摘要：簡要介紹了熱繼電器,、電子式電動機(jī)保護(hù)器和智能電動機(jī)保護(hù)器的優(yōu)缺點(diǎn)，并闡述了智能電動機(jī)保護(hù)器如何正確的選型,，重點(diǎn)比較了智能電動機(jī)保護(hù)器保護(hù)模式,、端子控制模式、全通信模式,、半通信模式等幾種常見工作模式,，介紹這4種模式適用的實(shí)際情況，最后通過分析智能電動機(jī)保護(hù)器在工程實(shí)際應(yīng)用中的常見問題,，給出了相應(yīng)解決方法和建議,。

關(guān)鍵詞：智能電動機(jī)保護(hù)器；過載保護(hù),；選型,；工作模式；保護(hù)模式,；端子控制模式,；全通信模式；半通信模式

前言

   低壓電動機(jī)作為有色冶煉企業(yè)底層大量使用的設(shè)備,，其異常運(yùn)行不僅影響冶煉廠的正常生產(chǎn),，還會威脅到人的生命安全，因此為電動機(jī)設(shè)置合適而又全面的保護(hù)至關(guān)重要,。智能電動機(jī)保護(hù)器集保護(hù),、遙測、通信,、遙控,、顯示等功能于一體，是目前功能較多的電動機(jī)保護(hù)設(shè)備,，能最大限度保證設(shè)備運(yùn)行的安全可靠性,，從而實(shí)現(xiàn)智能化和高精度保護(hù)，同時(shí)還能對電動機(jī)的狀態(tài)進(jìn)行全面監(jiān)控,。

一,、電動機(jī)過載保護(hù)設(shè)備的發(fā)展

1.1熱繼電器

   熱繼電器是一種傳統(tǒng)的電動機(jī)保護(hù)裝置，使用不同熱膨脹系數(shù)的雙金屬片來實(shí)現(xiàn)反時(shí)限保護(hù),。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單,、價(jià)格低廉，但也存在穩(wěn)定性,、重性差和保護(hù)功能單一等缺點(diǎn)。

1.2電子式電動機(jī)保護(hù)器

   隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，電子式電動機(jī)保護(hù)器應(yīng)運(yùn)而生,，從最初的模擬電路的固態(tài)繼電器發(fā)展到后來的數(shù)字電路的智能型繼電器,，特別是微處理器的發(fā)展，讓電動機(jī)保護(hù)器實(shí)現(xiàn)了測量,、保護(hù)和控制功能于一體,。通過采集電流、電壓,、頻率和熱電阻信號,，可以實(shí)現(xiàn)短路、過載,、堵轉(zhuǎn),、超時(shí)起動、接地,、缺相或不平衡保護(hù)等多種保護(hù)功能,，并能滿足各種起動控制方式。

1.3智能電動機(jī)保護(hù)器

   隨著微機(jī)通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展,，智能電動機(jī)保護(hù)器又增加了通信模塊,，通過雙向通信和組網(wǎng)技術(shù)，不僅可以采集數(shù)據(jù),，在線監(jiān)視運(yùn)行狀態(tài),，還能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。特別是現(xiàn)場總線型網(wǎng)絡(luò)通信的應(yīng)用,，簡化了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),，大大減少了控制線纜的使用。

二,、智能電動機(jī)保護(hù)器構(gòu)成和功能

2.1智能電動機(jī)保護(hù)器的構(gòu)成

   智能電動機(jī)保護(hù)器由主體模塊,、顯示模塊兩部分構(gòu)成。主體模塊包含電源模塊,、數(shù)字信號處理器,、開關(guān)量輸入輸出模塊、模擬量采集模塊,、通信模塊等,；顯示模塊負(fù)責(zé)顯示運(yùn)行參數(shù)以及保護(hù)整定值的設(shè)置。

   若主體模塊和顯示模塊合為一體,，則稱為一體式智能電動機(jī)保護(hù)器,；若分開，則稱為分體式智能電動機(jī)保護(hù)器,。部分智能電動機(jī)保護(hù)器的測量模塊也獨(dú)立于本體之外,。

