绪论
1.3.3 智能型电机保护器
微电子技术的进一步发展、大规模和超大规模集成电路日新月异。单片机、数字信号处理器、可编程序逻辑控制器等智能控制器继续前进,在国民经济各领域取得了重大成就。基于智能控制器的电机保护器与前两种保护方式相比具有先天优势。智能电动机保护装置具有处理速度快、智能化程度高,可以实现各种复杂算法和各种保护功能,因为它能方便实现自我测试功能,减少设备维护工作量,避免保护误动作造成的设备缺陷,提高了保护的可靠性。它可以为电动机断相、过载、短路、欠压、三相不平衡、堵转,漏电保护等实现保护。它也有一个显示、通讯、故障记录等功能。智能电动机保护器,其出色的表现受主要原始设备制造商的青睐,它将电动机保护器的主要发展方向。
智能电动机保护器的设计考虑以下问题:
(1)自适应,因为有很多类型的电机,结合不同制造商生产的电动机也有差异。故，集成智能电动机保护器具有良好的适应性,通过简单和方便的设置使保护器满足要求不同的保护功能。
(2)准确性,以充分发挥电机过载能力,以及有效保护电机。需要精确的保护行动。不准确会引起电动机的损坏,或者不能充分发挥电机过载能力,造成不必要的电源跳闸,影响生产。
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2 三相电机智能保护器理论依据与动作原理
2.1 异步电动机运行原理
交流电动机分为异步电机和同步电机,异步电机也就是感应电动机,即由于其结构简单、容易制造、运行可靠、价格低廉,是一个主要电力设备，在工业和农业生产和运输领域。本文设计的异步电动机为例简要说明电动机保护器。
异步电动机的基本工作原理是三相对称的三相对称绕组电流能产生圆形旋转磁场,圆形旋转磁场的同步转速为速度,取决于通电相序。旋转磁场在转子绕组感应电流关闭,转子的旋转电磁力的作用下,即速度低于同步转速。
假设忽略了空间和时间谐波;忽略磁饱和;忽略铁损失。根据等效电路的原理,电动机转子侧转换为定子侧,并保持在转换和磁势不变,电磁功率损失和保持不变。转换后的电动机等效电路原理图如图2.1所示
图2．1 三相异步电动机等效原理图
其中：Us是电动机定子侧线电压，Rs，Lls是电动机定子绕组电阻、电抗，Lm
Rr,为电动机的励磁电抗，Lls,是电动机折算到定子侧的转子电阻、电抗。
S2.2 电机参数计算原理
在实际应用中,大多数的高功率电器采用三相系统,这是由于三相系统的技术和经济优势。数据采集、智能电动机保护器的基本工作原理是基于电动机运行参数提取,操作加上的一组参数来判断机器的运行状态。所以电动机的运行时三相电压、电流值提取特别重要。在此系统中,我们采用了以下措施:分别在一个周期的正弦三相电压、电流采样,采样点数量是128,然后集成到数据的离散化计算。最后得出三相电压的有效值,消耗的电流、电机有功功率、无功功率、功率因数和总功率。我们首先对三相电路介绍了相关的知识。
三相电路通常是由三种不同的频率和相同的正弦电压波形和相位作为电源
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和三个负载电路。三相电源的每一部分叫做一个相。三相电路通常分为对称三相电路和不对称三相电路。
对称三相电路是指三相电压不仅是相同的频率、波形和相位差也是相同的。在实际的对称三相电路,如果作为一个相,一个相比120度相位滞后阶段认为B阶段,再滞后120度为C阶段。
当三相电路的电源电压不对称或不对称电路参数,电路中通过的电流通常是不对称的。这就是所谓的不对称三相电路,它是一个复杂的正弦交流电路。
2.3 三相制的星型接法和三角形接法
有两种基本模式的三相电源的连接。一种星形连接,或y连接;另一个是三角形连接,或三角型连接。三相负载分别有星和三角形两种基本的连接。这里介绍了两个接法。
1、星形连接
星形连接分为两种情况。星形连接,是一种对称条件对称星形连接,对称的条件下相电压、线电压对称的。线电压和相电压有效值的关系,线电压的有效值等于相电压有效值。三相电流有效值、平等线电流有效值是平等的。和相电流等于线电流。另一个是星形连接的不对称。不对称三相电路时,线电压和相电压之间的关系只有服从:线电压等于相应的电压之差:两相电压与相电流线电流相等。
2、三角形连接
三角形连接分为两种情况。三角形连接是一种对称的情况下,在一个对称的三角形连接线路电流和相电流有效值的关系是:线路电流的有效值等于相电流
