智能型电动机保护器的原理与应用
ST500、YSK智能型电动机保护控制器技术介绍
ST500、YSK智能型电动机保护控制器技术介绍一、ST500智能型电动机保护控制器工业生产中，大量使用电动机拖动的机械，一般电动机的控制通过MCC柜中的电动机控制回路来实现其运转控制，传统典型的控制方案如下：传统的电动机控制电路如下图：为了实现电动机的控制和相应功能，通过选择相关电气设备，组成下图MCC柜，从而完成上图电动机回路的控制。
传统典型控制方案在应用过程中存在以下问题：1.热继电器回路只能实现对电动机的过载保护，保护功能单一，要实现其它保护（如三相电流不平衡保护、缺相保护、接地/漏电保护、起动加速超时保护、欠载、欠压、过压保护、欠功率保护、抗晃电、欠压失压重起动保护），则必须靠在MCC柜增加其它电气设备来实现。
2.当电动机过载时，是靠热继电器本身的双金属片过流发热膨胀顶开触点来断开电气回路实施保护的，因此，热继电器无论是金属片还是输出的触点都无法做到与强电电气回路分开独立运行，其金属片和触点都要承受大电流的负载，特别是在过载情况下，金属片和触点会长期发热变形，从而使金属片产生机械疲劳失效现象和触点沾滞现象，导致保护拒动或误动3. 热继电器没有控制功能、没有测量且变送为4~20mA输出功能（三相电流、三相电压、功率、功率因素、频率、电能、热容量、电流不平衡率、漏电流值）、没有故障记录功能（当前运行时间、当前停车时间、累计运行时间、累计停车时间、起动电流、起动时间、操作次数、输入输出状态、故障记录、故障时标、运行状态指示）、没有控制回路电源检测、不带通讯功能，因此在DCS系统中要监视电动机的运行状态和参数，必须要在MCC柜附加相应设备和回路，并通过硬接线方式把信号反馈至DCS系统，既增加了设备又使回路构成变得复杂。
4.传统电动机控制回路由于采用热继电器构成回路，使MCC柜电气元器件多，回路构成复杂，无法实现设备的一体化，且故障点多。
采用我们的ST500系列电动机保护控制器，可以一站式解决上述问题和避免了故障点多的问题。
电动机保护器的常见类型
欠电流保护器
总结词
欠电流保护器用于检测电动机的电流是否低 于正常值，以防止电动机在欠电流状态下运 行而损坏。
详细描述
欠电流保护器通常与电动机的主电路相连。 当检测到电动机的电流低于正常值时，欠电 流保护器会立即切断电动机的电源，防止电 动机在欠电流状态下继续运行，从而保护电 动机免受损坏。
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详细描述
电子式过载继电器采用电子电路和微处理器技术，实时监测 电动机的电流有效值，当电流超过设定值时，继电器会自动 断开接触器，切断电源，保护电动机。
固态过载继电器
总结词
固态过载继电器是一种新型的过载保护器，利用半导体器件的开关特性来保护电动机。
详细描述
固态过载继电器采用晶体管或可控硅等半导体器件，通过监测电动机的电流来控制开关 的通断，当电流超过设定值时，继电器会自动断开电路，保护电动机免受过载的损害。
02
过载保护器
热继电器
总结词
热继电器是一种常见的过载保护器，通过检测电流产生的热量来保护电动机。
详细描述
热继电器由双金属片和热元件组成，当电动机过载时，电流增大，热元件加热双 金属片使其弯曲，从而断开接触器，切断电源，保护电动机免受过载的损害。
电子式过载继电器
总结词
电子式过载继电器是一种基于电子技术的过载保护器，通过 检测电流的有效值来保护电动机。
集成了微处理器技术，具有故障诊断、记录和通讯功能， 能够实现电动机的综合保护和控制。功能强大，精度高， 但价格较高。
工作原理与作用
工作原理
通过电流互感器获取电动机的电流信号，经过处理和比较后判断电动机的运行 状态，根据设定的保护参数和逻辑判断来决定是否需要切断电源或报警。
电机保护器原理
电机保护器原理
