电动机保护器与变频电机及直线电机有什么区别？

　　电动机保护器

 

　　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。

 

　　主要种类

 

　　（一）热继电器是五十年代初引进苏联技术开发的金属片机械式电动机过载保护器。它在保护电动机过载方面具有反时限性能和结构简单的特点。但存在功能少，无断相保护，对电机发生通风不畅，扫膛、堵转、长期过载；频繁启动等故障不起保护作用。这主要是因为热继电器动作曲线和电动机实际保护曲线不一致，失去了保护作用。且重复性能差，大电流过载或短路故障后不能再次使用，调整误差大、易受环境温度的影响误动或拒动，功耗大、耗材多、性能指标落后等缺陷。

 

　　（二）温度继电器是采用双金属片制成的盘式或其他形式的继电器，具有结构简单、动作可靠，保护范围广泛等优点，但动作缓慢，返回时间长，3KW以上的三角形接法电动机不宜使用。如今在电风扇、电冰箱、空调压缩机等方面大量使用。

 

　　温度继电器与热继电器不同。温度继电器是装在电动机内部，靠温度变化时期动作的。而热继电器装在动力线上，靠电流热效应动作的。

 

　　（三）电子式电动机保护器已由晶体管发展到集成电路至今已发展到微处理芯片厚模电路，从功能上一般分为断相保护、综合保护（多功能保护）、温度保护和智能保护。此类保护器具有节能、动作灵敏、精确度高、耐冲击振动，重复性好、保护功能齐全、功耗小等优点。

 

　　1.电动机保护器（电机保护器）是以检测线电流的变化（包括采取、正序、负序、零序和过流）为原则，可检测断相或过载信号。除具有断相保护功能外，还具有过负荷、堵转保护功能。

 

　　2.智能保护：集保护、遥测、通讯、遥控与一体的电动机保护装置，对电动机发生断相、过载、短路、欠压、过压和漏电等故障时实现保护，还具有电流电压显示，时间控制，软件自诊断，来电自恢复，自启动顺序，故障记忆，自琐和远传报警，显示故障时的电流、电压故障前后用代号闪烁示警，配置RS485通讯接口，实现计算机联网。同时可监控、监测256台电动机工作等功能。

 

　　（四）电动机保护器在国民经济和节能事业中的重要意义

 

　　电动机保护器（电机保护器）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。几乎渗透到所有用电领域；是工业、农业和国防建设及人民生活正常生产和安全工作的重要保证，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。

 

　　《中华人民共和国节约能源法》规定：“节能是指加强用能管理，采取技术上可行、经济上合理以及环境和社会可以承受的措施，减少从能源生产到消费各个环节中的损失和浪费，更加有效、合理地利用能源”；“节能发展经济的一项长远战略方针”。节能是系统工程。 据不完全统计，全国运行的1KW-320KW低压电动机数量为6000万台，占电网用电量的70%以上，是工农业及商业系统中应用最为广泛的动力设备。全国每年烧毁电动机数量约300万台，容量为10亿千瓦，每年仅电动机在烧毁过程中就耗电为数亿度，修理费高达数100亿元左右，造成停工停产损失竟达数100亿元。仅上述费用不算，还会造成电机修理后功率下降，耗电量大，性能变差直接影响企业正常生产。

 

　　注意事项

 

　　1．电机比过去更容易烧毁绕组，是由于绝缘技术的不断发展，在电机的设计上既要求增加出力，又要求减小体积，使新型电动机的热容量越来越小，过负荷能力越来越弱；再由于生产自动化程度的提高，要求电动机经常运行在频繁的起动、制动、正反转以及变负荷等多种方式，对电动机保护装置提出了更高的要求。另外，电动机的应用面更广。常工作于环境极为恶劣的场合，如潮湿、高温、多尘、腐蚀等场合。再加上电动机制造上的不规范，设备管理上的疏漏。所有这些，造成了如今的电动机比过去更容易损坏，尤其是过载、短路、缺相、扫膛等故障出现频率最高

