第3章 常用电动机的电子保护器1.docx

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第3章常用电动机的电子保护器1

第三章常用电动机的电子保护器

第一节电力电子常用模块

现代的电力电子技术，无论是对改造的传统工业，还是对创建高科技产业都至关重要。

尤其对一些常用的电力电子模块和组件，更应该掌握，因为这是电动机保护电器和软起动电路的基础。

一、整流管-晶闸管臂对模块

1、双臂整流管模块

电力电子整流模块是由整流电流IT（AV）为数百安、耐压VISOL为数千伏的大功率整流二极管通过并联或串联后，封装在盒内形成的产品。

常见的双臂整流管模块如图3-1所示。

图3-1a为双臂串联模块；图3-1b为双臂负极并联模块；图Me为双臂正极并联模块；图3-1d为外形尺寸图。

图3-1d中“＋”为接线端，示意是用“＋”字螺钉；3-M5x12示意为这3个接线端的螺钉直径为5mm，长度为12mm，双臂整流管就是通过这3个端子与外电路联接的，以实现各种电力电子技术功能。

双臂整流管模块型号颇多，其参数见附录A。

例3-1单相双臂全波整流电路利用双臂串联整流管模块组成的单相全波整流电路如图3-2所示。

不难看出，它与我们寻常所见的单相全波整流电路原理是一致的（参见《经典晶体管电子线路300例》，机械工业出版社），只不过本例所采用的是由大功整流二极管构成的双臂串联模块。

例3-2单相双臂桥式整流电路图3-1双臂整流管模块

单相双臂桥式整流电路是由双臂阴极（负极）并联和双臂阳极（正极）并联整流管模块构成，电路接成一个电桥形式，所以称为桥式整流电路，如图3-3所示。

例3-3三相双臂桥式整流电路一用一个双臂串联模块和两个双臂整流管模块组成的桥式整流电路如图3-4所示。

例3-4双臂串联电路，在反向电压较高的情况下，可选耐压较高的双臂串联整流管模块，若是手头没有耐压较高的模块，可以将两个或两个以上的模块串联使用，使每个模块分别承受一半或几分之一最大反向电压、但因每茶整流管的反向；特性（即反一向电阻）不可‘能尧全一致，会造成电压分配不均匀，所以采用并联均压电阻RC的方法，如图3-5所示。

图3-5a为双臂串联电路；图3-5b为并有均压电阻RG的双臂串联电路。

图3-2单相双臂全波整流电路图3-3单相双臂桥式整流电路图3-4三相双臂桥式整流电路

图3-5双臂串联电路

不难看出，按图3-5a接线，所串联的双－臂中的二极管在工作中实际上只用到一只二极管，这样未免太浪费。

所以在订货时可以向生产厂提出要求，或自行拆开模块将两只整流管的接线进行改接，如图3-5c所示。

例3-5双臂并联电路，如果负载要求的电流很大，用一块模块时发热很厉害，这时可用一块双臂负极并联模块（或双臂正极并联模块），按图3-6所示改为双臂并联电路。

2、双臂晶闸管模块

由两只大功率晶闸管（额定电流数百安）通过并联或串联后，用以组成桥式电路的“双臂”，这种新型器件叫双臂晶闸管模块。

常见的双臂晶闸管模块有串联式和并联式两种，如图3-7所示。

其中图3-7a为双臂串联晶闸管模块，图3-7b为双臂负极并联晶闸管模块，图3-7c为外形尺寸图，参数见附录B。

图3-6双臂并联电路

例3-6大功率逆变器电路

本例为单相逆变器，采用一块双臂负极并联晶闸管模块，功率大，负载能力强，如图3-8所示。

当VS1被触发导通时，C上的电压经VS2加到VS1两端，使其受反向电压而关断。

由于VS2导通，变压器T的绕组FO中有电流流过，变压器二次侧感应出下正上负的电压。

VS1、VS2依次轮换导通，变压器二次侧就感应出交流电压。

改变双臂负极并联晶闸管模块的触发信号的频率，也就改变了逆变器输出的交流电压的频率。

图3-7双臂晶闸管模块

图3-8大功率逆变器电路图3-9晶闸管-整流管联臂模块

3.晶闸管-整流管联臂模块

顾名思义，晶闸管-整流管联臂模块，就是由一只晶闸管（俗称可控硅）和一只整流二极管，通过串联或并联组成模块，以适应电力电路的某些需要。

常见的联臂模块如图3-9所示；图3-9a为整流管-晶闸管串联联臂模块；图3-9b为晶闸管-整流管串联联臂模块；图3-9c为整流管-晶闸管正极并联联臂模块；图3-9d为晶闸管-整流管负极并联联臂模块。

晶闸管-整流管联臂模块的功率大，耐压高，用途颇广。

例3-7三相半控桥式整流电路图3-10三相半控桥式整流电路

本例采用三只整流管-晶闸管串联联臂模块，组成三相半控桥式整流电路。

电路如图3-10所示。

在本例中，改变三只晶闸管VS1~VS3的触发脉冲出现的迟早（又叫“移相”），即可通过改变每周期内晶闸管的导通时间，从而调节输出的直流电压平均值。

当直流电动机M的端电压改变时，转速即行改变。

本例电路广泛用于功率较大的直流电机的无级调速（软起动中也有应用）。

图3-11整流桥模块

二、整流桥模块

整流桥模块是电源作整流用的专用模块。

其产品有五大类型如图3-11所示。

图3-11a为三相桥式整流模块；图3-11b为单相桥式整流模块；图3-11c为负三臂整流桥模块；图3-11d为正三臂整流桥模块；图3-11e为单相半控桥式整流模块；图3-11f为整流模块外形尺寸图。

