電動機保護器電路原理圖

電動機保護器電路原理圖一

電動機保護器是經(jīng)典的電機星三角啟動方式，主要是電動機保護器工作原理是保護熱繼電器，若使用熱繼電器對大型電機作保護，就會使大電線出現(xiàn)斷點，也就是進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器來實現(xiàn)，因為保護器是穿心式，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輔助觸點和保護器內(nèi)繼電器常閉觸點K繼續(xù)給KM線圈和保護器供電，實現(xiàn)電路自鎖。電動機工作后，保護器內(nèi)的電感線圈L1~L3產(chǎn)生感應電，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導通。斷相指示燈LED1滅，R5上端電壓等于保護器工作電壓，使D6處于反偏截止狀態(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端不會獲得復位信號。

保護原理：

1、斷相保護

當三相交流電源中任意一相斷（缺）相時，相應的電感線圈失去感應電壓。V1~V3中相應的三極管截止，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

當電動機過載時，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進行充電，當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端導通接地，C6通過R9開始放電。當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C6兩端電壓高于DZ穩(wěn)壓值時，TH2端再次獲得復位信號，Q2端再次輸出低電平。這樣，D2、TL2、TH2、C6、R9等構成一個多諧振蕩器，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端進行斷續(xù)充電。隨著充電電流的減小，C5負端的電壓逐漸降低。當?shù)陀诒Ｗo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、保護器失電停止工作。

3、過壓保護

當電網(wǎng)電壓升高時，電動機工作電流隨之增加，于是L4產(chǎn)生的感應電壓也同時增加，隨后的保護過程與過載保護過程相同。使用電動機保護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。

電動機保護器電路原理圖二

圖1、用熱繼電器組成的電動機過載保護電路

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，會導致電動機繞組絕緣老化、縮短電機使用壽命，嚴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，稱為反時限保護特性，見下圖。

圖2電動機過載保護反限保護特性曲線

過載保護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該產(chǎn)生保護停機動作；過載程度繼續(xù)加大時，保護動作時間應隨過流程度而縮短。一般認為，電動機的起動電流為額定電流的4～7倍，保護動作應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。比如在4倍額定電流時，延時10s產(chǎn)生保護動作，在7倍額定電流時，延時2s即應產(chǎn)生保護動作。對運行中的短時過載，有一定的時間延時處理，不會產(chǎn)生誤保護動作，對長時間過載，則能作出有效的反應。

2）電動機的短路

短路保護是過載保護的一個極限情況。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，通常會使電機嚴重燒毀。

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，要求實施速斷保護，時間常數(shù)越小越好（動作越快越好）。

另外，當電動機在運行中因機械原因出現(xiàn)堵轉時，其堵轉電流有可能達到額定電流的5～8倍，在運行中出現(xiàn)5倍以上額定電流時，視為電動機堵轉故障，也應實施相應的反時限保護。

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，無保護時電機因堵轉極易燒毀；在運行中斷相，輕載時尚能運轉，但運行電流嚴重不平衡，可能出現(xiàn)過流運行。重載時易發(fā)生堵轉、嚴重過載而損壞。

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。

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

2、電動機保護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)負載電阻轉變?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。或采樣電機外殼電壓，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行采樣的方法，僅能對電源缺相故障進行保護，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確反應，采取相應的技術措施，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，得到斷相故障保護信號。

3、電動機的保護器的典型電路結構：

圖3電動機保護電路的典型結構

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用的保護裝置（產(chǎn)品）。

本節(jié)內(nèi)容將這兩種型號的保護器電路放在一起，一是因為其電路結構與原理近似，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，電路結構也與本文電路相似或相同，這類保護器在電動機起動柜的生產(chǎn)和組裝中得到了廣泛的應用。但缺點是該類產(chǎn)品的控制接線稍嫌復雜。在停機狀態(tài)，顯示斷相故障，處于斷相保護中。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。