电动机保护器典型二次图设计

摘要

电动机保护器作为电力拖动系统中的重要组成部分，对电动机的起动和运行中保护起着至关重要的作用，本文阐述了安科瑞电动机保护器ARD3的保护原理及功能，介绍过载、欠载、接地、不平衡、起动超时及外部故障等保护，并分析了电动机保护器保护模式、直接起动控制及在各个不同应用领域的二次电气原理图。

关键词

电机保护器、保护原理、功能、应用领域

1 引言

电动机是当前应用最广泛的动力设备，是其他机电设备的动力源泉，电动机正常的输出是其驱动的机电设备正常工作的前提，如今已被广泛应用于石油、化工、电厂、排风/排烟风机、皮带输送机等领域，电动机所带的负载种类繁多，且往往是整个设备中的关键部分，因而确保电动机的正常运行就显得十分重要，电动机保护器是发电、供电、用电系统的重要器件，是跨行业、量大面广、节能效果显著的节能机电产品，电动机保护器的作用是给电机全面的保护控制，在电机出现过流、欠流、断相、堵转、短路、过压、欠压、漏电、三相不平衡、过热、接地、轴承磨损、定转子偏心时、绕组老化予以报警或保护控制，如今电动机保护器几乎渗透到所有用电领域，在国民经济和节能事业中有着不可替代的重要地位和作用，保护器既能对电机进行保护，保证电机正常运行，又能对电机实现起动、停止控制，本文主要介绍了安科瑞ARD3电动机保护器的保护模式及保护模式下双速风机的应用、直接起动控制原理及在控制模式下不同领域的实际应用。

2 智能电机控制器保护原理及功能

电机保护器是近十年发展起来的新型电子式多功能电动机综合保护装置，它集过载、断相、过压、欠压、堵转、接地等抵押保护于一身，具有精度高、动作灵敏、工作可靠等优点，在电机出现过流、欠流、断相、堵转、短路、过压、欠压、漏电、三相不平衡、过热、轴承磨损、定转子偏心时，予以报警或保护控制。

电动机保护器一般由电流检测电路、温度检测电路、基准电压电路、逻辑处理电路、时序处理电路、复位电路、故障记录电路、驱动电路及电机控制电路组成。

本文介绍ARD3电动机保护器具体功能包括：

（1）过载保护功能

各个行业电动机在过负载情况下，长时间超过其额定电流运行时，会导致电动机过热，绝缘降低而烧毁，保护器根据电动机的发热特性，计算电动机的热容量，模拟电动机发热特性对电动机进行保护，当保护器监测到电动机过载运行了，保护器应在报警或脱扣（延时）设定时间内发出报警或脱扣信号。

(2)堵转保护功能

电动机在起动过程中，如果由于负荷过大或自身机械原因，造成电动机轴被卡住，而未及时解除故障，将造成电机过热，绝缘降低而烧毁电机，堵转保护适用于电动机起动发生此类故障时进行保护。

(3)三相不平衡保护功能

三相不平衡故障运行时对电动机的危害很大，当现场运行的电机发生断相或三相电流严重不平衡时，如不平衡率达到保护设定值时，保护器按照设定的要求保护，发出停车或报警，确保电机的安全运行。

(4)故障判断及记录功能

电厂生产现场电动机运行过程中，需要电动机保护器对电动机进行检测，判断电动机正常、过载、短路、断相、过压、欠压、过热等工况并作相应处理，当电动机出现某种故障时，保护器切断电动机电源并处于保护状态，保存故障类型、时间及电机运行参数，电机保护器通过识别与记忆电路对故障予以设别、记忆和指示，以便于维修，只有故障排除后，复位保护器，故障指示灯消失，保证电动机能够再次启动。

