学点低压三相鼠笼式电动机的测控技术之1

学点低压三相鼠笼式电动机的测控技术之1

电动机,在工厂中大量使用。但涉及到电动机控制回路的元器件配置,还真需要有点基本知识。

最近写了几个回帖,都是关于低压电动机的配置的。特别是有个帖子,谈论的是在三相电动机回路中配置了漏电开关和4极断路器,一开机后断路器立即跳闸。Patrick Zhang:设备为什么接带漏保的开关会跳闸?接普通的 4p 开关就没有问题?

这个问题很典型,我打算在本系列文章中专门讨论这个问题。我们这就开始。


我们把电动机接好线。电动机的主回路部分如下图:

学点低压三相鼠笼式电动机的测控技术之1

所谓主回路,指的是传递电能的回路。

电动机直接起动的主回路从上之下分别是:电源母线POWOR、断路器QF、交流接触器KM、热继电器FR和电动机MOTOR。

注意1:断路器属于主动元件,它能执行线路中的过载保护和短路保护操作;交流接触器和热继电器属于被动元件,它们只能被动地承受过载电流和短路电流的冲击。被动元件与主动元件之间有短路保护协调配合关系,简称SCPD配合。我们在后续章节中会谈及。

注意2:上图中电动机是三相的,我们看到不管是断路器也好,后续的接触器和热继电器,都是三相的。由此可见,在本文开头给出的某知友选用4极开关,并不正确。

现在我们开始送电,让电动机进入起动状态,并关注到电动机进入正常运行。在这段时间内,电动机电流在不同的时间段表现出何种特征?

我们来看图1:

学点低压三相鼠笼式电动机的测控技术之1

图1中的黄色线就是电动机的起动和运行特性曲线。我们的电动机接通电源后,从左下角的零点开始起动。

我们设电动机的额定运行电流为Imn。

(1)电动机起动冲击阶段

由于电动机的转子连接了被拖动的负载,承受了很大的起动阻转矩。当电动机的转子还未开始旋转时,电机绕组中的电流达到了最大值,此电流叫做起动冲击电流峰值Ip。Ip存在的时间很短暂,具体时间长度要看阻转矩的大小而定。Ip的电流值约为10到14倍额定电流值。即:

Ip=(10-14)Imn 。

Ip的值位于图1黄色曲线的最右侧。

值得注意的是,起动冲击电流Ip的大小是不可整定的,它是由电动机绕组特性决定的参数。

显见,我们为电动机配置的控制元器件必须要能承受起动冲击电流的影响,并且不能执行任何保护动作的操作。

由于执行过载保护和短路保护任务的是断路器,因此断路器的短路保护必须要满足此条件,也即断路器的短路保护脱扣门限值I3必须大于电动机的起动冲击电流Ip。见图1中Ip右侧蓝色的断路器短路瞬时脱扣I保护参数曲线,保护门限电流I3>Ip。

(2)电动机的起动阶段

电动机的转子开始旋转了,电流越随即下降,电动机进入了起动阶段。见图1中的电动机起动特性曲线。

电动机在起动接地的时间比较长,起动的电流值Ia在4.8~8.4倍Imn之间,即:

Ia=(4.8-8.4)Imn

一般按6倍Imn来取值计算。

值得注意的是,电动机在阻转矩超过它的扭矩时会发生堵转,堵转的电流也位于此区间。

电动机起动时的电流比较大,起动时间也比较长。作为电动机的保护装置,不管是电动机保护断路器也好,是热继电器也好,它们的保护电流门限和保护动作时间必须与电动机起动过程相配合。

(3)电动机的运行阶段

当电动机的转子旋转进入额定的状态后,电动机的工作状态就稳定了。此时电动机的电流工作电流是Ie,且有:

有了这些知识,我们就可以来讨论有关电动机回路的配置问题了。

第一个问题:断路器、接触器和热继电器的任务是什么?

断路器的任务是执行线路的过载保护和短路保护,接触器的任务是执行电动机电路的闭合与接通,热继电器的任务是执行电动机的过载保护和缺相保护。

注意到一个问题,就是断路器的过载保护与热继电器的过载保护其实是重复的。因此,在专门供电动机使用的线路中,断路器采用只有短路保护的规格,叫做单磁断路器。单磁断路器只有磁脱扣器。

也因此,本文前面的图应当修改如图2:

学点低压三相鼠笼式电动机的测控技术之1

第二个问题:断路器、接触器和热继电器所遵循的国家标准是什么?

这三个低压开关电器都必须统一遵循GB14048.1-2012《低压开关电器和控制电器 第1部分:总则》。

低压断路器的国家标准是:GB14048.1-2008《低压开关电器和控制电器 第2部分:断路器》。

交流接触器和热继电器的国家标准是:GB14048.4-2008《低压开关电器和控制电器 第4部分:电动机起动器、……》。


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