淺析惡劣環(huán)境下的特種電機(jī)應(yīng)用技術(shù)

電動(dòng)機(jī)保護(hù)器

電動(dòng)機(jī)保護(hù)器的作用是給電機(jī)全面的保護(hù)控制，在電機(jī)出現(xiàn)過(guò)流、欠流、斷相、堵轉(zhuǎn)、短路、過(guò)壓、欠壓、漏電、三相不平衡、過(guò)熱、接地、軸承磨損、定轉(zhuǎn)子偏心時(shí)、繞組老化予以報(bào)警或保護(hù)控制。

主要種類(lèi)

（一）熱繼電器是五十年代初引進(jìn)蘇聯(lián)技術(shù)開(kāi)發(fā)的金屬片機(jī)械式電動(dòng)機(jī)過(guò)載保護(hù)器。它在保護(hù)電動(dòng)機(jī)過(guò)載方面具有反時(shí)限性能和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。但存在功能少，無(wú)斷相保護(hù)，對(duì)電機(jī)發(fā)生通風(fēng)不暢，掃膛、堵轉(zhuǎn)、長(zhǎng)期過(guò)載；頻繁啟動(dòng)等故障不起保護(hù)作用。這主要是因?yàn)闊崂^電器動(dòng)作曲線和電動(dòng)機(jī)實(shí)際保護(hù)曲線不一致，失去了保護(hù)作用。且重復(fù)性能差，大電流過(guò)載或短路故障后不能再次使用，調(diào)整誤差大、易受環(huán)境溫度的影響誤動(dòng)或拒動(dòng)，功耗大、耗材多、性能指標(biāo)落后等缺陷。

（二）溫度繼電器是采用雙金屬片制成的盤(pán)式或其他形式的繼電器，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)作可靠，保護(hù)范圍廣泛等優(yōu)點(diǎn)，但動(dòng)作緩慢，返回時(shí)間長(zhǎng)，3KW以上的三角形接法電動(dòng)機(jī)不宜使用。如今在電風(fēng)扇、電冰箱、空調(diào)壓縮機(jī)等方面大量使用。

溫度繼電器與熱繼電器不同。溫度繼電器是裝在電動(dòng)機(jī)內(nèi)部，靠溫度變化時(shí)期動(dòng)作的。而熱繼電器裝在動(dòng)力線上，靠電流熱效應(yīng)動(dòng)作的。

（三）電子式電動(dòng)機(jī)保護(hù)器已由晶體管發(fā)展到集成電路至今已發(fā)展到微處理芯片厚模電路，從功能上一般分為斷相保護(hù)、綜合保護(hù)（多功能保護(hù)）、溫度保護(hù)和智能保護(hù)。此類(lèi)保護(hù)器具有節(jié)能、動(dòng)作靈敏、精確度高、耐沖擊振動(dòng)，重復(fù)性好、保護(hù)功能齊全、功耗小等優(yōu)點(diǎn)。

1.電動(dòng)機(jī)保護(hù)器（電機(jī)保護(hù)器）是以檢測(cè)線電流的變化（包括采取、正序、負(fù)序、零序和過(guò)流）為原則，可檢測(cè)斷相或過(guò)載信號(hào)。除具有斷相保護(hù)功能外，還具有過(guò)負(fù)荷、堵轉(zhuǎn)保護(hù)功能。

2.智能保護(hù)：集保護(hù)、遙測(cè)、通訊、遙控與一體的電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置，對(duì)電動(dòng)機(jī)發(fā)生斷相、過(guò)載、短路、欠壓、過(guò)壓和漏電等故障時(shí)實(shí)現(xiàn)保護(hù)，還具有電流電壓顯示，時(shí)間控制，軟件自診斷，來(lái)電自恢復(fù)，自啟動(dòng)順序，故障記憶，自瑣和遠(yuǎn)傳報(bào)警，顯示故障時(shí)的電流、電壓故障前后用代號(hào)閃爍示警，配置RS485通訊接口，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)。同時(shí)可監(jiān)控、監(jiān)測(cè)256臺(tái)電動(dòng)機(jī)工作等功能。

（四）電動(dòng)機(jī)保護(hù)器在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和節(jié)能事業(yè)中的重要意義

