電動機(jī)保護(hù)器的歷史及現(xiàn)狀
電動機(jī)作為拖動系統(tǒng)中的重要組成部分在國民經(jīng)濟(jì)中占有舉足輕重的地位，它的使用幾乎滲透到了各行各業(yè)，是工業(yè)、農(nóng)業(yè)和國防建設(shè)及人民生活正常進(jìn)行的重要保證，因而確保電動機(jī)的正常運行就顯得十分重要，而在使用中造成電機(jī)燒毀甚至引發(fā)重大安全事故的事件屢見不鮮，據(jù)不完全統(tǒng)計全國每年僅因電動機(jī)燒毀所消耗的電量就達(dá)數(shù)千萬度，電動機(jī)燒毀的數(shù)量達(dá)20萬臺次以上，容量約0.4億千瓦，因維修所耗的電磁線約5000萬公斤，修理費達(dá)20億元，而因停工停產(chǎn)所造成的損失更是一個無法估量的巨大數(shù)目。因此做好電動機(jī)的保護(hù)具有節(jié)能顯著、提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益及保證安全生產(chǎn)的重要意義。
我國的電動機(jī)保護(hù)裝置大約經(jīng)歷了全面仿蘇、自行設(shè)計、更新?lián)Q代、智能化發(fā)展等幾個階段。值得一提的是由于近年來微處理器技術(shù)的發(fā)展，給電動機(jī)保護(hù)器向智能化、多功能化方向發(fā)展提供了硬件平臺，使得電機(jī)保護(hù)進(jìn)入了一個飛速發(fā)展的階段。
(一)熱繼電器、熔斷器和電磁式電流繼電器
在建國初期，我們引進(jìn)了蘇聯(lián)的JR系列熱繼電器，從而開始了其在中國電機(jī)保護(hù)行業(yè)中長達(dá)半個世紀(jì)的生涯，直到1996年國家八部委聯(lián)合發(fā)文強制將其淘汰。熱繼電器在電子業(yè)尚不發(fā)達(dá)的時代曾是電機(jī)過載保護(hù)的首選產(chǎn)品，它是利用雙金屬片熱效應(yīng)工作的，雙金屬片是由不同膨脹系數(shù)的兩片金屬鉚合而成，當(dāng)電流通過時它將產(chǎn)生熱量，并向膨脹系數(shù)小的一邊彎曲，電流的大小和彎曲的程度成正比，當(dāng)電流超過熱繼電器整定電流的一定倍數(shù)時就會啟動其中的脫扣裝置從而切斷主回路達(dá)到保護(hù)的目的。但熱繼電器存在致命的缺陷，包括整定粗糙、受環(huán)境影響大、重復(fù)性差、誤差大及功能單一等，已無法滿足越來越高的要求，因而也就無法避免被淘汰的命運。
很多人把熔斷器作為電機(jī)的過載保護(hù)，其實這是一種不科學(xué)的做法。因為首先受其規(guī)格限制無法按電機(jī)額定電流進(jìn)行準(zhǔn)確設(shè)定，況且如果熔斷器規(guī)格選得太小容易造成斷路，使電機(jī)單相運行，如果熔斷器規(guī)格選得太大，則達(dá)不到過載保護(hù)的效果。
電磁式電流繼電器具有過載、堵轉(zhuǎn)保護(hù)功能，有的還有缺相保護(hù)，其過載保護(hù)具有反時限特性，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，機(jī)械制造精度高，價格高且體積龐大，因而目前已被基本淘汰。
二)模擬電子式電動機(jī)保護(hù)器(電機(jī)保護(hù)器)