1. 过载保护原理：当电动机运行时，如果负载过大，导致电动机电流超过额定电流，则保护器会通过测量电动机的电流大小，判断电动机是否在过载状态下运行，并在一定时间内切断电路，以保护电动机不受过载运行的损害。
2. 短路保护原理：电动机线路短路可能会引起电机变压器的保护器短路保护动作。
当电动机出现线路短路时，电动机吸收的电流会瞬间变大，保护器会通过测量电流和时间，判断是短路故障，切断电路，以保护电路的安全。
3. 欠流保护原理：当电动机运行时，如果电动机的电流异常地低，如电动机出现故障或者断线，保护器会通过测量电流并判断是否在额定电流下运行，如果电流较低，则保护器会切断电路以保护电动机的安全运行。
4. 过温保护原理：保护器还可以通过测量电动机的温度来判断电动机是否发生过热，如果电动机温度过高，超过一定的安全范围，保护器会及时切断电路，以保护电动机不受损害。
智能型电动机保护器的原理及应用
智能型电动机保护器的原理及应用摘要：电动机是动力设备运行中必不可少的一部分，它直接关系着工业生产和设备运行。
现阶段随着科学技术的不断发展以及工业种类的增多，电动机所应用的环境也越来越复杂，条件也越来越多变，因此在电动机使用过程中必须做好故障防范和处理，确保电动机的稳定安全运行。
在当下的工业生产和设备运行中，每年都会有大量的电动机因为故障而损坏，浪费了大量的资金和能源。
因此，及时、有效、可靠地保护电动机对国民经济有重要意义。
分析了电动机的故障原因、保护原理并介绍了多功能智能化电动机保护器的构成原理。
由于采用数字集成电路、运算放大器和电磁兼容性设计，使多功能智能化电动机保护器能实现对电动机的多功能、智能化的保护。
关键词：智能型；电动机；保护器前言电动机是炼油、化工厂中广泛应用的设备之一，是其他机电设备的动力源泉，电动机正常的输出是其驱动的机电设备正常工作的前提。
因此，确保电动机的正常运转是非常重要的。
然而，供电状态和成产负荷的多变性，使电动机往往不能在额定工作环境中运行，常出现电动机过载、短路、缺相、过压、欠压等故障，如不及时发现并处理，易造成烧坏电动机。
因此，及时的判断电动机的故障，并对电动机进行相应的保护，就能有效地防止灾难性事故的发生。
一、电动机保护装置的发展在最初阶段电动机的保护装置是由熔断器、接触器与热继电器的组合所成，该装置制作简单、安装方便、成本也比较低，但是其在精度功能方面比较差，随着发展速度的加快，越来越不能满足当下的发展。
在上个世纪末，半导体元件以及计算机技术开始逐渐兴起并得到迅速发展，这也为电动机保护器的发展提供了有利条件，电子式电动保护器应运而生。
是随着社会发展速度的进一步提高，对保护器提供了更加高的要求和标准，保护器正在向多样化、智能化、轻量化发展。
现阶段电子式电动机保护器已由晶体管发展到集成电路再到微处理芯片，产品集保护、遥测、通信、遥控于一体。
尤其是智能电动机保护器的出现，它可以实现对电动机发生的各种故障实现保护，使得控制与监视变得尤为方便，大大提高了保护和控制的可靠性。
浅谈智能电机保护器的应用
一
７一 ９
维普资讯
中国科技信息 ２０ 年第３ ０７ 期
Ｃ ＩＡ ｓ Ｉ ＥＡ Ｄ ＩＱ Ｎ ＬＧ ＮＯＭ ＴＯ ｅ．０７ ＨＮ ｃ Ｎ ＂ ￣Ｏ Ｏ Ｙ Ｉ Ｒ Ａ Ｉ Ｆｂ２０ Ｅ Ｆ Ｎ
３ Ｄ ００ Ａ ．Ａ Ｃ ８ ９ ／Ｄ器
Ｃ Ｋ为时钟信号输入端 ，决定 Ａ／ Ｌ Ｄ转
原理和 功能 ，尤其对模 ／数转换 器 ｏ ０ 和 ８９ 单片机 ８ 做 了重点介 绍 ５ｌ ｏ
电 动 机 ； 电 压 ； 电 流
２．８ ， ０ １单片机 ５
在这 个 设计 中应用 Ｍ Ｃ ５ 系列 Ｓ １ 产品 ８ １ ５ 。Ｍ ５１单 片机 是 往 ０ ＣＳ Ｍ Ｃ ４ 的 基础 上开 发 出米 的 高性能 ８ Ｓ ８
用单片机软 件控制保护 替代 了传统的 电 路控 制 保 护 ， 兼 有 电流 、 电压 、 过 载 、 短路