電動(dòng)機(jī)保護(hù)器（電機(jī)保護(hù)器）是發(fā)電、供電、用電系統(tǒng)的重要器件。是跨行業(yè)、量大面廣、節(jié)能效果顯著的節(jié)能機(jī)電產(chǎn)品。幾乎滲透到所有用電領(lǐng)域；是工業(yè)、農(nóng)業(yè)和國(guó)防建設(shè)及人民生活正常生產(chǎn)和安全工作的重要保證，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和節(jié)能事業(yè)中有著不可替代的重要地位和作用。

《中華人民共和國(guó)節(jié)約能源法》規(guī)定：“節(jié)能是指加強(qiáng)用能管理，采取技術(shù)上可行、經(jīng)濟(jì)上合理以及環(huán)境和社會(huì)可以承受的措施，減少?gòu)哪茉瓷a(chǎn)到消費(fèi)各個(gè)環(huán)節(jié)中的損失和浪費(fèi)，更加有效、合理地利用能源”；“節(jié)能發(fā)展經(jīng)濟(jì)的一項(xiàng)長(zhǎng)遠(yuǎn)戰(zhàn)略方針”。節(jié)能是系統(tǒng)工程。 據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全國(guó)運(yùn)行的1KW-320KW低壓電動(dòng)機(jī)數(shù)量為6000萬(wàn)臺(tái)，占電網(wǎng)用電量的70%以上，是工農(nóng)業(yè)及商業(yè)系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛的動(dòng)力設(shè)備。全國(guó)每年燒毀電動(dòng)機(jī)數(shù)量約300萬(wàn)臺(tái)，容量為10億千瓦，每年僅電動(dòng)機(jī)在燒毀過(guò)程中就耗電為數(shù)億度，修理費(fèi)高達(dá)數(shù)100億元左右，造成停工停產(chǎn)損失竟達(dá)數(shù)100億元。僅上述費(fèi)用不算，還會(huì)造成電機(jī)修理后功率下降，耗電量大，性能變差直接影響企業(yè)正常生產(chǎn)。

注意事項(xiàng)

1．電機(jī)比過(guò)去更容易燒毀繞組，是由于絕緣技術(shù)的不斷發(fā)展，在電機(jī)的設(shè)計(jì)上既要求增加出力，又要求減小體積，使新型電動(dòng)機(jī)的熱容量越來(lái)越小，過(guò)負(fù)荷能力越來(lái)越弱；再由于生產(chǎn)自動(dòng)化程度的提高，要求電動(dòng)機(jī)經(jīng)常運(yùn)行在頻繁的起動(dòng)、制動(dòng)、正反轉(zhuǎn)以及變負(fù)荷等多種方式，對(duì)電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置提出了更高的要求。另外，電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用面更廣。常工作于環(huán)境極為惡劣的場(chǎng)合，如潮濕、高溫、多塵、腐蝕等場(chǎng)合。再加上電動(dòng)機(jī)制造上的不規(guī)范，設(shè)備管理上的疏漏。所有這些，造成了如今的電動(dòng)機(jī)比過(guò)去更容易損壞，尤其是過(guò)載、短路、缺相、掃膛等故障出現(xiàn)頻率最高

2．傳統(tǒng)的保護(hù)裝置保護(hù)效果不甚理想，是傳統(tǒng)的電機(jī)保護(hù)裝置以熔斷器、熱繼電器為主。熔斷器主要用于短路保護(hù)，熔斷器電流的選擇需考慮電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流，所以單獨(dú)使用熔斷器保護(hù)電動(dòng)機(jī)是不可取的。熱繼電器是應(yīng)用最廣的電機(jī)過(guò)載保護(hù)裝置，但熱繼電器靈敏度低、誤差大、穩(wěn)定性差，保護(hù)不可靠。事實(shí)也正是這樣，盡管許多設(shè)備安裝了熱繼電器，但電機(jī)損壞而影響正常生產(chǎn)的現(xiàn)象仍普遍存在。傳統(tǒng)的保護(hù)裝置還沒(méi)有能夠?qū)崿F(xiàn)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械磨損監(jiān)測(cè)、定轉(zhuǎn)子偏心監(jiān)測(cè)的產(chǎn)品。