2.2智能電動機(jī)保護(hù)器的功能

   智能電動機(jī)保護(hù)器通過微處理器采集并處理電機(jī)回路的電流和電壓信號,，并根據(jù)遙控指令或者就地控制指令確定電機(jī)起動或停止。雖然不同品牌的產(chǎn)品名稱,、型號各異,，但其核心功能基本都一樣，具體如下:

1)保護(hù)功能,。包括過載,、斷相、堵轉(zhuǎn),、啟動超時(shí),、單相接地、短路,、外部故障,、欠電流、欠電壓,、過電壓保護(hù)和溫度保護(hù)等,。

2)測量功能?？蓽y量相電流,、相電壓、線電壓,、零序電流,、有功功率、無功功率,、功率因數(shù),、頻率和相位角等。

3)計(jì)量功能,?？捎?jì)量有功電度和無功電度。

4)控制功能,。具有多路數(shù)字量輸出口,，可實(shí)現(xiàn)電動機(jī)的直接起動、雙向動,、雙速啟動和星三角降壓啟動等,。

5)管理功能。包括電動機(jī)累計(jì)運(yùn)行時(shí)間記錄,，電動機(jī)累計(jì)起動次數(shù)和起動時(shí)間記錄,、故障動作記錄和電動機(jī)起動報(bào)告。

6)信息采集功能,。具備多路數(shù)字量輸入接口和模擬量輸入接口,，可采集電動機(jī)相關(guān)的各種電氣狀態(tài)數(shù)字信號(斷路器狀態(tài),、接觸器狀態(tài)以及控制命令)和電動機(jī)繞組測溫模擬信號。

7)通信功能,?？膳鋫涠喾N通信接口，如Modbus,、Profibus-DP、DeviceNet和Ethnet-IP等,，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的起,、停控制和狀態(tài)量的反饋,。

三,、智能電動機(jī)保護(hù)器的合理選型

   智能電動機(jī)保護(hù)器的選用應(yīng)該根據(jù)安裝地的自然環(huán)境、電磁環(huán)境以及測控保護(hù)和控制需求來確定,。

1)安裝位置的環(huán)境條件,。主要指溫度、腐蝕度,、震動度,、風(fēng)沙、海拔,、電磁污染等,。和熱繼電器不同的是，智能電動機(jī)保護(hù)器是一種電子元器件,，對環(huán)境的要求相對嚴(yán)苛,，這一點(diǎn)需要特別注意。

2)控制電壓,。根據(jù)系統(tǒng)的控制電壓選擇適配的智能電動機(jī)保護(hù)器,，部分廠家的電動機(jī)保護(hù)器僅提供24VDC的電源輸入接口。

3)測控保護(hù)需求,。根據(jù)電動機(jī)的類型,、特點(diǎn)、功率大小和重要程度,，選擇采用哪些測量功能和保護(hù)功能,。

4)控制需求。根據(jù)工藝的操作需求確定控制需求,，選擇手動,、自動、就地控制或遠(yuǎn)程控制等控制模式以及需要的控制功能和控制點(diǎn)數(shù),，繼而確定輸入,、輸出端子的數(shù)量和功能是否滿足要求,。

5)通信需求。根據(jù)需求確定是否采用通信的方式進(jìn)行遙控和遙信,，進(jìn)一步確定采用何種通信方式,。

6)配合柜體的需求。根據(jù)不同的柜體,，選擇一體式還是分體式的智能電動機(jī)保護(hù)器,。一般情況下，固定柜選擇一體式的保護(hù)器,，抽屜柜選擇分體式的保護(hù)器[4],。7)特殊需求。是否要求輸入輸出端子可自由定義功能,。

四,、智能電動機(jī)保護(hù)器的應(yīng)用實(shí)例

   在有色冶煉中，根據(jù)工藝需求和客戶需求,，智能電動機(jī)保護(hù)器的主要應(yīng)用模式有保護(hù)模式,、端子控制模式、全通信模式和半通信模式,。

4.1保護(hù)模式

   在保護(hù)模式下,，智能電動機(jī)保護(hù)器只利用其自身的保護(hù)功能和測量功能，不參與外部控制,，相當(dāng)于原來熱繼電器的作用,。具體接線如圖1所示。

