印刷设备中异步电动机的保护装置

　　异步电动机凭借结构简单，制造、使用和维护方便，运行可靠性高，重量轻，成本低等优点在印刷设备中得到了广泛应用。对异步电动机的保护是保障印刷设备可靠、正常运转的关键之一，然而，这却是一个较为复杂的过程，需要操作人员在实际操作中，按照异步电动机的容量、控制方式和配电设备等不同要求来选择合适的保护装置。

　　保护与控制的关系
　　对异步电动机的保护往往与其控制方式密切相关，即“保护中有控制，控制中有保护”。例如，异步电动机的启动电流大概是额定电流的4～7倍，如果由接触器或断路器来控制，那么接触器或断路器的触头必须能够承受得住启动电流的接通和分断考核。即使是采用可频繁操作的接触器也会加剧触头的磨损，从而造成接触器损坏，而这对于不可频繁操作的塑料外壳式断路器而言，更是难以达到要求。对此，应将接触器或断电器与启动器串联在主回路中一起使用，这样，由与启动器串联的接触器来承载启动电流的接通和分断考核，而其他电气只需承载机器正常运转中异步电动机过载电流的分断考核，保护功能则由配套的保护装置来完成。
　　此外，异步电动机的控制还可采用无触点方式，即软启动控制系统。异步电动机的主回路一般由晶闸管负责接通和分断，为避免能量在电气元件上的持续损耗，在机器正常运行中，可采用真空接触器（并联在晶闸管上）来承载主回路的负载，这种控制拥有程控或非程控、近控或远控、慢速启动或快速启动等多种方式。另外，依赖电子线路，这种控制方式很容易做到类似电子式继电器的各种保护功能。

　　异步电动机的保护装置
　　异步电动机的损坏大多数情况下都是因为其绕阻过热或绝缘性能降低而引起的，而绕阻过热往往是由于流经绕阻的电流过大。
　　异步电动机的保护装置主要包括电流检测型保护装置和温度检测型保护装置。
　　1.电流检测型保护装置
　　（1）热继电器
　　当热继电器的负载电流流经已校准的电阻元件时，热双金属元件将会受热弯曲，进而使得继电器的触点在异步电动机的绕阻被烧坏之前便开始动作，其动作特性与异步电动机绕阻的允许过载特性相近。虽然热继电器的动作时间准确度并不高，但已足以对异步电动机实现有效的过载保护。
　　随着热继电器结构设计的不断完善和改进，其除了具备温度补偿功能以外，还具备断相保护和不平衡负载保护等功能。例如，ABB公司的T系列双金属片式热继电器；西门子公司的3UA5和3UA6系列双金属片式热继电器；施耐德公司的JR20型和JR36型热继电器，其中JR36型热继电器为二次开发产品，可取代JR16型热继电器。
　　（2）带有热磁式脱扣的断路器
　　这种断路器可实现对异步电动机的过载保护，结构设计和动作原理同热继电器类似，其热双金属元件受热弯曲后，有的可使脱扣装置动作，有的可使其触点接通，最终导致断路器断开。
　　电磁铁是断路器的主要配件，其整定值较高，且仅在短路时动作。目前，电磁铁凭借结构简单、体积小、价格低、动作特性符合现行标准、保护可靠等优点大量应用在断路器，特别是小容量断路器中。例如，ABB公司的M611型断路器；上海德力西公司的DW15型低压万能断路器；S系列塑壳式断路器等。
　　（3）电子式过电流继电器
　　这种继电器内部各相电流互感器的故障检测电流信号经电子电路处理后，可使电子式过电流继电器执行相应的保护动作。该继电器变化灵活、功能多样，能够满足对多种类型异步电动机的保护，其特点如下。
　　①具有三种保护功能，分别为过载保护、过载保护+断相保护、过载保护+断相保护+反相保护。
　　②动作时间可供选择，符合GB14048.4-93标准。例如，当异步电动机的额定电流为7.2A时，标准型（10级）电子式过电流继电器的动作时间为4～10s，用于对标准异步电动机的过载保护；速动型（10A级）电子式过电流继电器的动作时间为 2～10s，用于潜水异步电动机或压缩异步电动机的过载保护；慢动型（30级）电子式过电流继电器的动作时间为9～30s，用于鼓风机等启动时间较长的异步电动机的过载保护。
　　③电流整定范围广。该继电器电流的最大值大概为最小值的3～4倍，甚至会更大（而热继电器电流的最大值仅为最小值的1.56倍），特别适用于异步电动机容量需要经常变动的场合，如矿井开采等。
　　④故障显示功能。电子式过电流继电器可以通过发光二极管显示故障类别，便于检修。
　　（4）固态继电器
　　固态继电器已从具有简单继电器功能的电子式装置发展到目前具有各种功能的微处理器装置，其成本和价格因功能而异，最复杂的固态继电器实际上只能用于较大型、较昂贵的异步电动机或重要场合。
　　固态继电器的主要保护功能有：最大启动冲击电流保护；热记忆保护；大惯性负载长时间加速保护；断相和不平衡负载保护；相序判别保护；欠电压和过电压保护；过电流（过载）运行保护；堵转保护；失载（机轴断裂、传送带断开或泵空吸造成工作电流下跌的现象）保护；异步电动机绕阻温度和负载轴承温度保护；超速或失速保护。固态继电器的上述功能通过编程语言输入到微处理器中，再设定好所需的动作时限后，就可以确保异步电动机在启动或运转过程中损坏之前，将电源切断。
　　另外，固态继电器还可以通过发光二极管或数字显示器显示故障类别和原因，并向计算机输出数据。
　　（5）带有电子式脱扣的断路器
　　这种继电器的动作原理与电子式过电流继电器和固态继电器类似。其功能主要有：电路参量（电流、电压、功率、功率因数等）显示功能、负载监控（按规定切除或投入负载）功能、多种过电流保护特性（指数曲线反时限特性、I2t曲线反时限特性、定时限特性等）、故障报警功能、试验功能、自诊断功能、通信功能等。施耐德电气公司的M系列低压断路器就是此类断路器中具有代表性的一款产品。
　　（6）软启动器
　　软启动器的主电路采用的是晶闸管，控制其分断和接通的保护装置通常被做成故障检测模块，用来完成对异步电动机启动前后的故障检测，如断相、过热、短路、漏电和不平衡负载等故障，同时发出相应的动作指令。软启动器结构简单，采用单片机即可完成控制，适用于工业生产。
　　2.温度检测型保护装置
　　（1）双金属片式温度继电器
　　该继电器可以直接嵌入到异步电动机的绕阻中。当异步电动机过载，且其绕阻温度升至接近极限值时，该继电器带有一个触头的双金属片将会受热弯曲，从而使其触点断开，切断电路。例如，JW2型温度继电器等。
　　（2）热动式过载保护继电器
　　热动式过载保护继电器即热保护继电器，其安装在异步电动机的本体上。与双金属片式温度继电器不同的是，该继电器拥有一个带有2个触头的碗形双金属片，并作为触桥串联在异步电动机的回路中，这样，过载电流和异步电动机的温度都可以使其发热升温，当达到一定值时，双金属片将会瞬间反跳，触点断开，切断电路。热保护继电器可用作小型三相异步电动机的温度、过载和断相保护。例如，SPB型和DRB型热保护继电器等。
　　（3）温度检测线圈
　　异步电动机定子的每相绕阻中都有1～2个温度检测线圈，其可通过自动平衡式温度计来监视绕阻的温度。
　　（4）热敏电阻式温度继电器
　　该继电器也可以直接嵌入到异步电动机的绕阻中，一旦超过规定温度，其电阻值将急剧增大10～1000倍，并在电子电路检测下，使继电器动作。例如，JW9系列船用热敏电阻式温度继电器等。