3、電機(jī)保護(hù)器如今已由過(guò)去的機(jī)械式發(fā)展為電子式和智能型，靈敏度高，可靠性高，功能多，調(diào)試方便?？芍苯语@示電動(dòng)機(jī)的電流、電壓、溫度等參數(shù)，保護(hù)動(dòng)作后故障種類(lèi)一目了然，極大方便了故障的判斷，有利于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的故障處理和縮短恢復(fù)生產(chǎn)時(shí)間。另外，根據(jù)電動(dòng)機(jī)氣隙磁場(chǎng)進(jìn)行電動(dòng)機(jī)偏心檢測(cè)技術(shù)使電動(dòng)機(jī)磨損狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)成為可能，通過(guò)曲線顯示反映電動(dòng)機(jī)偏心程度的值的變化趨勢(shì)，記錄兩年時(shí)間該值的變化情況，可早期發(fā)現(xiàn)軸承故障，做到早發(fā)現(xiàn)，早處理，避免掃膛事故發(fā)生。

3．選用電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置的目的，既能使電動(dòng)機(jī)充分發(fā)揮過(guò)載能力，又能免于損壞，而且還能提高電力拖動(dòng)系統(tǒng)的可靠性和生產(chǎn)的連續(xù)性。在能滿足保護(hù)要求的情況下首先考慮最簡(jiǎn)單保護(hù)裝置，當(dāng)簡(jiǎn)單的保護(hù)裝置不能滿足要求時(shí)，或?qū)ΡＷo(hù)功能和特性提出更高要求時(shí)，才考慮應(yīng)用復(fù)雜的保護(hù)裝置，做到經(jīng)濟(jì)性和可靠性的統(tǒng)一。具體的功能選擇應(yīng)根據(jù)綜合考慮電動(dòng)機(jī)的本身的價(jià)值、負(fù)載情況、環(huán)境好壞、電動(dòng)機(jī)的重要程度、退出運(yùn)行是否對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)造成嚴(yán)重影響等因素，力爭(zhēng)做到經(jīng)濟(jì)合理。

4、 理想的電動(dòng)機(jī)保護(hù)器不是功能最多，也不是所謂最先進(jìn)的，而是應(yīng)該最實(shí)用的。那么何為實(shí)用呢？實(shí)用應(yīng)滿足可靠、經(jīng)濟(jì)、方便等要素，具有較高的性能價(jià)格比。那么何為可靠呢？可靠首先應(yīng)滿足功能的可靠，如過(guò)電流、斷相功能必須對(duì)各種場(chǎng)合、各種過(guò)程、各種方式發(fā)生的過(guò)電流、斷相均能可靠的動(dòng)作。其次自身的可靠（既然保護(hù)器是保護(hù)別人的，尤其應(yīng)具有很高的可靠性）必須具有對(duì)各種惡劣環(huán)境的適應(yīng)性穩(wěn)定性、耐久性。經(jīng)濟(jì)性：采用先進(jìn)的設(shè)計(jì)、合理的結(jié)構(gòu)，專業(yè)化、規(guī)?；纳a(chǎn)，降低產(chǎn)品成本，給用戶帶來(lái)極高的經(jīng)濟(jì)效益。方便性：必須在安裝、使用、調(diào)整、接線等方面，盡可能的簡(jiǎn)易方便。

選型方法

一、 選型基本原則

如今，市場(chǎng)上電動(dòng)機(jī)保護(hù)產(chǎn)品沒(méi)有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，型號(hào)規(guī)格五花八門(mén)。制造廠商為了滿足用戶不同的使用需求派生出很多的系列產(chǎn)品，種類(lèi)繁多給廣大用戶選型帶來(lái)諸多不便，用戶在選型時(shí)應(yīng)充分考慮電動(dòng)機(jī)保護(hù)實(shí)際需求，合理選擇保護(hù)功能和保護(hù)方式，才能達(dá)到良好的保護(hù)效果，達(dá)到提高設(shè)備運(yùn)行可靠性，減少非計(jì)劃停車(chē)，減少事故損失的目的。

二、選型的基本方法

（一）與選型有關(guān)的條件：

電機(jī)保護(hù)的選型存在著電動(dòng)機(jī)與保護(hù)器二者怎樣合理配用關(guān)系，以下提供幾個(gè)與保護(hù)有關(guān)的條件、因素，為用戶選型時(shí)提供參考。