圖1保護(hù)模式接線圖

   這種模式適用于原有系統(tǒng)的改造升級,，外部的控制接線修改很小,。優(yōu)點(diǎn)在于最大限度減少了因智能電動機(jī)保護(hù)器裝置本身出問題或通信出問題帶來的風(fēng)險(xiǎn)；缺點(diǎn)是沒能充分發(fā)揮智能電動機(jī)保護(hù)器的功能,，遠(yuǎn)程DCS控制線路仍然采用的是硬線,。部分比較保守的客戶由于對通信穩(wěn)定性和可靠性的不信任，普遍采用這種模式,。

4.2端子控制模式

   在端子控制模式下,，智能電動機(jī)保護(hù)器通過自身的開關(guān)量輸入端子采集外部控制命令，繼而控制其開關(guān)量輸出電動機(jī)的起,、?；蛘崔D(zhuǎn)等，具體接線如圖2所示,。

圖2端子控制模式接線圖

   在該模式下,，智能電動機(jī)保護(hù)器具備保護(hù)和控制兩個(gè)功能，相比上面的保護(hù)模式,，優(yōu)勢在于可以充分使用智能電動機(jī)保護(hù)器的控制功能,，但和保護(hù)模式一樣,，其遠(yuǎn)程DCS控制線路仍為硬線。

4.3全通信模式

   在全通信模式下,，就地控制時(shí)智能電動機(jī)保護(hù)器只起保護(hù)作用,，不參與控制，相當(dāng)于保護(hù)模式,；遠(yuǎn)程DCS通過通信線路控制智能保護(hù)器輸出電機(jī)起,、停或正反轉(zhuǎn)等命令,。

   這種模式的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面:一是保證了就地控制的獨(dú)立性,，盡可能規(guī)避通信控制帶來的風(fēng)險(xiǎn)，提高了安全系數(shù),；二是大大減少了電纜的使用和接線的工作量。

   影響這種模式推廣的關(guān)鍵因素是客戶對通信的穩(wěn)定性和可靠性的擔(dān)憂,。實(shí)際應(yīng)用中,，個(gè)別工程出現(xiàn)過通信不暢、經(jīng)常掉線,、易受干擾等問題,，但基本都是由于通信網(wǎng)絡(luò)方案不合理、施工質(zhì)量不佳以及通信線路和產(chǎn)品質(zhì)量有問題等因素導(dǎo)致的,，全通信模式本身已經(jīng)很成熟,，并不存在大的問題，國內(nèi)外早已大量應(yīng)用,。

4.4半通信模式

   半通信模式的特點(diǎn)是電機(jī)的遠(yuǎn)程DCS起,、停控制仍然采用硬線,，只有狀態(tài)信號的上傳走的是通信網(wǎng)絡(luò),，所以稱為半通信模式。

   半通信模式介于保護(hù)模式和通信模式之間,，是一種折中的應(yīng)用,。其應(yīng)用背景為:客戶對智能電動機(jī)保護(hù)器信心不足，擔(dān)憂由于通信不可靠導(dǎo)致電機(jī)的起,、停不受控制,，繼而影響生產(chǎn)或帶來安全事故，故遠(yuǎn)程的控制信號仍然采用硬線方式傳輸,。不過這種模式也為將來改為全通信模式留出了接口,，方便日后升級改造。

   以上僅以普通電機(jī)單相運(yùn)行為例,，列出智能電動機(jī)保護(hù)器4種常用的工作模式,，每種模式都有其應(yīng)用的背景和現(xiàn)實(shí)需求,，設(shè)計(jì)人員需要根據(jù)工程實(shí)際和需求來選用合適的工作模式。

