摘要:傳統(tǒng)的水泥廠對電動機的過載保護都是利用熱繼電器這種控制元件，但是隨著水泥廠生產(chǎn)工藝朝著自動化方向轉變和自動化工藝的到來，使得熱繼電器無法使用于電動機，隨之采用將一種新型的電動機保護器來作為電動機的保護元件。采用電動機保護器作為保護裝置，使得電動機的安全系數(shù)在原來的基礎上顯著提高。在此基礎上，對于電動機的控制也漸漸趨向部分自動化。本文主要對電機保護器的原理及優(yōu)勢進行了分析，并提出了電機保護器的選用原則。
關鍵詞：電動機保護器 原理 優(yōu)勢
隨著電氣自動化時代的到來，對于水泥廠的電機保護元件來說，原來的熱繼電器漸漸被取代，取而代之的則是一種新型的電動機智能保護器，簡稱電機保護器。原來的熱繼電器雖然在結構設計方面比較簡單、體積小，使用起來也比較方便，投入成本也較低。但是由于其在設計方面精度比較低、動作也不穩(wěn)定，而且在使用過程中容易誤動作，在保護電機方面功能過于單一，導致不能實現(xiàn)集中監(jiān)測，所以漸漸被替代。大多數(shù)的水泥廠也都在使用智能電動機保護器檢測系統(tǒng)。
一、對于電動機保護器的簡單介紹
1.1、電動機保護器的元器件組成
電動機保護器有一定的硬件部分的設置，電動機自帶有標準的485接口，這樣對于用戶來說組網(wǎng)比較便捷，而且可以構成不同種類的控制系統(tǒng)，如集中式控制系統(tǒng)、集散式控制系統(tǒng)以及分布式的控制系統(tǒng)。主要原理就是通過增加輸出模塊的模擬量，從而輸出4?20mA的模擬量信號。將這種信號傳輸給系統(tǒng)，對于用戶集中控制系統(tǒng)有一定的作用。在此基礎上，將微處理技術運用于電機保護器，并且采用模塊化的設計結構，對于控制系統(tǒng)有積極的作用。因為模塊化結構產(chǎn)品體積非常小，而且結構看起來緊湊，在安裝方面也較為便捷。另外，電動機控制單元是由低壓斷路器、電動機以及接觸器等電控元件組成。除此之外，還有比較方便的連鎖功能，增加了其開啟方式。如可利用直接保護的啟動方式或者利用電阻進行降壓的方式進行啟動，也可以釆取三角形的方式進行啟動。由上述可知，電動機保護器是由兩部分組成的：一部分就是比較重要的模塊，稱之為主要模塊，這部分的功能是完成測量以及保護等比較重要的功能；另一部分則是輔助性的模塊，這部分主要是為主要模塊服務的，主要是由顯示部分、外置的電流互感器以及外置的漏電互感器組成。
1.2、對保護器的顯示模塊以及主體模塊進行介紹
對于顯示模塊來說，它的工作原理主要是通過一定的平臺，如LPC2 134平臺，測量并設定具體的參數(shù)，并通過人機的界面顯示出來，對少部分參數(shù)進行設定并操作，從而查看設備運行的情況、出現(xiàn)的故障以及相應的報警信息。顯示模塊對于參數(shù)等信息的顯示主要釆用的是液晶顯示的方式，而主體部分的顯示主要是由點陣式的液晶組成的，全部使用的都是中文顯示菜單。
和顯示模塊不同的是，主體模塊相對來說組成比較復雜。主體模塊分為不同的幾個部分，如釆樣電路(針對電流、電壓、溫度設置的)、端子按鈕采集電路、數(shù)字信號處理器、出口繼電器、顯示端口以及通訊部分。主體模塊主要釆用的是交流采樣的技術，經(jīng)過采樣10倍的電流值，而且使用的是雙看門狗的設計技術以及性能非常好的數(shù)字信號處理系統(tǒng)，因為這種數(shù)字信號處理系統(tǒng)擴展性和集成度都比其他系統(tǒng)高。這部分使用的軟件分為以下幾個部分，如電流、電壓、溫度、漏電以及接觸器等狀態(tài)釆樣。在此基礎上，它是通過電機本身的性質(zhì)，并通過采集電流、電壓、漏電以及熱電阻等部分狀態(tài)。在此基礎上，利用提前設定的運行方式來計算電動機運行的基本工況。電機本身有一個保護定值，可以根據(jù)保護定值來判斷是保護還是報警。當進行相關保護的時候，要及時進行切斷電源和存儲的操作，以供査詢。除此以外，對于硬件部分來說，主要是通過電流互感器非接觸采集電動機所通過的電流、電壓以及接觸器的相關狀態(tài)、電機溫度等一些信號，在此基礎上判斷是否要進行報警操作或者是跳閘保護操作以及相關的連鎖功能。
1.3、電機保護器的功能
將電機保護器運用于水泥廠的電機，主要有以下作用：頻率保護；溫度保護；過載或過壓保護、斷相保護、相序保護、不平衡保護、堵轉、漏電以及接地保護等，而且端子功能是可進行編程的。
二、關于監(jiān)控管理系統(tǒng)的介紹
2.1、監(jiān)控管理系統(tǒng)的工作原理
采用不同的總線，即過程總線：過程總線的傳送速度在9.6?12 m波特之間選擇，而且在總線系統(tǒng)開始啟動的時候，所有在總線上連接的設備的速度都是相同的；而過程總線也基本上用于一些工程的自動化車間里邊，主要是進行車間監(jiān)控以及相關的數(shù)據(jù)通信。目標主要是連接現(xiàn)場設備到車間監(jiān)控的數(shù)字控制以及現(xiàn)場的通信網(wǎng)絡，實現(xiàn)了工廠的自動化控制。其基本的特征是開放式且不依賴廠家的一種總線標準，意思就是不同廠商生產(chǎn)的設備不用廠商對其進行特別的設置或調(diào)整就能進行通信。還有一種網(wǎng)絡通訊協(xié)議總線，這種總線的成本比較低廉，普遍使用于低速現(xiàn)場。而且網(wǎng)絡通訊協(xié)議總線的保護器是通過一個通訊管理機接入監(jiān)控網(wǎng)絡的，而過程總線不同于網(wǎng)絡通訊協(xié)議總線，它是直接接入服務器網(wǎng)絡的。服務器是和工程師所在的站點以及操作員所在的站點，通過交換機連接在同一個網(wǎng)絡系統(tǒng)內(nèi)的。所以，服務器釆集各電機各個狀態(tài)的工況主要是通過現(xiàn)場總線實現(xiàn)。在此基礎上，為工程師所在的站點和操作員所在的站點共同服務。
2.2、監(jiān)控管理系統(tǒng)的選用原則
電機保護器可以根據(jù)不同的方式分為不同種類，按照額定工作電壓以及電流范圍分類，可以分為380V和220V兩種；對應的電流范圍為6A、60A兩種等級。這種電機保護器在使用的時候，先要了解到電機所在控制回路的工作電壓以及負載的額定電流，然后據(jù)此選擇對應的電流量程范圍。在現(xiàn)實的工程實踐中，因為大部分水泥廠工廠由于工程量比較大、產(chǎn)量也比較大，所以使用的都是大型的電動機。為了提高其互換性，減少備用件的數(shù)量。對于功率在110kW或者功率更高的電機來說，都是通過在主回路裝電流互感器的方式進行保護的。即先將一次電流轉變?yōu)樾∮?A的二次電流，然后接入量程范圍為6A的電動機保護器。在此基礎上，控制和保護了大型設備的電機。