1、電機(jī)方面：要先了解的型號(hào)規(guī)格、電動(dòng)機(jī)功能特性、防護(hù)型式、額定電壓、額定電流、額定功率、電源頻率、絕緣等級(jí)等。這些內(nèi)容基本能給用戶如何正確使用和維護(hù)及選型保護(hù)器提供了參考依據(jù)。

2、環(huán)境條件：主要指常溫、高溫、高寒、腐蝕度、震動(dòng)度、風(fēng)沙、海拔、電磁污染等。

3、電動(dòng)機(jī)用途：主要指拖動(dòng)機(jī)械設(shè)備要求特點(diǎn)，如風(fēng)機(jī)、水泵、空壓機(jī)、車(chē)床、油田抽油機(jī)等不同負(fù)載機(jī)械特性。

4、控制系統(tǒng)方面：控制模式有手動(dòng)、自動(dòng)、就地控制、遠(yuǎn)程控制、單機(jī)獨(dú)立運(yùn)行、生產(chǎn)線集中控制等情況。啟動(dòng)方式有直接、降壓、星三角、頻敏變阻器、變頻器、軟起動(dòng)等啟動(dòng)方式。

5、其他方面：用戶對(duì)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)監(jiān)護(hù)管理是比較隨意還是嚴(yán)謹(jǐn)，非正常性的停機(jī)對(duì)生產(chǎn)影響的嚴(yán)重程度等。

與保護(hù)器的選用有一定相關(guān)因素的還有很多，如安裝位置、電源情況、與配電系統(tǒng)的配合等；還要考慮是對(duì)新購(gòu)電動(dòng)機(jī)保護(hù)配置，還是對(duì)電動(dòng)機(jī)保護(hù)升級(jí)，還是對(duì)事故電動(dòng)機(jī)保護(hù)的完善等；還要考慮電動(dòng)機(jī)保護(hù)方式改變的難度和對(duì)生產(chǎn)影響程度；需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工作條件綜合考慮保護(hù)器的選型和調(diào)整。

（二）電動(dòng)機(jī)保護(hù)器的常見(jiàn)類(lèi)型

1、熱繼電器：普通小容量交流電機(jī)，良好工作條件，不存在頻繁啟動(dòng)等惡劣工況，由于精度差，可靠性不能保證，不推薦使用。

2、電子型：檢測(cè)三相電流值，整定電流值采用電位器旋鈕或拔碼開(kāi)關(guān)操作，電路一般采用模擬式，采用反時(shí)限或定時(shí)限工作特性。保護(hù)功能包括過(guò)載、缺相、堵轉(zhuǎn)等故障保護(hù)，故障類(lèi)型采用指示燈顯示，運(yùn)行電量采用數(shù)碼管顯示。

3、智能型：檢測(cè)三相電流值，保護(hù)器使用單片機(jī)，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)智能化綜合保護(hù)，集保護(hù)、測(cè)量、通訊、顯示為一體。整定電流采用數(shù)字設(shè)定，通過(guò)操作面板按鈕來(lái)操作，用戶可以根據(jù)自己實(shí)際使用要求和保護(hù)情況在現(xiàn)場(chǎng)自行對(duì)各種參數(shù)修正設(shè)定，采用數(shù)碼管作為顯示窗口，或采用大屏幕液晶顯示，能支持多種通訊協(xié)議，如ModBUS、ProfiBUS等，價(jià)格相對(duì)高些，用于較重要場(chǎng)合，如今高壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)均采用智能型。

4、熱保護(hù)型：在電動(dòng)機(jī)中埋入熱元件，根據(jù)電動(dòng)機(jī)的溫度進(jìn)行保護(hù)，保護(hù)效果好，但電動(dòng)機(jī)容量較大時(shí)，需與電流監(jiān)測(cè)型配合使用，避免電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)時(shí)溫度急劇上升，由于測(cè)溫元件的滯后性，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)繞組受損。

5、磁場(chǎng)溫度檢測(cè)型：在電動(dòng)機(jī)中埋入磁場(chǎng)檢測(cè)線圈和溫度探頭，根據(jù)電動(dòng)機(jī)內(nèi)部旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的變化和溫度的變化進(jìn)行保護(hù)，主要功能包括過(guò)載、堵轉(zhuǎn)、缺相、過(guò)熱保護(hù)和磨損監(jiān)測(cè)，保護(hù)功能完善，缺點(diǎn)是需在電動(dòng)機(jī)內(nèi)部安裝磁場(chǎng)檢測(cè)線圈和溫度傳感器。