3 倍。另一个等于相电压有效值,三个线电压有效值是平等的。线电压等于相电压。另一个是不对称三角形连接。当不对称三相电路、相电流的线电流之间的关系只有服从:线电流之差等于相应的两相电流,线电压和相电压是相等的。
2.4电机常见故障分析
常见的三相电动机故障可分为对称和不对称故障。对称故障包括对称过载、堵转、稳态短路。这种故障对电动机的损坏主要是由于当前增加由热效应引起的。不对称故障分为两类,接地和非接地。接地故障包括:相间不对称短路,造成阶段和电源电压不平衡和不对称负载;接地故障包括单相接地和第二阶段,除了严重的短路会引起故障相电流显著增加,大多数没有出现明显的电流幅值的变化,因此,过电流保护常常无法识别,和不对称故障造成的损坏电机不仅是当前电流产生的发热,更重要的是不对称效应和负序的结果给电动机运行带来隐患,甚至导致严重损坏发动机。根据上述分析电动机保护的电动机故障诊断原理框图如
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下:
图2-1 电动机故障诊断及保护原理框图
2.5 电动机保护原理分析
2.5.1短路速断保护
短路速断保护用于电动机定子绕组,和相间短路故障保护。电机起动过程中起动电流可以达到7倍额定电流。起动过程中为了保证中速故障保护和可靠的行动,保护动作电流设定值的起动过程,和起动过程的操作过程中,设置值计算使用不同的方法。
2.5.2堵转保护
在全电压堵转的电机、冷却条件差,电流很大,所以堵转电机检测到故障时,保护系统应及时采取行动,确保电机不是被烧坏。在电动机的运行过程,当电流超过设置值锁定转子电流Idz ,保护作用于跳闸保护。堵转保护启动闭锁,电动机的起动过程中起动结束后自动输入。
2.5.3过载保护
电动机过载操作,为了拖动机器迫使降低速度,增加转子电流改善电动机的电磁转矩,转子电流的增加,定子电流增加,导致电机铜耗增加。电动机的热损失增加,时间一长,绝缘老化,甚至燃烧的电动机,但如果过载时间短,发热量不大,发散很快,电动机可以使用,然而,低功率的负载,允许一定的时间限制,因此电动机的负载特性呈现良好的反时限特性。此外,电动机过载保护的功能也应该具有模拟和记忆能力,在多次短时间的电机过载,过载小于允许的时间,每次保护不会
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行动,但由于电机本身的热积聚的结果可能使电机烧毁。因此,智能电动机保护装置的基础上模拟记忆的作用,还应根据电动机冷却条件下,正确的模拟电机散热功能。2.5.4启动时间过长保护
电动机电流在正常的工作条件将低于额定值或接近额定值，起始时间太长是电机的运行电流起始时间后仍然较大的值。如果在启动的过程中,当设置起始时间Tqd到达时,电动机运行电流仍大于当前的设置值,出口跳闸保护行动。起始时间太长可以作为保护电动机起动过程中短路保护和备份保护，起始时间太长只保护电动机的起动过程来保护它,如果在正常起动电动机,这种保护应自动退出,只要电机不停，保护不应投入。
2.5.5负序过流保护
负序过电流保护主要用于电动机各种不对称非接地故障(如反向阶段,阶段,匝间短路,短路阶段,等等)提供的保护。由于电源变压器原方或副方被打破和三相电源电压不平衡阶段,将使电机三相电流不平衡,出来负序电流,由于磁场的负序分量,产生负序扭矩。产生较低的总力矩电机,电机温度上升,长期不平衡操作将烧坏电机,因此提供负序电流保护。
2.5.6接地保护
接地保护各种故障(如单相接地短路,两相短路),中国的大中型电动机一般采用小电流接地方式,当发生一点接地故障电流非常小。为了提高接地保护的灵敏度,通常有两种接地保护形式,形式的零序过电流保护和零序功率方向保护形式。
2.5.7低电压保护
低压电动机运行时,转矩急剧下降,导致严重的电机过载。当电机的电压以下,机器会发生到电动机自起动困难必须提供低压电动机保护,保护操作标准是:三相线电压低于设置值低电压保护行动,即U < Uu。Dz且达到设定Dz,则出口跳闸保护行动。
2.5.8频繁启动保护
如果在实际的操作中,电机启动,操作人员可以在相对较短的时间内连续多次操作,使电动机起动频繁,或一些电动机有着特殊的负载,需要经常跳开重新开始,因为每次开始有大的起动电流,和多次起动时间短,所以电动机要设置频繁启动保护。
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