(5)在线监测功能

控制室操作人员可通过保护器的通讯，在后台人机界面上完成所有电厂项目现场电动机保护器各种保护整定参数读取、修改和整定，同时，在线监测电机运行负载和供电电源质量，为及早发现过载和接故障等，创造了条件，后台人机界面强大的信息管理功能，可有效记录各台电机型号、运行方式、和历史维护记录，为保证工艺系统安全生产、减少事故停车，提供了可靠依据。

3 典型二次图设计

电动机保护器是不同领域电机运行系统的重要器件，广泛的采用电机保护器，不但可以提高工艺控制的准确性、科学性，降低事故率，而且对于提高电机控制系统的自动化水平和发展国民经济起着积极的推动作用，电机保护器能作为保护器对电机实现保护，同时能作为控制器对电机实现控制，下面以安科瑞ARD3智能型电动机控制器保护模式、直接起动控制及在不同应用领域为例进行具体分析、介绍。

3.1 保护模式典型二次图

图1是ARD3电机保护器保护模式原理图，图中电动机的起动、停止由外部按钮实现，接触器QAC线圈串联在保护器的95、96脱扣继电器常闭触点中，闭合QA，按下起动按钮SF，QAC线圈得电，使QAC主触头闭合，电机开始工作，当按下停车按钮SS时，QAC吸引线圈失电，使QAC主触点释放，电机停止工作，保护器脱扣继电器97、98实现塑壳断路器的速断功能，电机出现故障时，97、98脱扣继电器闭合，切断电源，95、96脱扣继电器断开，QAC线圈失电，电机停止工作，只由外部按钮控制电机，保护器实现保护功能。

图1 电机保护器保护模式原理图

ARD3保护模式主要用来对电机实现保护，由脱扣保护端子95、96断开电路实现，可以应用在石油、排水、皮带输送机、双速风机等各个领域，其中双速风机运行中包括低速、高速，由保护器实现保护，能够保证风机的正常运行，下面介绍的是双速风机控制原理及ARD3保护模式应用到双速风机的控制原理，主要由定时器实现双速风机的低速、高速切换，在风机故障时，通过保护器95、96断开定时器，风机停止运行，实现保护。

图2是双速风机控制原理图，图中QAC1实现低速运行，QAC2、QAC3实现高速运行，按下起动按钮SF，低速起动接触器QAC1、时间继电器KT线圈得电，电机实现低速运行，低速指示灯亮，在时间继电器时间到达后，KT通电延时断开触点断开，常开触点闭合，QAC2线圈得电，QAC3线圈也同时得电，电机实现高速运行，高速指示灯亮，按下停止按钮SS，时间继电器KT线圈失电，高/低速运行继电器线圈失电，电机停止运行，在此双速风机原理图中，不能对电机运行中出现的故障实现保护，下图介绍安科瑞保护器ARD3在双速风机应用，主要分析ARD3保护模式下的双速风机控制原理，对双速风机实现保护。

图2 双速风机原理图

图3是ARD3电机保护器在保护模式下双速风机的原理图，图中接触器QAC1实现低速运行，接触器QAC2、QAC3实现高速运行，KT为通电延时型时间继电器，由KT实现高/低速自动切换运行，保护器脱扣继电器97、98实现塑壳断路器的速断功能，电机出现故障时，97、98脱扣继电器闭合，切断电源，95、96脱扣继电器断开，KT线圈失电，电机停止高/低速自动切换运行，电机只由外部按钮实现控制，保护器实现保护功能。

图3 电机保护器保护模式双速风机原理图

3.2 直接起动典型二次图

图4是ARD3电机保护器直接起动原理图，控制方式有本地、就地两种，通过转换开关实现两种控制的转换，就地控制通过现场控制柜按钮等接入保护器开关量16、18、20端子实现，本地控制通过显示模块实现，由保护器的14、15端子实现控制权限的转换，接触器QAC线圈串接在脱扣继电器常闭端子95、96和起动1端子7、8上，闭合QA，按下显示模块的“起动1”按键，使QAC主触头闭合，电机开始工作，按下显示模块“停车”按键，QAC线圈失电，使QAC主触点释放，电机停止工作，实现电机本地控制，同时，通过现场控制柜按钮接入保护器开关量“起动1”、“停止”、“复位”输入端，实现电机就地启、停控制。

