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电动机保护器选型的基本方法 - 电机智能保护器
目前，市场上电机保护器未有统一标准，几乎每个厂家都有自己的型号规格。制造厂商为了满足不同客户的需求派生出很多的不同用途的产品，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。
一、与选型有关的条件：电动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、电动机方面：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选择与使用电机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：如风机、水泵、空压机、车床、油田抽油机等不同负载机械特性，如水泵电机保护器，就应该具备欠载功能，当水泵将水抽完时，保护器需要给出保护指令。
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。
注：与电机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机保护器，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电机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：普通小容量交流电动机，良好工作条件，不存在频繁启动等恶劣工况，由于精度差，缺少缺相保护功能，可靠性不能保证，不推荐使用。
2、电机保护器：检测三相电流值和三相电压值，整定电流值采用按键数码式操作，电路一般采用集成电路（单片机），采用反时限工作特性。保护功能包括过载、缺相、三相不平衡、堵转、过压、欠压、漏电等故障保护，故障类型采用指示灯指示液晶屏（数码管）显示，如GY100系列便是此类电机保护器。
3、综合智能型：检测三相电流值，电机保护器使用单片机，实现电动机智能化综合保护，集保护、测量、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，或采用大屏幕液晶全汉字中英文显示价格相对高些，用于较重要场合，是目前低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，保护一般，并且具有温度滞后性，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，难以在复杂的现场环境使用，目前只适合于实验室使用。
三、电动机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，监控、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、功能较全的电机保护器。
3、对于防爆电动机，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电机保护器，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。
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电（动）机保护器分类型
从电动机工作条件来看，电动机保护器类型分为以下几种：
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（如:GY100），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、功能较全的电动机保护器（如:GY600）。
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(如:GY205)。
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，选用相应的防爆型电动机保护器，避免安全事故发生(如GY202).
电(动)机保护器的安装步骤
电(动)机保护器的工作原理是经典的电机星三角启动方式，主要是保护热继电器，若使用热继电器对大型电机作保护，就会使大电线出现断点，也就是进出热继电器的螺丝接线问题，容易出现发热点和故障点。如果不用熔断器和热继电器，而采用电机综合保护器来实现，因为保护器是穿心式，就可以减少大电线的断点，从而减少发热点和故障点。 使用电动机保护器时必须注意控制线路的接线问题，以确保机器的正常运行，它可以代替断路器、接触器、热继电器、熔断器等低压电器的一项产品。
电动机保护器的安装步骤如下：
1、根据安装部位要求方式和保护功能的需要，合理选择电动机保护器型号及其各项保护动作参数设置；
2、按产品使用说明书要求正确安装，应按各接线端子用途正确无误连接，工作电源应接在控制回路前，并注意标称电压与实际电压相符合；
3、电动机保护器配用电流变比互感器时，若设备现场或控制室需电流表显示时，最好另配一个电流互感器，不然对配带电流表的那相电流显示会有影响；
4、安装分体式的保护器不要将不同编号的配套互感器和显示部分共同使用；
5、可以按用户要求改进，模拟量4-20毫安接口输出量应与连接设备相匹配使用；
6、正确接地，低压系统为TN-C保护系统时，保护器负载侧的设备的接地保护线必须改为按TT系统的独立保护接地，中性线不得重复接地，不得作为保护线.
电(动)机保护器电路原理分析和维修