保 护功 能 它集 电流 型和 电压 型 电动机保 护 嚣 的优 点 于一 身 ，且有 软件 处理 的快速
体 ，配 上 系统 软 件 和 外部 设 备 组 成
的 。
性 、 准确 性 ， 使 它 的 结构 更 简单 ，性 能 可靠 ，操作 使 用方便 本设 计中 着重介 绍 了单 片机在控 制 中 的应 用， 以及奋 芯片 的
位单片机 。Ｍ ｃ ５ 单片机具有串行 ｓ １
Ｉ ／０ ， 多级 中断 处 理 ，较 大 的 ＲＡ Ｍ
前言
随着社会 的不断进步 和发展 ，在 生产和牛活中越来越多的地方用到了电 在本设计中主要用的是单片机微型
和 ＲＯＭ ，其定时 ／计数器 为十六位 ， 且寻址范 围Ｌ达 ６ Ｋ字节。ＭＣ ～ １ 【 ４ Ｊ Ｓ ５ 系列包括 ８ １ ３ 、８ ２ ５ 、８ １ ５ Ｈ、 ０ ０ ０ Ａ
电机保护器的工作原理是什么
电机保护器的工作原理是什么
一、电机保护器的工作原理
电机保护器是一种电气设备，它主要用于安全保护电机，以防止电机
的过载，短路和过电流等故障，降低电机的故障率，提高电机的使用寿命。
电机保护器通常是指根据电机安全运行标准，制定电动机的保护回路，以
防止电机及运行周边设备发生损坏，破坏及意外情况的保护装置，综合施
加保护措施与特殊设计，以实现保护功能。
1、电机过载保护原理
电机过载保护是由电动机系统控制器（MCU）和过载电流保护器（OCPD）共同实现，由MCU检测运行负荷状态，如果运行负荷过重，当负
荷大于设定值时，MCU会发出过载信号，令OCPD断开电源与电机的连接，以防止电机发生过载故障。
2、电机短路保护原理
电机短路保护主要由电机检测装置（MCC）负责，MCC检测电机收发
信号，如果检测到电机有短路信号，MCC会发出短路信号，令控制器断开
电机与电源的连接，使电机停止运行，从而防止电机发生短路故障。
3、电机过电流保护原理
电机过电流保护主要由电源检测装置（PSPD）负责，PSPD检测电源
的输出电流，如果检测到电流超出设定值，PSPD会发出过电流信号，令
控制器断开电源与电机的连接。
节能型智能电动机综合保护器的开发与应用
王成多 方 祥 王加法
( 杭申控股集团，杭州 3 1234 1 )
摘要 新一代智能电动机综合保护器采用高性能单片微机以 及模似、数字电路和三相电流、 三相电压、 漏电三种互感器， D 显示; 它集测量、 LC 保护、监视、 控制于一体， 具备完善的网络通 信功能，可与接触器等元件构成节能型电动机综合控制保护单元1， ‘ 。 关键字: 节能; 网络通信; 综合控制与保护
起动、电阻降压起动、自藕变压器降压起动等各种 控制方式，能在各种恶劣环境条件下工作。 保护器集测量、保护、监视、控制、网 络通信 于一体， 在石化、电力、煤矿、冶练、铁路、纺织、 造纸、电厂、变 电站以及民用建筑、污水处理厂、 自来水厂的泵站系统等诸多领域得到广泛的应用 。
为300mA， mA 的鼠笼式异步电动机提供完善的 50O
保护，它是新一代智能化、网络化、数字化、节能 型的电动机综合保护器，对电动机的过载、堵转、 阻塞、欠载、断相、三相电流不平衡、单相金属性 接地 ( 三相矢量和方式) 或漏电 ( 外接零序互感器 方式) 、过压、欠压、欠功率、相序、起动超时、电 机过热等故障导致的危害加以保护，最大限度地保 证设备运行的可靠性与安全性。它具有直接起动、 双向 ( 正、反转) 起动， 双速起动、 星/三角 ( Y/△)
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电 压 采 样
可编程加输出
匕_ _
漏电电流采样
( 碑C、 椒C热敏电阻)
4一伪 模拟输出 叻
图 1 保护器工作原理框图
漏电电流测量采用零序互感器， B， 三相 A， C
电动机智能保护器的开发应用
（ ）模 拟 电 子式 电 动 机 保 护 器 （ 机 保 护 器 ） ２ 电