 

　　2．传统的保护装置保护效果不甚理想，是传统的电机保护装置以熔断器、热继电器为主。熔断器主要用于短路保护，熔断器电流的选择需考虑电动机的起动电流，所以单独使用熔断器保护电动机是不可取的。热继电器是应用最广的电机过载保护装置，但热继电器灵敏度低、误差大、稳定性差，保护不可靠。事实也正是这样，尽管许多设备安装了热继电器，但电机损坏而影响正常生产的现象仍普遍存在。传统的保护装置还没有能够实现电动机的机械磨损监测、定转子偏心监测的产品。

 

　　3、电机保护器如今已由过去的机械式发展为电子式和智能型，灵敏度高，可靠性高，功能多，调试方便。可直接显示电动机的电流、电压、温度等参数，保护动作后故障种类一目了然，极大方便了故障的判断，有利于生产现场的故障处理和缩短恢复生产时间。另外，根据电动机气隙磁场进行电动机偏心检测技术使电动机磨损状态在线监测成为可能，通过曲线显示反映电动机偏心程度的值的变化趋势，记录两年时间该值的变化情况，可早期发现轴承故障，做到早发现，早处理，避免扫膛事故发生。

 

　　3．选用电动机保护装置的目的，既能使电动机充分发挥过载能力，又能免于损坏，而且还能提高电力拖动系统的可靠性和生产的连续性。在能满足保护要求的情况下首先考虑最简单保护装置，当简单的保护装置不能满足要求时，或对保护功能和特性提出更高要求时，才考虑应用复杂的保护装置，做到经济性和可靠性的统一。具体的功能选择应根据综合考虑电动机的本身的价值、负载情况、环境好坏、电动机的重要程度、退出运行是否对生产系统造成严重影响等因素，力争做到经济合理。

 

　　4、 理想的电动机保护器不是功能最多，也不是所谓最先进的，而是应该最实用的。那么何为实用呢？实用应满足可靠、经济、方便等要素，具有较高的性能价格比。那么何为可靠呢？可靠首先应满足功能的可靠，如过电流、断相功能必须对各种场合、各种过程、各种方式发生的过电流、断相均能可靠的动作。其次自身的可靠（既然保护器是保护别人的，尤其应具有很高的可靠性）必须具有对各种恶劣环境的适应性稳定性、耐久性。经济性：采用先进的设计、合理的结构，专业化、规模化的生产，降低产品成本，给用户带来极高的经济效益。方便性：必须在安装、使用、调整、接线等方面，尽可能的简易方便。

 

　　选型方法

 

　　一、 选型基本原则

 

　　如今，市场上电动机保护产品没有统一标准，型号规格五花八门。制造厂商为了满足用户不同的使用需求派生出很多的系列产品，种类繁多给广大用户选型带来诸多不便，用户在选型时应充分考虑电动机保护实际需求，合理选择保护功能和保护方式，才能达到良好的保护效果，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。

 

　　二、选型的基本方法

 

　　（一）与选型有关的条件：

 

　　电机保护的选型存在着电动机与保护器二者怎样合理配用关系，以下提供几个与保护有关的条件、因素，为用户选型时提供参考。

 

　　1、电机方面：要先了解的型号规格、电动机功能特性、防护型式、额定电压、额定电流、额定功率、电源频率、绝缘等级等。这些内容基本能给用户如何正确使用和维护及选型保护器提供了参考依据。

 

　　2、环境条件：主要指常温、高温、高寒、腐蚀度、震动度、风沙、海拔、电磁污染等。

 

　　3、电动机用途：主要指拖动机械设备要求特点，如风机、水泵、空压机、车床、油田抽油机等不同负载机械特性。

 

　　4、控制系统方面：控制模式有手动、自动、就地控制、远程控制、单机独立运行、生产线集中控制等情况。启动方式有直接、降压、星三角、频敏变阻器、变频器、软起动等启动方式。

 