在上個世紀(jì)七八十年代，隨著半導(dǎo)體模擬器件的興起及普及，涌現(xiàn)出了一批性能比較可靠、功能多樣化的電子式電動機(jī)保護(hù)器(電機(jī)保護(hù)器)，為電機(jī)的可靠運行提供了較可靠的保障，其中得到公眾認(rèn)可且具有自己品牌特色的以韓國三和技研株式會社的產(chǎn)品為代表，在國內(nèi)市場具有一定影響，他們的產(chǎn)品品種多樣，規(guī)格齊全，主要功能包括：缺相，過載，欠流，相失衡，相序，接地，短路，過欠壓，電流顯示，聲光報警及變送輸出等，但這類產(chǎn)品仍存在一些無法克服的缺陷，包括如下幾個方面：
1.整定精度不高，模擬電子式電動機(jī)保護(hù)器(電機(jī)保護(hù)器)均采用電位器進(jìn)行額定電流的整定，然而要使電位器滑動臂的旋轉(zhuǎn)角度與其阻值成較好的線形關(guān)系比較困難，特別是在大批量生產(chǎn)中更是難以做到，另外，操作者的整定誤差也是難以避免的，特別是對于那些沒有設(shè)定值顯示的產(chǎn)品。
2.采樣精度不高，模擬線路對電流互感器的非線性問題束手無策，即使可以校正也會使線路變得非常復(fù)雜，甚至無法實際使用，因而大部分廠家只好將非線性問題依賴于提高電流互感器的線性，而實際上要想由矽鋼片做成的電流互感器在很寬的范圍內(nèi)保持線性是非常困難的，行內(nèi)人士知道用于電動機(jī)保護(hù)器(電機(jī)保護(hù)器)采樣的電流互感器需考慮的最大使用范圍至少為被保護(hù)電機(jī)額定電流的7倍，因為電動機(jī)在堵轉(zhuǎn)情況下會達(dá)到5-7倍的額定電流;另外，采樣線路本身也存在非線性問題?；谶@些技術(shù)難題，要實現(xiàn)高精度的采樣自然就成了一句空話。
3.無法實現(xiàn)具有多種保護(hù)功能于一體的全保護(hù)，隨著社會的發(fā)展，人們對電機(jī)保護(hù)的要求也越來越高，希望電動機(jī)保護(hù)器(電機(jī)保護(hù)器)的功能多樣化，性能可靠，接線簡單，界面直觀且體積要小，這些都是純粹的模擬線路根本無法實現(xiàn)的。
鑒于以上原因，純粹模擬線路的電動機(jī)保護(hù)器(電機(jī)保護(hù)器)正逐漸被其它一些更先進(jìn)的技術(shù)產(chǎn)品所代替。
(三) 數(shù)字電子式電動機(jī)保護(hù)器(電機(jī)保護(hù)器)
這類電動機(jī)保護(hù)器(電機(jī)保護(hù)器)主要以單片機(jī)作為控制器，可實現(xiàn)電機(jī)的智能化綜合保護(hù)，有的還具有遠(yuǎn)程通訊功能，可在PC機(jī)上實現(xiàn)對多達(dá)256臺聯(lián)網(wǎng)的電機(jī)實現(xiàn)在線綜合監(jiān)視與控制，在采樣和整定精度方面有質(zhì)的飛躍，可對采樣信號進(jìn)行軟件非線性校正，并可實現(xiàn)真有效值計算，從而極大地降低了被測信號波形畸變的影響，真正實現(xiàn)了高精度采樣，在整定方面采用數(shù)字設(shè)定，通過鍵盤由用戶自行現(xiàn)場設(shè)定，不存在誤差，還可為過載保護(hù)設(shè)置多條更科學(xué)的反時限曲線。因為采用了單片機(jī)就使得在相同硬件條件下集多種功能與一體的綜合保護(hù)器的出現(xiàn)成為可能，例如，上海萬譜最近研制成功的SWJ2系列電動機(jī)保護(hù)器(電機(jī)保護(hù)器)就具有遠(yuǎn)程通訊、聲光報警、過載、堵轉(zhuǎn)、短路、漏電、欠流、故障記憶等多種功能，它采用交流采樣技術(shù)、多點線性校正技術(shù)、量程自動切換技術(shù)，使其在1A-100A或10A-1000A的測量范圍內(nèi)都能保持很高的采樣精度，在國內(nèi)外同類產(chǎn)品中處于領(lǐng)先地位。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，電動機(jī)保護(hù)器(電機(jī)保護(hù)器)正朝著智能化，綜合化，高精度，高可靠方向發(fā)展。