剌 ．Ｊ 运行电流的理论值可超过额定 电流的 ６ ；电源电 毒 倍
压 父 压 时 ， 运 行 电 流 上 升 的 百 丹 数 将 等 于 电 压下 降 的 百 分
在上 十世 纪七 八十年代，随着半导体模拟 器件的兴起
了较 可靠 的保 障 ，但这类 产品仍 存在一些 无法克 服的缺
艄 ：①啦定精度不高 ；②采样精 度不高；③无法实现具有
器 存 致 命 的 缺 陷 ． 包 括 整 定 粗 糙 、受 环 境 影 响 太 、重 复
悱 差 、谩 差大及功 能单一 等 ．已无法满 足越 米越 高的 要
求 ． 因 而 也就 无 法 避 免 破 淘 汰 的 命运 ｝磁 式 电 流 继 电器 具 有 过 较 、 转 保 护 功 能 ．有 的 还 乜 堵 有 缺 相 保 护 ． 其 垃 载 保 护 具 有 反 时 限 特 性 但 其 结 构 复 杂 ．机 械 制 造 精 度 高 ．价 恪 高 且 体 积 庞 大 ， 因 而 目前 已 教
三 相运 行 电 流进 行 梭 测 根据 运 行 电 漉 不 同 的性 质 来 确定 同的 保护 方 式 对 Ｉ 予 智 能 化 的 断 电 保 护 ： 即 当运 行 乜机 电 流 超 过 额 定 电 流 的 ＩＩ ． 倍 、 Ｉ ５倍 时 ． 延 时 保 护 ； 、 于 ２
啦稿 日期 ：２ ｏ 一 ｒ 一 Ｉ ０６ ２ ３
盾 行 电流 超 过 额 定 电 流 的 １ ５ 时 ． 按过 流情 况处 理 ，快 ． 俯 ２ 速 保 护 ； 当 电 源断 帽时 ，快 速保 护 ； 当 电 源 电 压 低 于额 定 值 的 １％ ． 即 当运 行 电 流 增 加 Ｊ％时 延 时 保 护 ． ５ ５ 造 成 绕 组 过 热 的 主 要 原 因之 二 ： 虽 然 滥 过 绕 组 的 电 流 币 超 过 额 定 值 ，但 由 于 电 机 通 风 不 良或 环 境 温 度 过 高 ．绕 组 的 发 热 不 能 及 时 散 出 ．也 能 造 成 其 温度 超过 额 定 值 而 烧 毁 电 机 ． 时 电 动 机 保 护 器 可 通 过 检 测 壳 ｆ 温 度 ，对 电 ．此 Ｉ 勺 机施 行 断 电保 护 。 Ｉ
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令，三相不平衡保护计算公式如下：
Δ= (Imax-Imin)/Iav×100% =5% ～60% (3) 式中：I max为I A、I B、I C三相中最大相数字滤波 平滑后电流；I min为I A、I B、I C三相中最小相数字滤 波平滑后电流；I av=(I A+I B+I C)/3，为三相平均电 流。
智能型电动机保护器的原理与应用
式中：N 为每一正弦周期(20 ms)采样点数，可
为16，20，32，64点；i m、u m为第m 点电流、电压 采样瞬时值；I、U 为电流、电压有效值。
带通滤波放大电路对3次以上谐波有较强的扼
制能力，为提高系统的抗干扰能力，软件可采用多
点先进先出(FIFO)递推数字滤波，将多点采样数据
1 保护器功能
保护器具有直接起动、星形/三角形(Y/△)起 动、双向(正/反转)起动、双速起动、电阻降压或 自耦变压器降压起动等控制方式，能在各种恶劣环 境条件下，其环境温度范围可从-25～+65 ℃，经 过严格的电磁兼容试验，能经受静电放电、高频电 磁场辐射、雷击浪涌、脉冲串、电磁耦合、电压跌 落或暂降、谐波环境下可靠工作。
平衡、起动超时、欠载、接地(三相电流矢量和方
式)、漏电(零序电流互感器)、过压、欠压、欠功
率、相序、温度等12种保护[3]。
(1)过载反时限保护特性
T
=
N
35 2-1.052
×t
r
(2)
式中：N 为过载倍数，N =I /I e，I 为三相采样 电流中的最大值，I e为电动机额定电流；t r为设定 时间，可取5，10，15，20，30，40 s，对应6条特