图4 ARD3电机保护器直接起动原理图

ARD3直接起动模式主要用来对电机控制，由保护器7、8，9、10端子控制电机，可以应用在化工、电厂、铁路、排烟风机、排风兼排烟风机等领域，其中排风兼排烟风机运行中进行低速、高速切换，将保护器应用到排风排烟风机中，由保护器控制端子实现起动控制，脱扣保护端子实现保护控制，能够实现排风兼排烟风机运行中的正常排风、排烟，下面介绍ARD3控制模式应用到排风兼排烟风机的控制原理，主要由保护器控制端子实现风机的排风、排烟切换，在排风、排烟过程中风机出现故障，通过保护器95、96断开接触器，风机停止运行，实现控制保护。

图5是ARD3电机保护器直接起动模式下在排风兼排烟双速风机中应用的原理图，正常工作时，高低速运行作为排风使用，采用就地检修手控和楼宇自动化系统远距离控制，高速运行也作为排烟使用，由消防联动控制，F1、F2为消防联动常开、常闭触点，接自消防控制屏或联动模块，中间继电器KA为消防联动信号，通过转换开关SAC实现就地手动控制或DCS自动控制，DCS远程控制信号K1、K2、K3，能够实现远程高速/低速起停自动控制，通过保护器开关量输入端子16、19、20的低速起动按钮SF1、高速起动按钮SF2、停止按钮SS，实现手动控制高/低速起停。

图5 排风兼排烟双速风机原理图

4 结束语

随着当代控制技术的不断发展，电动机已经成为控制系统中重要的一部分，电动机保护器也朝着多元化方向发展，因此我们需要充分考虑电动机保护实际需求，超前、准确、及时地判断电动机的故障，合理选择保护功能和保护方式，实现对电动机的良好保护，达到提高设备运行可靠性，减少非计划停车，减少事故损失的目的，电动机保护器是发电、供电、用电系统的重要器件，广泛的采用电动机保护器，不但可以提高工艺控制准确性、科学性，降低故障率，而且对于提高电气控制系统的自动化水平和发展国民经济，起着积极的推动作用，因此，我们要充分了解保护器保护原理及其在不同领域应用，才能更加合理的选用保护器对电机实现保护、控制，ARD3选型见附录。

附录

ARD3智能型电动机保护器选型

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ARD3型号如下所示：

图6 ARD3型号说明

注：

1、附加功能可以同时选择多种，起动方式、额定电流只能选择一种，如有一台电动机电流为45A，变频起动，需要有通讯功能、剩余电流保护、温度保护功能，显示方式为分体液晶显示，订货型号为 ARD3—100R/LTC-90L。

2、剩余电流分为接地电流和漏电流，二者只能选其一。 接地电流采用三相电流矢量和叠加而成； 漏电流通过使用零序互感器检测，在订货时注明漏电流信号量程，便于出厂设置。

3、4～20mA 模拟量出厂默认为电动机2倍额定电流，即电动机2倍额定电流对应 20mA，0对应 4mA。用户可选择模拟量对应的电量参数：如A相电流，B相电流，C相电流，AB 线电压，BC线电压，CA线电压，有功功率等，DC4mA 对应所选变量的最小值，DC20mA对应所选变量的最大值，订货时注明具体要求，否则按默认值设置。

4、过载保护选择是tE时间保护或反时限过载保护，默认是反时限过载保护，需要tE保护时要在订货单中注明，否则按默认值设置。

5、电动机保护器应与其产品编号一致的电流互感器、零序电流互感器配套使用。

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ARD3外形尺寸

图7 ARD3主体模块

图8 ARD3显示模块