤А?/p>

一般，將大于電動機8倍額定電流，視為短路電流。對電動機的短路保護(hù)，要求實施速斷保護(hù)，時間常數(shù)越小越好（動作越快越好）。

另外，當(dāng)電動機在運行中因機械原因出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)時，其堵轉(zhuǎn)電流有可能達(dá)到額定電流的5～8倍，在運行中出現(xiàn)5倍以上額定電流時，視為電動機堵轉(zhuǎn)故障，也應(yīng)實施相應(yīng)的反時限保護(hù)。

3）電機機的斷相

電動機的斷相運行，可分為以下幾種情況：

a、供電電源缺相。在電動機起動前斷相，會造成起動困難或無法起動，起動聲音異常，無保護(hù)時電機因堵轉(zhuǎn)極易燒毀；在運行中斷相，輕載時尚能運轉(zhuǎn)，但運行電流嚴(yán)重不平衡，可能出現(xiàn)過流運行。重載時易發(fā)生堵轉(zhuǎn)、嚴(yán)重過載而損壞。

b、電動機繞組斷路故障。供電電源正常，因電動機繞組斷路故障出現(xiàn)斷相運行，運轉(zhuǎn)無力，電動機振動大，故障現(xiàn)象同a；

c、電動機電纜斷路故障。故障現(xiàn)象同供電電源缺相。

電子式電動機保護(hù)器的出現(xiàn)，為完善地實施電動機的過載、短路和斷相保護(hù)提供了可能，一定程度上取代了熱繼電器，提升了控制功能和保護(hù)效果。本章內(nèi)容的重點是對各種電子式電動機保護(hù)器電路的原理分析和故障維修指導(dǎo)，對電子式電動機保護(hù)器以下簡稱為電動機保護(hù)器。

2、電動機保護(hù)器對故障信號的采樣方法：

1）對過載、短路故障信號的采樣。電動機起動運行中的過載和短路故障，體現(xiàn)在流經(jīng)電動機繞組的異常增大的電流值上，一般電動機保護(hù)器電路是采用3只電流互感器采樣運行電流信號，將采樣信號與電流基準(zhǔn)信號相比較，判斷是否處于過載或短路故障狀態(tài)，故障時輸出停機信號。電路采集處理的為模擬電壓信號——電流互感器輸出的電流信號經(jīng)負(fù)載電阻轉(zhuǎn)變?yōu)樾盘栯妷?，送入電?a target="_blank">比較器電路，得到故障信號輸出。

當(dāng)產(chǎn)生單相對地短路故障信號的采樣，可通過零序電流互感器取得，原理同漏電保安器?；虿蓸与姍C外殼電壓，取得漏電信號。

2）對斷相故障信號的采樣。如上所述，電動機的斷相故障表現(xiàn)為電源缺相、電動機電纜斷路、電動機繞組斷路等不同故障內(nèi)容，若采用對三相電源電壓進(jìn)行采樣的方法，僅能對電源缺相故障進(jìn)行保護(hù)，無法完成對后兩種缺相故障的檢測，是不究竟的一個方法。根本的方法，是采用對三相電流進(jìn)行采樣來判斷缺相故障的方法，對三種缺相故障都能做出準(zhǔn)確反應(yīng)，采取相應(yīng)的技術(shù)措施，還能對三相電流不平衡作出判斷。

一般對缺相運行的判斷，不是著眼于電流信號幅度的大小，而是著重于三相電流信號的有無，比較三相電流信號的有無，得到斷相故障信號。因而通常是將電流檢測信號處理為數(shù)字信號，經(jīng)邏輯運算，得到斷相故障保護(hù)信號。

3、電動機的保護(hù)器的典型電路結(jié)構(gòu)：

圖3電動機保護(hù)電路的典型結(jié)構(gòu)

從上圖可以看到，3只電流互感器LH1～LH3，將電動機的三相運行電流信號取出，分別送入后級過載、短路信號采樣處理電路和斷相信號采樣處理電路，處理成開關(guān)量信號再送入信號輸出電路和故障信號指示電路，輸出電路的形式也有多種，一般為繼電器接點信號輸出，或晶閘管器件開關(guān)信號輸出，或晶體管開路集電極信號輸出等。

需要說明的是：部分電動機保護(hù)器，采用微控制器處理電流采樣和電壓采樣信號（但電流信號采樣電路的前級電路同本章所述電路相似），可從操作顯示面板設(shè)置故障動作電流值，并可以監(jiān)看運行電流值、電壓電壓值等，其功能更為強大，智能化程度更高，但應(yīng)用面不夠廣泛。另外有的產(chǎn)品，如變頻器，軟起動器等產(chǎn)品，其過載、短路及斷相保護(hù)電路作為控制電路的一個有機組成部分。本章所述電動機保護(hù)器，系全部采用模擬或數(shù)字電路硬件電路的，作為一個獨立部件被應(yīng)用的保護(hù)裝置（產(chǎn)品）。

本節(jié)內(nèi)容將這兩種型號的保護(hù)器電路放在一起，一是因為其電路結(jié)構(gòu)與原理近似，二是多家低壓電器生產(chǎn)廠家生產(chǎn)此類產(chǎn)品，其它型號如JD-5、JDB-80，電路結(jié)構(gòu)也與本文電路相似或相同，這類保護(hù)器在電動機起動柜的生產(chǎn)和組裝中得到了廣泛的應(yīng)用。但缺點是該類產(chǎn)品的控制接線稍嫌復(fù)雜。在停機狀態(tài)，顯示斷相故障，處于斷相保護(hù)中。輸出控制接點為常閉型觸點，過載或斷相故障發(fā)生時動作，觸點開斷，送出停機信號。