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【摘 要】电动机是一种实现机、电能量转换的电磁装置。从19世纪末期起，电动机就逐渐代替蒸汽机作为拖动生产机械的原动机。电动机作为动力设备，普及应用在发电厂、矿业、石油、化工、冶金等部门，而电动机故障的增加，不仅导致其使用寿命的降低，运行成本的增加，也影响生产的正常进行。因此抓好电动机保护的研究和推广工作，研制性能良好的电动机保护装置和控制系统就更有现实意义。
【关键词】电机保护；检测控制；发展方向
0.引言
电机的应用相当广泛,几乎所有的工厂都要用到它,而电机在工作过程中出现缺相、过流、欠流、过压、欠压等情况时,电机将无法正常工作,甚至损坏。随着新技术、新工艺不断地向传统的技术与工艺挑战，用计算机测控系统取代传统的测控仪表，用现代的控制算法取代经典的控制算法，己成为工矿企业及科研院所设计与改造工业测控系统首先考虑的问题。
1.三相电机保护当前局势
随着电子技术的迅速发展，二十世纪七十年代，电子式的电机保护装置得以发明并使用。电子式继电器仍然遵循反时限保护的特性，其主要由两大部分组成：一是监测部分，二是执行部分。监测部分通常采用电流互感器，利用其磁滞回线的直线部分来获取信号。一般由信号比较电路、过电流保护电路、延时电路、触发电路、执行元件及电源等部分组成。工作原理是通过电流互感器直接监测电机运行电流来进行保护。与热继电器相比，电子式继电器不存在发热问题，其动作稳定，也消除了对安装环境温度的要求，而且保护功能与灵敏度也都占有绝对优势。具有的技术先进、可靠准确、整定值可实现连续调整等特点，使得保护的电机既可避免因过载、断相、短路、三相不平衡、堵转、过压、欠压等原因而烧坏电机，也可以按照要求设定整定值。但是，通常的电子式的电机保护装置均采用人工可调定时限保护特性，无法实现与电机热过载曲线相匹配的反时限特性保护，只能实现单点式保护，并且该保护装置一般采用定时避开启动电流措施，以防止正常启动时保护误动作，但如果启动过程中出现异常故障，则电机就得不到保护。但电子式继电器相比热继电器，则具有动作灵敏、工作可靠、精确度高、耐冲击振动、重复性好、功能强大、功耗小、节能等优势，所以仍然已经成为电机保护装置的一个重要品种。
2.电动机常见的保护措施及存在问题
2.1电压保护
电机的转矩、定子电流与电压关系密切。定子电压高或低于额定电压时，电磁转矩与定子电流发生显著变化。电机工作时，如果电压长时间高于额定电压，就会很容易对定子绕组匝间的绝缘造成破坏。但是欠电压（即低电压）运行比过电压运行更成问题。假如电动机机械负荷一定的情况下，由于电网电压降低造成定子电流显著上升，损耗与温升也会随之而增加。如果供电电压恢复的过程比较慢，那么造成电动机启动状态时间过长。此时，不管是电动机，还是配电系统都会受到相当大的启动电流作用，如果电动机长期处在这种启动电流作用下，将会导致绝缘过热甚至损坏。另外，在配电电路中如果电流过大的情况下，将造成较大的电压损失，也会导致电网电压恢复较慢形成恶性循环，将导致电机的烧毁，有时甚至会造成配电系统的故障。因此，低电压保护是不可缺少的保护措施之一。
2.2堵转保护
由于机械故障、负载过大、电压过低等各种原因造成转子处于堵转，也就是说处于停止旋转或低速旋转状态，这样，电动机在全电压下堵转，电流将会急剧上升到额定电流的数倍，并且此时由于散热条件太差，电机就特别容易被烧坏。所以当检测到电动机处于堵转故障时，保护系统就要及时动作，这样电动机才不会因堵转而被烧坏。在电机启动时，将会产生7-8倍额定电流，如果想避开此时的启动电流，保护装置就应具有启动延时功能，来确保堵转保护在电动机的起动过程中达到闭锁，起动结束后再自动投入运行。
2.3过载保护
电动机被烧毁的现象，大多是发生在电动机绕组的电流长时间超过额定电流的情况下，由于电动机内部温度过高而造成的。因此，电流过载保护在电动机保护方式中被普遍应用。比如传统的热继电器，还有电流继电器和断路器保护就属于这一类。
2.4不平衡保护
针对于电动机的各类非接地性不对称故障，最好提供的单独保护，也被称为不平衡保护。通常情况下，供电变压器原方或者副方一相断线，或者是电源电压三相不平衡，这样都将造成电动机三相电流不平衡，也会导致电动机总转矩降低，可能出现抖动，是电动机的温度增高，这样长时间不平衡运行，电动机将会被烧坏，因此电动机保护器不能少了不平衡保护。
2.5热保护