　　5、其他方面：用户对现场生产监护管理是比较随意还是严谨，非正常性的停机对生产影响的严重程度等。

 

　　与保护器的选用有一定相关因素的还有很多，如安装位置、电源情况、与配电系统的配合等；还要考虑是对新购电动机保护配置，还是对电动机保护升级，还是对事故电动机保护的完善等；还要考虑电动机保护方式改变的难度和对生产影响程度；需根据现场实际工作条件综合考虑保护器的选型和调整。

 

　　（二）电动机保护器的常见类型

 

　　1、热继电器：普通小容量交流电机，良好工作条件，不存在频繁启动等恶劣工况，由于精度差，可靠性不能保证，不推荐使用。

 

　　2、电子型：检测三相电流值，整定电流值采用电位器旋钮或拔码开关操作，电路一般采用模拟式，采用反时限或定时限工作特性。保护功能包括过载、缺相、堵转等故障保护，故障类型采用指示灯显示，运行电量采用数码管显示。

 

　　3、智能型：检测三相电流值，保护器使用单片机，实现电动机智能化综合保护，集保护、测量、通讯、显示为一体。整定电流采用数字设定，通过操作面板按钮来操作，用户可以根据自己实际使用要求和保护情况在现场自行对各种参数修正设定，采用数码管作为显示窗口，或采用大屏幕液晶显示，能支持多种通讯协议，如ModBUS、ProfiBUS等，价格相对高些，用于较重要场合，如今高压电动机保护均采用智能型。

 

　　4、热保护型：在电动机中埋入热元件，根据电动机的温度进行保护，保护效果好，但电动机容量较大时，需与电流监测型配合使用，避免电动机堵转时温度急剧上升，由于测温元件的滞后性，导致电动机绕组受损。

 

　　5、磁场温度检测型：在电动机中埋入磁场检测线圈和温度探头，根据电动机内部旋转磁场的变化和温度的变化进行保护，主要功能包括过载、堵转、缺相、过热保护和磨损监测，保护功能完善，缺点是需在电动机内部安装磁场检测线圈和温度传感器。

 

　　（三） 保护器类型在电动机工作条件下的选择

 

　　1、对于工作条件要求不高、操作控制简单，监护、管理比较随意，停机对生产影响不大的单机独立运行电动机，可选用普通型保护器，因普通型保护器结构简单，在现场安装接线、替换、操作简单、方便，具有性价比高等特点。

 

　　2、对于工作条件要求很高，安全性和连续性又很关键的，而自动化程度高，且需要专人控制、监护、管理，需组网监控的MCC系统中，应选用中高档、功能较全的保护器。

 

　　3、对于防爆电机，由于轴承磨损造成偏心，可能导致防爆间隙处摩擦出现高温，产生爆炸危险，应选择磨损状态监测功能。对于大容量高压潜水泵，由于检查维护困难，也应选择磨损状态监测功能，避免发生扫膛事故造成重大经济损失。

 

　　4、应用于有防爆要求场所的保护器，要根据应用现场的具体要求，选用相应的防爆型保护器，避免安全事故发生。

　　变频电机

　　变频技术实际是利用电机控制学原理，通过所谓的变频器，对电机进行控制。用于此类控制的电机叫做变频电机。

　　常见的变频电机包括：三相异步电机、直流无刷电机、交流无刷电机及开关磁阻电机等。

　　变频电机的控制原理

　　通常变频电机的控制策略为：基速下恒转矩控制、基速以上恒功率控制、超高速范围弱磁控制。

　　基速：由于电机运转时会产生反电动势，而反电动势的大小通常与转速成正比。因此当电机运转到一定速度时，由于反电动势大小与外加电压大小相同，此时的速度称为基速。

　　恒转矩控制：电机在基速下，进行恒转矩控制。此时电机的反电动势E与电机的转速成正比。又电机的输出功率与电机的转矩及转速乘积成正比，因此此时电机功率与转速成正比。

　　恒功率控制：当电机超过基速后，通过调节电机励磁电流来使电机的反电动势基本保持恒定，以此提高电机的转速。此时，电机的输出功率基本保持恒定，但电机转矩与转速成反比例下降。