它采用 L C D 显示、汉字提示，人机界面友好， 适用于额定电压为 A C 400 V 和 A C 690 V，额定电流 为 0.5 ～ 800 A， 漏 电 电 流 为 300，500，1 000 m A 的鼠笼型异步电动机提供完善的保护。对电动机的 过载、堵转 ( 起动态 )/ 阻塞 ( 运行态 )、欠载、缺相、 三相电流不平衡、单相金属性接地 ( 三相矢量和方 式 ) 或漏电 ( 外接零序互感器方式 )、过压、欠压、 欠功率、相序、起动超时、电机过热等故障导致的 危害加以保护，最大限度地保证设备运行的可靠性
起动、可逆双向起动、双速起动、电阻或自耦变压
器降压起动[4]。图3为Y/△起动原理图，图中k M1为 三角形运转接触器；kM2为星形起动控制接触器；kM3 为AC 380 V供电接触器；kA为Y→△转换控制中间继电
器；J1为Y→△转换控制命令继电器触点；J2为故障 保护停机继电器触点；J3为报警继电器触点；Z C T为 零序电流互感器。
性曲线；T 为过载脱扣时间(s)。
上述特性完全满足国家标准的有关起动特性要
求。
(2)堵转保护
堵转(起动)/阻塞(运行)是对电动机在起动或
运行过程中由于负荷过大或自身机械原因，造成电
动机轴被卡使电机过热而损坏，发出报警和脱扣命
令。
(3)缺相或三相不平衡保护
当电动机发生缺相或三相严重不平衡时，电机
也会过热而损坏，经适当延时发出报警或脱扣命
表2 参数测量范围与精度
项目
范围
精度
测量方法
三相电流
漏电电流 三相电压 电机温度 环境温度
(5%～150%)I e (150%～1 000%)Ie (0.1～1.0)I Δne
(40%～150%)U e PTC、NTC 0～150 ℃
-40～+125 ℃
±1% ±2% ±2% ±1% ±2 ℃ ±2 ℃
0 引言
与安全性。
智能型电动机保护器 ( 以下称保护器 ) 采用高 性能数字信号处理 (DSP) 芯片以及电压、电流、漏 电 ( 零序 ) 电流互感器、模拟放大回路、LCD 显示、 键盘设定、RS-485 串口、Modbus-RTU 协议等组成 新一代智能化、网络化、数字化的节能型综合测、 控保护器 [1]。
4～20 mA模拟量输出，可编程
三相电压、三相电流、漏电电流、温度
各种保护阀值整定与查询
2 保护器工作原理
2.1 电压、电流采样
图1所示为保护器原理框图。
ABC
CTA
CTB
>
CTC
LCD显示
总线
协议
上
转换
位
RS-485 接口
机
PTA
PTB
> A/D
PTC
转 换
继接电 电触动 器器机
DO
DSPIC30F6014A 控制器
直接起动
可逆双向起动
Y/△起动
选一种起动方式
双速起动
串电阻或自耦变压器降压起动
故障信息：实时故障显示， 历史故障查询，断电记忆
温度显示：环境温度与电机定子温度
LCD显示：运行参数、故障参数、 报警参数、整定参数
RS-485接口，Modbus-RTU协议
数字量输入，光电隔离
数字量输出，光电隔离，可编程输出
N ABC
F
பைடு நூலகம்SB1
SB2
kM2 kA kM1
kM2
kA kM1 kM2
kM3
kM2 kM3
kM3
kA kA
电源
电机保护器
J1
ZCT
J3
J2
报警
M 3～
kM1
kM2
图3 Y/△起动原理图
图4为Y/△起动电流与转速关系曲线。“Y”转 动时电流较小，最大为2I e(I e为电机额定电流)，若 “△”直接起动时约为6I e，当转速为0.8倍额定转 速时，从“Y”联接切到“△”运行，此时最大电 流≤4I e。由于Y/△起动时起动电流减小，电机温
关键词： 智能型电动机保护器；综合保护与控制；网络通信；节能 中图分类号：TM921.5 文献标识码：A 文章编号：1007-3175(2009)08-0038-04