五,、問題和建議

5.1智能電動機(jī)保護(hù)器短路保護(hù)的問題

   智能電動機(jī)保護(hù)器具有很多種保護(hù)功能,，短路保護(hù)是其中之一。其主要保護(hù)邏輯是根據(jù)采集的電流進(jìn)線分析和計(jì)算,，當(dāng)電流超過5倍電機(jī)額定電流時(shí),，其短路保護(hù)出口發(fā)出斷路器跳閘命令。該跳閘命令是通過斷路器的分勵(lì)線圈來實(shí)現(xiàn)的,。這個(gè)邏輯本身沒有問題,，問題出在智能電動機(jī)保護(hù)器和分勵(lì)線圈的工作電源上。一般情況下,，該工作電源從電動機(jī)主回路的某一相上取電,，當(dāng)通信控制模式接線圖外部發(fā)生三相短路時(shí)，母線的各相電壓會下降,，或工作電源所在那一相發(fā)生單相接地短路時(shí),，該相電壓也會下降。當(dāng)電壓下降到小于智能電動機(jī)保護(hù)器和分勵(lì)脫扣器的正常工作電壓時(shí),，智能電動機(jī)保護(hù)器和分勵(lì)線圈均無法正常工作,，短路保護(hù)也無法實(shí)現(xiàn)。其實(shí)電動機(jī)主回路的斷路器本身就具備很好的短路保護(hù)功能,，所以智能電動機(jī)保護(hù)器設(shè)置短路保護(hù)必要性不大,。

5.2智能電動機(jī)保護(hù)器測量準(zhǔn)確度低的問題

   智能電動機(jī)保護(hù)器基本只配備一組三相CT，而保護(hù)器的保護(hù)功能是很厲害的,，測量和計(jì)量功能只是附帶的,，因而配置的CT首先要滿足保護(hù)功能的需求。保護(hù)功能所用CT要求較大的故障電流通過時(shí)鐵心不能飽和,，以便較好地反映一次電流值,，所以在正常電流通過時(shí)，智能電動保護(hù)器測量的準(zhǔn)確度較低,。因此,，智能電動機(jī)保護(hù)器的計(jì)量數(shù)據(jù)不適合作為企業(yè)的生產(chǎn)成本數(shù)據(jù)，如果想采集能耗數(shù)據(jù),，應(yīng)單設(shè)測量CT和計(jì)量表,。

5.3智能電動機(jī)保護(hù)器和變頻器配合應(yīng)用易受電

磁干擾的問題

   當(dāng)智能電動機(jī)保護(hù)器與變頻器安裝在同一個(gè)柜內(nèi)配合使用時(shí)，智能電動機(jī)保護(hù)器會因?yàn)樽冾l器的電磁干擾出現(xiàn)誤動作的情況,。某工程中,，智能電動機(jī)保護(hù)器作為變頻器的旁路保護(hù)電器，正常情況下變頻器工作時(shí)，旁路沒有電流通過,，但現(xiàn)場卻發(fā)現(xiàn)智能電動機(jī)保護(hù)器不斷發(fā)出漏電故障報(bào)警,。理論上來說，智能電動機(jī)保護(hù)器的抗電磁干擾能力滿足國家標(biāo)準(zhǔn)要求,，不應(yīng)該出現(xiàn)這種情況,，但實(shí)際上這種情況不少。因此建議智能電動機(jī)保護(hù)器和變頻器分柜安裝,，盡可能遠(yuǎn)離,，避免干擾。還有一種接線方式也經(jīng)常用到,，就是現(xiàn)場控制箱的按鈕和遠(yuǎn)程的起,、停信號直接接到智能電動機(jī)保護(hù)器的輸入端子。這種方式的優(yōu)點(diǎn)在于沒有轉(zhuǎn)接,，接線比較簡單,，但這種接線方式在工程中經(jīng)常出現(xiàn)控制信號的干擾問題。而出現(xiàn)這種問題的原因在于控制信號電壓的不一致:端子輸入的電壓為24VDC,，而輸出口至控制箱信號燈的電壓為220VAC,。如果設(shè)計(jì)者沒有注意這一點(diǎn)，將至控制箱的所有信號合用一根控制線的話,，高壓干擾低壓的現(xiàn)象就會出現(xiàn)，導(dǎo)致控制出現(xiàn)異常,。避免這種問題的方法也很簡單,，只要將這兩種不同電壓的信號用不同的控制電纜分開即可。