目前的電動機(jī)保護(hù)器(電機(jī)保護(hù)器)普遍是根據(jù)電流的大小來決定是否需要保護(hù)，這顯然沒有考慮到環(huán)境因素對電機(jī)的影響。電機(jī)是否需要保護(hù)其根本的判斷依據(jù)應(yīng)該是電機(jī)繞組溫度是否超過其絕緣等級溫度，在相同電流的情況下，對于環(huán)境溫度高的電機(jī)其燒毀的可能性顯然要大于環(huán)境低的電機(jī)，這就說明單純通過電流的大小來判斷電機(jī)是否需要保護(hù)并不是十分科學(xué)的，不能達(dá)到對電機(jī)在各種環(huán)境下的完全保護(hù)?；谶@些原因，對電機(jī)繞組的溫升特性實行數(shù)學(xué)建模，仿真出電機(jī)繞組的溫度，從而決定電機(jī)是否需要保護(hù)將是一個必要的研究課題，值得慶幸的是已有這樣的產(chǎn)品研制成功，例如：原南京愛通自動化研究所與寧波振華電器有限公司合作研制成功的MSG/D系列交流電機(jī)數(shù)字溫度仿真監(jiān)控裝置，該系列產(chǎn)品將定子繞組作為研究對象，通過采樣電流信號、電機(jī)外殼溫度信號以及在線測量電機(jī)熱力學(xué)參數(shù)，然后通過一個數(shù)學(xué)模型仿真計算出電機(jī)定子繞組的溫度，在實際應(yīng)用中繞組溫度仿真精度可達(dá)+3度，填補了國內(nèi)外間接測量電機(jī)繞組溫度產(chǎn)品的空白，具有開創(chuàng)性意義。
另外還有一類采用直接測量電機(jī)繞組溫度的溫度型電動機(jī)保護(hù)器(電機(jī)保護(hù)器)，該系列電動機(jī)保護(hù)器(電機(jī)保護(hù)器)是通過在繞組中埋入溫度傳感器而實現(xiàn)溫度測量的，它具有溫度測量準(zhǔn)確，對頻繁啟動、通風(fēng)不良、環(huán)溫過高等情況下的電機(jī)都能可靠保護(hù)等優(yōu)點。但這類電動機(jī)保護(hù)器(電機(jī)保護(hù)器)的使用前提是必須在電動機(jī)制造過程中將傳感器裝入電動機(jī)內(nèi)部，因而對于現(xiàn)有的沒裝傳感器的電動機(jī)就無能為力。另外，一旦傳感器失效維修就變得十分困難，如果人們在使用中發(fā)現(xiàn)傳感器損壞，一般就棄之不用，筆者在南京北河口水廠發(fā)現(xiàn)這種情況十分普遍。因此，嵌入傳感器式溫度保護(hù)器在推廣應(yīng)用中存在很大困難。
(四)結(jié)束語
同所有的產(chǎn)品一樣，電動機(jī)保護(hù)器(電機(jī)保護(hù)器)經(jīng)歷了由低級到高級、由簡單到復(fù)雜逐漸科學(xué)完善的發(fā)展過程，在這個過程中一批批技術(shù)人員傾注了大量的熱情與心血。雖然電動機(jī)保護(hù)器(電機(jī)保護(hù)器)已發(fā)展到了微電子時代，但我想，電動機(jī)保護(hù)器(電機(jī)保護(hù)器)的課題將永遠(yuǎn)不會停止，仍然需要我們百倍努力，仍有大量的工作等著我們?nèi)プ?，例如：電動機(jī)保護(hù)器(電機(jī)保護(hù)器)仍沒有國家標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致市場上產(chǎn)品良莠不齊，這就說明電動機(jī)保護(hù)器(電機(jī)保護(hù)器)成長之路還很漫長，我們期待著電機(jī)保護(hù)行業(yè)的健康發(fā)展。