上世纪八十年代之前，电子技术的应用尚处于初级阶段，对电动机的保护任务多由热继电器承担，国内型号为JR20-XX系列、JR36-XX系列等。其保护机理如下：热继电器由发热元件、双金属片、触点及一套传动和调整机构组成。发热元件是一段阻值不大的电阻丝，串接在被保护电动机的主电路中。双金属片由两种不同热膨胀系数的金属片辗压而成。当电动机过载时，通过发热元件的电流超过整定电流，使有不同膨胀系数的双金属片发生形变，当形变达到一定距离时，就推动连杆动作，使控制（常闭）触点断开，进而控制主电路接触器因线圈失电而释放，断开主电路，实现电动机的过载保护。热继电器以其体积小，结构简单、成本低等优点得到了广泛应用。但同时存在不易克服的下述缺点：双金属片受热弯曲过程中，热量的传递需要较长的时间，因此，热继电器不能用作短路保护，而只能用作过载保护。对电动机的短路保护，通常采用在电源回路中串接熔断器的方法来实施；热继电器依赖于机械结构所形成的机械动作来实现停机保护，当动作结构产生机械疲劳（老化）、机型形变时，会使动作阀值偏离设定值，造成误动作或保护失效；普通的热继电器，不具备断相保护功能。用热继电器对电动机进行保护的典型电路见下图：
用热继电器组成的电动机过载保护电路热继电器FR1串接于主电路中，FR1的常闭触点串接于控制回路，过载故障发生时，FR1控制触点断开，交流接触器KM1线圈失电，KM1开断，起到过载停机保护作用。
1、电动机在启动和运行过程中可能发生的故障和保护特点：
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电动机过载保护反限保护特性曲线过载保护运行阀值的整定点在电动机额定电流的0.95～1.05左右，即运行电流在额定电流的1.1倍以下时，电动机能长期运行不应该产生保护停机动作；过载程度继续加大时，保护动作时间应随过流程度而缩短。一般认为，电动机的起动电流为额定电流的4～7倍，保护动作应该既能避开正常的起动电流，又能在过载时，实施有效的停机保护（比如在4倍额定电流时，延时10s产生保护动作，在7倍额定电流时，延时2s即应产生保护动作）。对运行中的短时过载，有一定的时间延时处理，不会产生误保护动作，对长时间过载，则能作出有效的反应。
2）电动机的短路保护是过载保护的一个极限情况。三相交流电动机的短路故障，有单相接地短路故障、相间短路故障等，当电缆短路时，更直接造成对三相电源的短路。电机内部短路大都是电机绝缘损坏引起的，表现为线圈匝间短路、层间短路、相间短路和对地(电机外壳、转子)短路等。单相对地短路，一般不会烧毁电机，据外壳接地电阻的不同，形成大小不同的接地电流;(两相或三相)相间短路时，会形成较大的短路电流，通常会使电机严重烧毁。一般，将大于电动机8倍额定电流，视为短路电流。对电动机的短路保护，要求实施速断保护，时间常数越小越好(动作越快越好).另外，当电动机在运行中因机械原因出现堵转时，其堵转电流有可能达到额定电流的5～8倍，在运行中出现5倍以上额定电流时，视为电动机堵转故障，也应实施相应的反时限保护。
3）电机机的断相电动机的断相运行，可分为以下几种情况：
a、供电电源缺相。在电动机起动前断相，会造成起动困难或无法起动，起动声音异常，无保护时电机因堵转极易烧毁；在运行中断相，轻载时尚能运转，但运行电流严重不平衡，可能出现过流运行。重载时易发生堵转、严重过载而损坏。
b、电动机绕组断路故障。供电电源正常，因电动机绕组断路故障出现断相运行，运转无力，电动机振动大，故障现象同a；
c、电动机电缆断路故障。故障现象同供电电源缺相。电子式电动机保护器的出现，为完善地实施电动机的过载、短路和断相保护提供了可能，一定程度上取代了热继电器，提升了控制功能和保护效果。本章内容的重点是对各种电子式电动机保护器电路的原理分析和故障维修指导，对电子式电动机保护器以下简称为电动机保护器。
2、电动机保护器对故障信号的采样方法：
1）对过载、短路故障信号的采样。电动机起动运行中的过载和短路故障，体现在流经电动机绕组的异常增大的电流值上，一般电动机保护器电路是采用3只电流互感器采样运行电流信号，将采样信号与电流基准信号相比较，判断是否处于过载或短路故障状态，故障时输出停机信号。电路采集处理的为模拟电压信号——电流互感器输出的电流信号经负载电阻转变为信号电压，送入电压比较器电路，得到故障信号输出。当产生单相对地短路故障信号的采样，可通过零序电流互感器取得，原理同漏电保安器。或采样电机外壳电压，取得漏电信号。
2）对断相故障信号的采样。如上所述，电动机的断相故障表现为电源缺相、电动机电缆断路、电动机绕组断路等不同故障内容，若采用对三相电源电压进行采样的方法，仅能对电源缺相故障进行保护，无法完成对后两种缺相故障的检测，是不究竟的一个方法。根本的方法，是采用对三相电流进行采样来判断缺相故障的方法，对三种缺相故障都能做出准确反应，采取相应的技术措施，还能对三相电流不平衡作出判断。一般对缺相运行的判断，不是着眼于电流信号幅度的大小，而是着重于三相电流信号的有无，比较三相电流信号的有无，得到断相故障信号。因而通常是将电流检测信号处理为数字信号，经逻辑运算，得到断相故障保护信号。
3、电动机的保护器的典型电路结构：
电动机保护电路的典型结构 从上图可以看到，3只电流互感器LH1～LH3，将电动机的三相运行电流信号取出，分别送入后级过载、短路信号采样处理电路和断相信号采样处理电路，处理成开关量信号再送入信号输出电路和故障信号指示电路，输出电路的形式也有多种，一般为继电器接点信号输出，或晶闸管器件开关信号输出，或晶体管开路集电极信号输出等。需要说明的是：部分电动机保护器，采用微控制器处理电流采样和电压采样信号（但电流信号采样电路的前级电路同本章所述电路相似），可从操作显示面板设置故障动作电流值，并可以监看运行电流值、电压电压值等，其功能更为强大，智能化程度更高，但应用面不够广泛。另外有的产品，如变频器，软起动器等产品，其过载、短路及断相保护电路作为控制电路的一个有机组成部分。本章所述电动机保护器，系全部采用模拟或数字电路硬件电路的，作为一个独立部件被应用的保护装置（产品）。这类保护器在电动机起动柜的生产和组装中得到了广泛的应用。但缺点是该类产品的控制接线稍嫌复杂。在停机状态，显示断相故障，处于断相保护中。输出控制接点为常闭型触点，过载或断相故障发生时动作，触点开断，送出停机信号。从各个工控网站众多网友的发帖中，可以得知，不少人对这类电动机保护器的接线和控制原理不甚了解，故据手头所绘（实物）电路图，对其电路原理和控制特点，做一个较为深入的分析，希望能对大家提供一点有益的参考。