5.4智能電動機(jī)保護(hù)器安裝在抽屜柜中的通信問題

   目前市面上的智能電動機(jī)保護(hù)器采用的通信協(xié)議或接口有很多種,，但無論采用何種協(xié)議或接口,，當(dāng)智能電動機(jī)保護(hù)器安裝在抽屜單元內(nèi)時(shí)就會遇到通信電纜的連接問題。抽屜單元是可移動的,，甚至是可移走替換的,，它通過一次插頭和二次插針與外部固定的動力電纜和控制電纜連接。由于智能電動機(jī)保護(hù)器安裝在抽屜單元內(nèi),，它與外部通信總線之間的連接就成了一個(gè)難題,。如果和其他控制信號一樣采用二次插針的方式，雖然可以解決連接的問題,，但由于二次插針裸露,，沒有屏蔽層，無法保證通信不被干擾,。通信的可靠性是很高的,，所以大都采用了通信電纜從柜后直接穿孔進(jìn)入抽屜單元后與智能電動機(jī)保護(hù)器相連的方式。通信電纜在柜后留有余量，當(dāng)抽屜單元小范圍抽出時(shí)沒有問題,，但當(dāng)抽屜單元抽出柜體時(shí),，就需要先拔掉連接頭，這種做法犧牲了抽屜單元的一部分便利性,。

六,、ARD系列電動機(jī)保護(hù)器產(chǎn)品選型介紹

          ARD智能電動機(jī)保護(hù)器適用于額定電壓至660V的低壓電動機(jī)回路，集保護(hù),、測量,、控制、通訊,、運(yùn)維于一體,。其完善的保護(hù)功能確保電動機(jī)安全運(yùn)行，帶有邏輯可編程功能,，可以滿足多種控制方式,。該產(chǎn)品采用分體式結(jié)構(gòu)，由主體,、顯示單元,、互感器組成，可適應(yīng)各種柜體的安裝,?？蛇x配不同通訊模塊適應(yīng)現(xiàn)場通訊需求。

6.1功能特點(diǎn)

■支持基波和全波電力參數(shù)測量（U,、I,、P、Q,、S,、PF、F,、EP,、EQ），電流及電流不平衡度,、電流正序,、負(fù)序、零序分量,、電壓,、三相電壓相角、剩余電流,。

■保護(hù)功能包括過載反時(shí)限,、過載定時(shí)限,、接地、起動超時(shí),、漏電,、欠載、斷相,、堵轉(zhuǎn),、阻塞、短路,、溢出,、不平衡(電流、電壓),、過功率,、欠功率、過壓,、欠壓,、相序、溫度,、tE時(shí)間,、外部故障、起動次數(shù)限制,、運(yùn)行時(shí)間報(bào)警,、故障次數(shù)報(bào)警。

■9路可編程DI輸入,，默認(rèn)采用內(nèi)置DC24V電源,，也可選擇外部有源濕接點(diǎn)。

■5路可編程DO輸出,，滿足直接起動，星—三角起動,，自耦變壓器起動,，等多種起動方式，可通過通訊總線實(shí)現(xiàn)主站對電動機(jī)的遙控“起/停",。

■可選抗晃電功能：支持晃電立即再啟動,、失壓重起動。

■可選配MODBUS_RTU通訊,、PROFIBUSDP通訊,，支持最多2路通訊接口。

■可選配1路DC4-20mA模擬量輸出接口,，與DCS系統(tǒng)相接,，可實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備的監(jiān)控。

■具有故障記錄、起動記錄,、停車記錄,、DI變位記錄和再起動記錄等各類事件記錄。

■顯示界面液晶顯示,，支持中/英文切換,。

6.2、產(chǎn)品選型

七,、結(jié)束語

   智能電動機(jī)保護(hù)器替代傳統(tǒng)熱繼電器是大勢所趨,，通過智能電動機(jī)保護(hù)器以總線的通信方式組網(wǎng)實(shí)現(xiàn)工廠低壓電機(jī)的遙測、遙控是智能配電和智能工廠的基本需求,。智能電動機(jī)保護(hù)器要想得到更好的應(yīng)用和推廣,，還需要工程設(shè)計(jì)人員和設(shè)備廠家密切配合，根據(jù)出現(xiàn)的問題提出更好的解決方案,。

參考文獻(xiàn)：

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[3]GB14048.4-2020低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備第4-1部分：接觸器和電動機(jī)起動器機(jī)電式接觸器和電動機(jī)起動器(含電動機(jī)保護(hù)器).