除此之外，電機保護器也可以按照其結構形式的不同進行分類，可以分為一體式的電機保護器和分體式的電機保護器。對于一體式的電機保護器來說，其結構是一個整體，這種電機保護器主要運用于固定柜安裝；而對于分體式的電機保護器來說，它分為顯示器部分以及互感器部分，而且在固定的范圍內(nèi)是可以隨意進行安裝的，所以比較適合在新型抽屜式的開關柜中安裝。在工程實踐中，因為大部分是用的都是低壓的抽屜式的開關柜，所以將顯示的表頭直接鑲嵌安裝在開關抽屜的活動面板里。在此程度上使得柜內(nèi)的接線變得簡單，而且系統(tǒng)隨時也能調(diào)整、設置參數(shù)以及實現(xiàn)顯示、監(jiān)控的功能。顯示面板對于設備運行的實時情況以及出現(xiàn)的狀況能夠隨時檢測和顯示，便于對設備更好地了解，對于隨時出現(xiàn)的故障也能及時進行處理和檢修。在一定程度上提高了對電機的保護效果，提升了生產(chǎn)效率。
三、安科瑞ARD3電動機保護器
3.1、 ARD3電動機保護器的介紹
ARD3智能型電動機保護器（以下簡稱ARD3），適用于額定電壓至AC690V、額定電流至AC800A、額定頻率為50/60Hz的電動機。產(chǎn)品體積小，結構緊湊，安裝方便，在低壓控制終端柜和1/4模數(shù)及以上各種抽屜柜中可直接安裝使用，提高了控制回路的可靠性和自動化水平。
ARD3采用模塊化的產(chǎn)品結構形式，包括主體控制模塊、互感器模塊和顯示模塊，并可根據(jù)需要選配ARD3的其他功能模塊或附件，與接觸器、電動機起動器等電器元件構成電動機控制保護單元，有遠程自動控制、現(xiàn)場直接控制、面板指示、信號報警、現(xiàn)場總線通信等功能。適用于煤礦、石化、冶煉、電力、船舶、以及民用建筑等領域。詳見圖1-圖2。
圖1 智能電動機保護器動作示意圖
圖2 過載特性曲線圖
安科瑞ARD3系列電動機保護器的功能如下：
（1）輔助電源支持AC85V～265V/DC110V～350或AC380V±10%(需另配380V電源模塊)。
（2）測量功能分為基本測量(電流參數(shù))和增選測量(電壓、功率、相序、剩余電流(漏電流))。
（3）具有起動超時、過載、堵轉、阻塞、欠載、斷相、不平衡、剩余電流(接地/漏電)、溫度、外部故障、相序、
（4）過壓、欠壓、欠功率、過功率、tE時間等電動機綜合保護功能。
（5）9路DI無源干節(jié)點輸入，信號電源采用內(nèi)置DC24V電源。
（6）5路DO輸出，滿足直接起動，星—三角起動，自耦變壓器起動，軟起動等多種起動方式，通過通訊總線可實現(xiàn)。
可以替代各種電量表、信號燈、熱繼電器、電量變送器等常規(guī)元件，減少了柜內(nèi)電纜連接及現(xiàn)場施工量，可靠性和綜合性價比遠高于傳統(tǒng)方案。
3.2、 電動機保護器的選型
型號 功能 | ARD2 | ARD2L | ARD2F | ARD3 | ARD3T | ||
應用場合 | 低壓0.4kv-1.14kv電動機保護 | ||||||
保護功能 | 起動超時 | √ | √ | √ | √ | √ | |
過載 | √ | √ | √ | √ | √ | ||
欠載 | √ | √ | √ | √ | √ | ||
短路 | √ | √ | √ | √ | √ | ||
阻塞 | √ | √ | √ | √ | √ | ||
堵轉 | √ | √ | √ | √ | √ | ||
不平衡 | √ | √ | √ | √ | √ | ||
反饋超時 |
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| √ | ||
外部故障 | ■ | ■ | ■ | √ | √ | ||
模塊結構故障 |
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內(nèi)部故障 |
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過壓 |
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欠壓 |
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斷相 | √ | √ | √ | √ | √ | ||
相序 |
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過功率 |
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欠功率 |
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tE時間 |
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主體溫度保護 |
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主體溫度傳感器故障 |
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模塊溫度保護 |
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| ■ | ||
模塊溫度傳感器故障 |
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| ■ | ||
報警 | ■ | ■ | ■ | √ | √ | ||
失壓重起（抗晃電） |
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4-20mA輸入保護 |
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剩余電流 （選一種） | 接地 | √ | √ | √ | √ | √ | |
漏電 | ■ | ■ | ■ | ■ | ■ | ||
通訊功能 | Modbus_RTU | ■ | ■ | ■ | ■ | √ | |
雙Modbus_RTU |
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| ■ | ■ | ■ | ||
Profibus_DP |