上述情况中，不论是哪种故障，最终导致电机烧毁的还是由于电动机绕组局部长时间过热，引起绝缘破坏造成。因此，有些电动机保护方案就是通过直接预埋在转轴或内部绕组内的温度传感器，监测电动机内部温度变化，实现对电动机的保护。这种保护措施只能在特定的电机上实施，对于没有内置温度传感器的普通电机，加装温度传感器几乎不可能实现。即使能将传感器安装在轴架或外壳上，因外壳热传导系数、环境温度、通风条件等因素的影响，保护动作时间的分散性将非常大。
3.电机监控技术的发展方向
3.1监控系统的微机智能化
单片机、DSP(Digital Signal Processor)、嵌入式系统等具有CPU(CentralProcessing Unit)的控制系统的出现，对许多仪器仪表的设计带来了一次根本的变革。由于它们功能强大，性能可靠，能适应工業或测控现场环境要求，人们常把它们作为仪器或设备的控制中心。这类控制器具有以下特点：
3.1.1灵活性强
由于这种控制器是由软件和硬件结合起来实现各种功能，因此同一硬件结构的装置，只要换以不同的软件，就可以实现不同的功能，因此升级换代方便，也有利于减少开发成本。
3.1.2综合处理能力强
利用CPU超强的处理能力，可以实现各种复杂的逻辑控制、时序控制以及大量的数字运算。
3.1.3利用微机系统的存储记忆功能
可以轻松实现参数整定、故障记录。
3.1.4利用微机系统丰富的扩展接口
还可以实现数据的传输、报表的输出等复杂功能。
3.1.5智能控制器
这种智能控制器还具有功耗低、接口简单、结构紧凑、精度高、可靠性好、设计周期短、互换性好等优点
3.2监控系统的综合化
由于微机型控制器的上述特点，在同一控制器中，同样的硬件结构，只要增加新的算法，增加判据，就可以将测量、保护、控制集成在一起，实现多种综合功能。
3.3监控系统的网络化
随着生产过程自动化技术的发展，越来越多的用户要求电机保护器应具有通信功能，以实现集中监控。传统的集中监测方式是将所有参数采用4-20mA信号分别通过一对信号电缆传送到中央控制室，即要监控多少个参数至少需要多少对电缆。近年来，由于现场总线的发展，这些数据的传送只需要通过一对总线就可以进行了。因而当前新开发的电动机保护器都开始注意设计现场总线通信功能。
4.结语
近年来电动机的可靠保护，改善起动性能及节能运行越来越受到人们的重视。随着计算机技术和电力电子技术的发展，以高性能单片机为核心的电动机保护技术和软起动技术正在逐步发展。
【参考文献】
［１］黄开胜．三相异步电动机断相运行分析．中小型电机，1998．
［２］曹巧媛．单片机原理及应用[M].北京:电子工业出版社,2002．
［３］冯信华等．感应电动机节能控制的理论分析．中小型电机，1998．
［４］马宏忠等．多功能电动机保护控制一体化装置的研究．中小型电机，2000．
【关键词】电机保护；检测控制；发展方向
0.引言
电机的应用相当广泛,几乎所有的工厂都要用到它,而电机在工作过程中出现缺相、过流、欠流、过压、欠压等情况时,电机将无法正常工作,甚至损坏。随着新技术、新工艺不断地向传统的技术与工艺挑战，用计算机测控系统取代传统的测控仪表，用现代的控制算法取代经典的控制算法，己成为工矿企业及科研院所设计与改造工业测控系统首先考虑的问题。
1.三相电机保护当前局势
随着电子技术的迅速发展，二十世纪七十年代，电子式的电机保护装置得以发明并使用。电子式继电器仍然遵循反时限保护的特性，其主要由两大部分组成：一是监测部分，二是执行部分。监测部分通常采用电流互感器，利用其磁滞回线的直线部分来获取信号。一般由信号比较电路、过电流保护电路、延时电路、触发电路、执行元件及电源等部分组成。工作原理是通过电流互感器直接监测电机运行电流来进行保护。与热继电器相比，电子式继电器不存在发热问题，其动作稳定，也消除了对安装环境温度的要求，而且保护功能与灵敏度也都占有绝对优势。具有的技术先进、可靠准确、整定值可实现连续调整等特点，使得保护的电机既可避免因过载、断相、短路、三相不平衡、堵转、过压、欠压等原因而烧坏电机，也可以按照要求设定整定值。但是，通常的电子式的电机保护装置均采用人工可调定时限保护特性，无法实现与电机热过载曲线相匹配的反时限特性保护，只能实现单点式保护，并且该保护装置一般采用定时避开启动电流措施，以防止正常启动时保护误动作，但如果启动过程中出现异常故障，则电机就得不到保护。但电子式继电器相比热继电器，则具有动作灵敏、工作可靠、精确度高、耐冲击振动、重复性好、功能强大、功耗小、节能等优势，所以仍然已经成为电机保护装置的一个重要品种。
2.电动机常见的保护措施及存在问题
2.1电压保护