　　异步电动机与保护装置的协调配合
　　为确保异步电动机的正常运行并对其进行有效保护，无论采用何种保护装置，必须考虑异步电动机与保护装置之间的协调配合，特别是在大容量电网中使用小容量异步电动机时，这种协调配合尤为重要。
　　1.过载保护装置与异步电动机的协调配合
　　（1）过载保护装置的动作时间应比异步电动机的启动时间略长一些。这是因为过载保护装置的特性只有避开异步电动机启动电流的特性，才能确保其正常运转；过载保护装置的动作时间也不宜过长，因为其特性只能在异步电动机的热特性作用下，才能起到过载保护作用。
　　（2）带有过载瞬时动作功能的过载保护装置，其动作电流应比异步电动机启动冲击电流的峰值大一些，这样才能保证异步电动机的正常启动。
　　（3）过载保护装置的动作时间应比导线热特性的动作时间短一些，这样才能起到供电线路的后备保护功能。
　　2.过载保护装置与短路保护装置的协调配合
　　一般，过载保护装置不具有分断短路电流的能力，因此，一旦异步电动机在运行中发生了短路，需要由串联在主电路中的短路保护装置（如断路器或熔断器等）来切断电路。若故障电流较小，且属于过载范围，则仍应由过载保护装置来切断电路，故两者的动作之间应有选择性。
　　短路保护装置（以熔断器为例）特性曲线与过载保护特性曲线的交点电流设为Ij，若考虑熔断器特性的分散性，则交点电流应有Is及Ib两个。一般规定，Is及以下的过电流应由过载保护装置来切断电路，Ib到短路电流允许值之间的过电流应由短路保护装置来切断电路，以此来满足选择性要求。然而，在Is～Ib范围内的过电流保护很难确保其选择性，因此要求Is～Ib的范围应尽可能小，现行IEC标准规定，Is～Ib范围的极限值为Is＝0.75Ij，Ib＝1.25Ij。目前，过载保护装置的额定接通和分断能力均按0.75Ij考核，显然偏低，从IEC标准修改的动向来看，今后有可能将按1Ij考核，以提高其可靠性。可见，过载保护装置与短路保护装置的协调配合在考虑两者动作选择性的同时，还应考虑其额定接通和分断能力。
　　综上所述，温度检测型保护装置通过检测异步电动机绕阻的温度来保护过载引起的过热，是保护异步电动机较为有效的方式，但由于其需要直接嵌入到异步电动机的绕阻中，以及价格昂贵、维修困难等原因，目前仅在一些需要频繁操作异步电动机的场合中使用。而电流检测型保护装置凭借价格便宜、结构简单、操作可靠等优势，目前得到了广泛应用。例如，对动作性能要求较高、功能要求全面、价格昂贵的大容量异步电动机的保护，可采用电子式过电流继电器或固态继电器；对一般要求的异步电动机的保护，采用带有热磁式脱扣的断路器更为实用。