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| ■ | ■ | ■ | ||
DeviceNet |
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| ■ | ■ |
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開關量輸入 | 2路 | ■ | ■ |
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6路 |
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8路 |
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| 4路標配4路選配 | ||
9路 |
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| ■ | √ |
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繼電器輸出 | 4路 | 2路標配 2路選配 |
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5路 |
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| 2路標配 3路選配 | √ |
| ||
6路 |
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7路 |
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| 4路標配3路選配 | ||
液位信號輸入 | 浮球式液位傳感器輸入 |
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干簧式液位傳感器輸入 |
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液位變送輸入 |
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起動控制 |
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| ■ | √ | √ | ||
4-20mA模擬量輸出 | ■ | ■ | ■ | ■ | ■ | ||
事件記錄 | 8條事件記錄 | ■ | ■ |
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| √ | |
20條事件記錄 |
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| ■ | ■ |
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運行信息記錄 |
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| √ | √ | √ | ||
邏輯功能 | 定時器 |
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| √ | |
計數(shù)器 |
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| √ | ||
真值表 |
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| √ | ||
參數(shù)測量 | 三相電流 | √ | √ | √ | √ | √ | |
漏電流 |
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| ■ | ■ | ■ | ||
三相電壓 |
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| ■ | ■ | ■ | ||
功率、功率因數(shù) |
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| ■ | ■ | ■ | ||
頻率 | √ | √ | √ | √ | √ | ||
電能 |
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| ■ | ■ | ||
PTC/NTC |
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| ■ | ■ | √ | ||
4-20mA輸入 |
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| ■ | ||
測溫模塊 |
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| ■ | ||
液位高度 |
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界面顯示 | LED數(shù)碼管顯示 | √ |
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| |
LCD液晶顯示 |
| √ | ■ | ■ | ■ | ||
說明：“√”表示具備 “■”表示可選
四、結語
本文主要對電機保護器的原理及優(yōu)勢進行了分析，并提出了電機保護器的選用原則：對固定柜安裝釆用一體式的電機保護器，對抽屜式的開關柜安裝采用分體式的電機保護器，或者按照額定的工作電壓及電流的范圍進行分類，如220V或者380V兩種。對水泥廠的電機來說，主要采用的是后者。這在一定程度上預防了電機的燒毀，保證了設備正常運轉。
參考文獻
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【2】黃燕生，嚴方，林書婷.PROFIBUS應用工程中故障問題的研究與實踐[J].輕工科技，2012（8）.
【3】安科瑞工業(yè)用0.4KV測控類保護產(chǎn)品選型手冊2018.7
【4】安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計及應用手冊.2019.11版