（三） 保護(hù)器類(lèi)型在電動(dòng)機(jī)工作條件下的選擇

1、對(duì)于工作條件要求不高、操作控制簡(jiǎn)單，監(jiān)護(hù)、管理比較隨意，停機(jī)對(duì)生產(chǎn)影響不大的單機(jī)獨(dú)立運(yùn)行電動(dòng)機(jī)，可選用普通型保護(hù)器，因普通型保護(hù)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在現(xiàn)場(chǎng)安裝接線、替換、操作簡(jiǎn)單、方便，具有性價(jià)比高等特點(diǎn)。

2、對(duì)于工作條件要求很高，安全性和連續(xù)性又很關(guān)鍵的，而自動(dòng)化程度高，且需要專人控制、監(jiān)護(hù)、管理，需組網(wǎng)監(jiān)控的MCC系統(tǒng)中，應(yīng)選用中高檔、功能較全的保護(hù)器。

3、對(duì)于防爆電機(jī)，由于軸承磨損造成偏心，可能導(dǎo)致防爆間隙處摩擦出現(xiàn)高溫，產(chǎn)生爆炸危險(xiǎn)，應(yīng)選擇磨損狀態(tài)監(jiān)測(cè)功能。對(duì)于大容量高壓潛水泵，由于檢查維護(hù)困難，也應(yīng)選擇磨損狀態(tài)監(jiān)測(cè)功能，避免發(fā)生掃膛事故造成重大經(jīng)濟(jì)損失。

4、應(yīng)用于有防爆要求場(chǎng)所的保護(hù)器，要根據(jù)應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)的具體要求，選用相應(yīng)的防爆型保護(hù)器，避免安全事故發(fā)生。

特種電機(jī)指為了滿足各類(lèi)機(jī)械設(shè)備對(duì)其拖動(dòng)電機(jī)性能要求的不同，而專門(mén)針對(duì)某一類(lèi)型的機(jī)械設(shè)備特殊需要而單獨(dú)設(shè)計(jì)、制造的特殊專用電機(jī)。特種電機(jī)廣泛應(yīng)用于廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、石油化工、公共設(shè)施、家用電器等領(lǐng)域。

下面是在高溫，高壓力以及流體媒質(zhì)等惡劣環(huán)境下工作的特種電機(jī)技術(shù)應(yīng)用

一、特種電機(jī)及高溫電機(jī)

特種電機(jī)應(yīng)用實(shí)例

石油測(cè)井爬行電機(jī)： 整個(gè)電機(jī)在高溫高壓的油里工作

* 油溫最高200°C

* 井下深度達(dá)5000米

* 工作時(shí)電機(jī)的內(nèi)腔充滿200°C的壓力硅油

* BLDC電機(jī)

* 轉(zhuǎn)速達(dá)9900轉(zhuǎn)/分鐘

* 電機(jī)功率》1KW

*電機(jī)效率高達(dá)97%

二、流體媒質(zhì)特種電機(jī)

根據(jù)客戶的要求，我們可以將電機(jī)的氣隙做得相對(duì)較大，定子的內(nèi)徑加工得遠(yuǎn)大于轉(zhuǎn)子的外徑，這個(gè)較大的間隙可以被充分利用，例如可以用來(lái)軸向傳輸流體媒質(zhì)，同時(shí)保障電機(jī)效率可高達(dá)97%。

流體媒質(zhì)電機(jī)的具體應(yīng)用領(lǐng)域

* 傳輸具有具有爆炸性的氣體，粉塵，粘性較大的材料，液體如水或者油，容易變質(zhì)的物體如食品飲料等。

* 泵（軸向媒質(zhì)傳送，定量泵等）

* 傳送具有腐蝕性的流體，如鹽水，化學(xué)試劑等。

* 傳輸顆粒物質(zhì)

* 消毒系統(tǒng)的泵

* 渦輪發(fā)電系統(tǒng)

* 流量測(cè)量

* 通風(fēng)設(shè)備，醫(yī)療設(shè)備等

流體媒質(zhì)特種電機(jī)實(shí)例

用于完全密封系統(tǒng)里軸向從電機(jī)中心傳送化學(xué)物質(zhì)

特種客制化電機(jī)