Intelligent Motor Protector’s Principle and Application
WANG Cheng-duo, FANG Xiang （Hangzhou Zhijiang Switchgear Stock Co., Ltd, Hangsheng Holding Group Co., Ltd, Hangzhou 311234, China） Abstract: Motor protector was designed, hardware design principle and data processing principle given. Periphery circuits composed of DSP and motor protector integrated measurement, protection and monitoring together with complete net communication function, which can be with contactor etc electrical appliance element to configurate complete motor protection and start control equipment and to limit starting current so as to achieve energy-saving aim, maximally assuring reliability and safety of equipment operation. Key words: intelligent motor protector; synthetic protection and control; net communication; energy-saving
b)电压采样放大回路
图2 电流、电压采样放大回路 电流采样用两路放大器，小信号通道为 1.5I e(额定电流)满量程，大信号为10I e满量程。电 压采样用2 mA/2 mA电压型电流互感器，对A C 400 V 可用A C 500 V满量程电压表，对A C 690 V可用 AC 800 V满量程电压表。 保护器参数测量项目、范围、精度如表2所示。
保护器集测量、保护、监控、网络通信于一体， 可与中间继电器、接触器等元件构成 0.5 ～ 400 k W 的鼠笼型异步电动机的节能与综合保护器。在石化、 电力、煤矿、冶炼、铁路、纺织、造纸、电厂、变 电站以及民用建筑、污水处理厂、自来水厂的泵站 系统等诸多领域得到广泛的应用。保护器的主要功 能如表 1 所示。
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智能型电动机保护器的原理与应用
电工电气 (2009 No.8)
升下降，电动力也下降，这是节能、降耗并延长电 机机械寿命的重要保证。
通信 DI D0 A0 测量 定值
项目
备注
过载
反时限保护
堵转/阻塞
定时限保护
缺相及三相电流不平衡保护
定时限保护
起动超时
定时限保护
欠载
定时限保护
单相金属性接地保护 (三相电流矢量和方式)
接地和漏电二选一
漏电(零序电流互感器)
接地和漏电二选一
过压
欠压
欠功率
相序
逆相序保护
电机温度过热
电机定子绕组内 插入温度传感器
(4)接地电流(三相电流矢量和方式)保护
接地保护适用于单相金属性对地短路，由于电
缆绝缘破坏或断裂后与电机金属外壳发生短路，其短
路电流一般为几十安培至几百安培，可采用模拟加
法器的三相矢量和或软件采样代数和，公式为：I G = IA+IB+IC，IG 一般为(30%～100%)Ie。
(5)漏电保护
漏电保护采用零序互感器，电流可设为 300，
500，1 000 m A。接地保护和漏电保护二选一。漏电