　　弱磁控制：当电机转速超过一定数值后，励磁电流已经相当小，基本不能再调节，此时进入弱磁控制阶段。

　　电动机的调速与控制，是工农业各类机械及办公、民生电器设备的基础技术之一。随着电力电子技术、微电子技术的惊人发展，采用“专用变频感应电动机+变频器”的交流调速方式，正在以其卓越的性能和经济性，在调速领域，引导了一场取代传统调速方式的更新换代的变革。它给各行各业带来的福音在于：使机械自动化程度和生产效率大为提高、节约能源、提高产品合格率及产品质量、电源系统容量相应提高、设备小型化、增加舒适性，目前正以很快的速度取代传统的机械调速和直流调速方案。

　　由于变频电源的特殊性，以及系统对高速或低速运转、转速动态响应等需求，对作为动力主体的电动机，提出了苛刻的要求，给电动机带来了在电磁、结构、绝缘各方面新的课题。

　　变频电机的应用

　　变频调速目前已经成为主流的调速方案，可广泛应用于各行各业无级变速传动。

　　特别是随着变频器在工业控制领域内日益广泛的应用，变频电机的使用也日益广泛起来，可以这样说由于变频电机在变频控制方面较普通电机的优越性，凡是用到变频器的地方我们都不难看到变频电机的身影。

　　直线电机

　　机床上传统的“旋转电机 + 滚珠丝杠”进给传动方式，由于受自身结构的限制 ，在进给速度、加速度、快速定位精度等方面很难有突破性的提高， 已无法满足超高速切削、超精密加工对机床进给系统伺服性能提出的更高要求。直线电机将电能直接转换成直线运动机械能，不需要任何中间转换机构的传动装置。具有起动推力大、传动刚度高、动态响应快、定位精度高、行程长度不受限制等优点。在机床进给系统中，采用直线电动机直接驱动与原旋转电机传动的最大区别是取消了从电机到工作台（拖板）之间的机械传动环节，把机床进给传动链的长度缩短为零，因而这种传动方式又被称为“零传动”。正是由于这种“零传动”方式， 带来了原旋转电机驱动方式无法达到的性能指标和优点。

　　（1）高速响应

　　由于系统中直接取消了一些响应时间常数较大的机械传动件（如丝杠等），使整个闭环控制系统动态响应性能大大提高，反应异常灵敏快捷。 （2）精度

　　直线驱动系统取消了由于丝杠等机械机构产生的传动间隙和误差，减少了插补运动时因传动系统滞后带来的跟踪误差。通过直线位置检测反馈控制，即可大大提高机床的定位精度。

　　（3）动刚度高由于“直接驱动”，避免了启动、变速和换向时因中间传动环节的弹性变形、摩擦磨损和反向间隙造成的运动滞后现象， 同时也提高了其传动刚度。

　　（4）速度快、加减速过程短

　　由于直线电动机最早主要用于磁悬浮列车（时速可达500km/h），所以用在机床进给驱动中，要满足其超高速切削的最大进给速度（要求达60～100M/min 或更高）当然是没有问题的。也由于上述“零传动”的高速响应性，使其加减速过程大大缩短。以实现起动时瞬间达到高速， 高速运行时又能瞬间准停。可获得较高的加速度，一般可达2～10g（g=9.8m/s2），而滚珠丝杠传动的最大加速度一般只有0.1～0.5g。

　　（5） 行程长度不受限制在导轨上通过串联直线电机， 就可以无限延长其行程长度。

　　（6）运动动安静、噪音低。由于取消了传动丝杠等部件的机械摩擦，且导轨又可采用滚动导轨或磁垫悬浮导轨（无机械接触），其运动时噪音将大大降低。

　　（7）效率高。由于无中间传动环节，消除了机械摩擦时的能量损耗，传动效率大大提高。