电机的转矩、定子电流与电压关系密切。定子电压高或低于额定电压时，电磁转矩与定子电流发生显著变化。电机工作时，如果电压长时间高于额定电压，就会很容易对定子绕组匝间的绝缘造成破坏。但是欠电压（即低电压）运行比过电压运行更成问题。假如电动机机械负荷一定的情况下，由于电网电压降低造成定子电流显著上升，损耗与温升也会随之而增加。如果供电电压恢复的过程比较慢，那么造成电动机启动状态时间过长。此时，不管是电动机，还是配电系统都会受到相当大的启动电流作用，如果电动机长期处在这种启动电流作用下，将会导致绝缘过热甚至损坏。另外，在配电电路中如果电流过大的情况下，将造成较大的电压损失，也会导致电网电压恢复较慢形成恶性循环，将导致电机的烧毁，有时甚至会造成配电系统的故障。因此，低电压保护是不可缺少的保护措施之一。
2.2堵转保护
由于机械故障、负载过大、电压过低等各种原因造成转子处于堵转，也就是说处于停止旋转或低速旋转状态，这样，电动机在全电压下堵转，电流将会急剧上升到额定电流的数倍，并且此时由于散热条件太差，电机就特别容易被烧坏。所以当检测到电动机处于堵转故障时，保护系统就要及时动作，这样电动机才不会因堵转而被烧坏。在电机启动时，将会产生7-8倍额定电流，如果想避开此时的启动电流，保护装置就应具有启动延时功能，来确保堵转保护在电动机的起动过程中达到闭锁，起动结束后再自动投入运行。
2.3过载保护
电动机被烧毁的现象，大多是发生在电动机绕组的电流长时间超过额定电流的情况下，由于电动机内部温度过高而造成的。因此，电流过载保护在电动机保护方式中被普遍应用。比如传统的热继电器，还有电流继电器和断路器保护就属于这一类。
2.4不平衡保护
针对于电动机的各类非接地性不对称故障，最好提供的单独保护，也被称为不平衡保护。通常情况下，供电变压器原方或者副方一相断线，或者是电源电压三相不平衡，这样都将造成电动机三相电流不平衡，也会导致电动机总转矩降低，可能出现抖动，是电动机的温度增高，这样长时间不平衡运行，电动机将会被烧坏，因此电动机保护器不能少了不平衡保护。
2.5热保护
上述情况中，不论是哪种故障，最终导致电机烧毁的还是由于电动机绕组局部长时间过热，引起绝缘破坏造成。因此，有些电动机保护方案就是通过直接预埋在转轴或内部绕组内的温度传感器，监测电动机内部温度变化，实现对电动机的保护。这种保护措施只能在特定的电机上实施，对于没有内置温度传感器的普通电机，加装温度传感器几乎不可能实现。即使能将传感器安装在轴架或外壳上，因外壳热传导系数、环境温度、通风条件等因素的影响，保护动作时间的分散性将非常大。
3.电机监控技术的发展方向
3.1监控系统的微机智能化
单片机、DSP(Digital Signal Processor)、嵌入式系统等具有CPU(CentralProcessing Unit)的控制系统的出现，对许多仪器仪表的设计带来了一次根本的变革。由于它们功能强大，性能可靠，能适应工業或测控现场环境要求，人们常把它们作为仪器或设备的控制中心。这类控制器具有以下特点：
3.1.1灵活性强
由于这种控制器是由软件和硬件结合起来实现各种功能，因此同一硬件结构的装置，只要换以不同的软件，就可以实现不同的功能，因此升级换代方便，也有利于减少开发成本。
3.1.2综合处理能力强
利用CPU超强的处理能力，可以实现各种复杂的逻辑控制、时序控制以及大量的数字运算。
3.1.3利用微机系统的存储记忆功能
可以轻松实现参数整定、故障记录。
3.1.4利用微机系统丰富的扩展接口
还可以实现数据的传输、报表的输出等复杂功能。
3.1.5智能控制器
这种智能控制器还具有功耗低、接口简单、结构紧凑、精度高、可靠性好、设计周期短、互换性好等优点
3.2监控系统的综合化
由于微机型控制器的上述特点，在同一控制器中，同样的硬件结构，只要增加新的算法，增加判据，就可以将测量、保护、控制集成在一起，实现多种综合功能。
3.3监控系统的网络化
随着生产过程自动化技术的发展，越来越多的用户要求电机保护器应具有通信功能，以实现集中监控。传统的集中监测方式是将所有参数采用4-20mA信号分别通过一对信号电缆传送到中央控制室，即要监控多少个参数至少需要多少对电缆。近年来，由于现场总线的发展，这些数据的传送只需要通过一对总线就可以进行了。因而当前新开发的电动机保护器都开始注意设计现场总线通信功能。
4.结语
近年来电动机的可靠保护，改善起动性能及节能运行越来越受到人们的重视。随着计算机技术和电力电子技术的发展，以高性能单片机为核心的电动机保护技术和软起动技术正在逐步发展。
【参考文献】
［１］黄开胜．三相异步电动机断相运行分析．中小型电机，1998．
［２］曹巧媛．单片机原理及应用[M].北京:电子工业出版社,2002．
［３］冯信华等．感应电动机节能控制的理论分析．中小型电机，1998．
［４］马宏忠等．多功能电动机保护控制一体化装置的研究．中小型电机，2000．