目前，国产整流桥模块整流电流为100A左右，耐压可达数千伏。

例3-8三相桥式整流电路

采用一只三相桥式整流模块，就能轻而易举地组成一个三相桥式整流电路，电路如图3-12所示。

图3-12三相桥式整流电路

三、电子灭弧器

电子灭弧器作为控制负载通断的交流接触器的灭弧装置，可避免由于拉弧而造成接触器触点的损坏，从而延长接触器的使用涛命，特别适合于在易燃易爆场合下工作的交流接触器，可大大地降低火灾及爆炸事故的发生。

电子灭弧器具有体积小、重量轻、功耗低、操作频率高及安装使用方便等优点。

使用时，只需将各级灭弧器回路与接触器各级触点相并联，并将其控制端并接在接触器线圈两端即可。

采用电子灭弧器可解决由于飞弧而造成的接触器的损坏，使其电寿命可提高到几百万次以上。

型号说明

1.交流电子灭弧器

交流电子灭弧器适用于交流110V、220V、380V线路上，作为交流接触器触点的灭弧设备，外形如图3-13所示。

图3-13交流电子灭弧器

2.直流电子灭弧器

直流电子灭弧器是与直流接触器配套的灭弧装置，可彻底消除接触器触点工作时产生的电弧，保护了触点，丛而大大地延缓了接触器的使用寿命。

（1）电子灭弧器工作条件

环境温度：

-25℃~+40℃，环境温度：

25℃时＜85％RH。

（2）电子灭弧器使用注意事项

1）本电子灭弧器应在低频（指接触器触点动作频率）下工作，触点吸合和释放时间间隔不要小于0.2s，否则将不起灭弧作用。

2）接触器若长时间频繁动作，则应往意灭弧器的散热，或加适当的散热片（50~150A型）或加散热风扇（200~600A型），以免灭弧器过热烧毁。

3）注意接线不要接错，以免烧毁灭弧器。

4）电子灭弧器应固定在接触器旁。

四、晶闸管触发板

在前面介绍的双臂晶闸看模块，需要配备晶闸管触发板才能进行工作。

晶闸管触发板实际上就是把触发电路各元器件安装在印制线路板上，一旦选用后，只需将相关引线与晶闸管接妥即能工作，从而大大地节省了时间。

晶闸管触发板品种颇多，现介绍数种以供选用。

1.晶闸管触发模块

晶闸管触发模块是为反并联结构晶闸管功率模块设计的触发电路模块，实现以较小的信号控制功率较大的电器设备。

具有体积小、可靠性高、寿命长、与逻辑电路兼容、防潮、防腐蚀、耐冲击、抗振动及安装方便等特点。

（1）技术参数

1）输入控制电压：

UIN4~32V。

2）输入电流：

IIN<20mA。

3）控制晶闸管门极电流：

IG<100mA。

4）绝缘电压：

UISOL=2500V。

5）输出控制类型：

零控、相控。

6）输出电压：

220V；380V。

（2）型号说明

2）TDM晶闸管触发模块参数：

a输入电压UIN：

4~32V。

b输出控制类型：

零控、相控。

c工作电压：

380V。

图3-14晶闸管触发模块外形尺寸

（3）晶闸管触发模块外型尺寸

晶闸管触发模块外形尺寸如图3-14所示。

晶闸管触发模块的端子标注是按与F18系列产品所对应的端子标明的，MKC-2型端子“5”为K1，端子“4”为G1，端子“6”为K2，端子“7”为G2。

＋、一直流控制输入。

TDM触发模块与MKC-2一致。

2.YCB型移相式晶闸管触发板，YCB移相式晶闸管触发板可用于触发两只反并联的单向晶闸管模块，进行单相移相式调压控制。

利用该触发板可构成单相（开环）交流调压电路。

（1）技术参数

1）功能：

反并联单向晶闸管单相移相式调压控制。

2）交流输入电压：

双12V，（AC，50Hz），电流≤100mA。

3）主回路额定工作电压：

380V（AC；50Hz）。

4）输入、输出间绝缘电压：

≥2500V。

5）触发电流：

100mA。

6）触发脉冲宽度180°~α

7）触发脉冲下降时间：

≤1μs。

触发脉冲上升时间：

≤150ns。

8）控制线性误差：

≤2％。

9）直流控制电压（UC）输入范围：

0~5V，控制电≤1mA。

10）控制电位器：

10kΩ。

11）工作环境：

环境温度：

-10~+40℃

环境湿度：

<85%RH。

（2）外型尺寸长×宽×高70mm×43mm×25mm。

（3）YCB触发板外形（见图3-15）

图3-15YCB触发板外形图3-16YCB移相式晶闸管触发板

例3-9YCB型移相式晶闸管触礁发板典型应用电路，电路如图3-16所示。

图中T为变压器，RP为调相电位器，调节它可以改变加在负载RL两端的电压。

3.DJCB型单相交流（闭环）触发板

DJCB单相交流（闭环）触发板采用德国酉门子公司生产的高性能移相触发电路TCA785。

该板集同步信号检测、锯齿波形成电路、闭环PI调节器以及脉冲变压器输出单元为一体，具有恒压输出功能的晶闸管单相交流调压系统的触发控制单元。

可手动也可自动地对输出电压进行控制。

可构成具有稳压输出功熊的单相交流调压系统。

（1）技术参数

1）功能：

晶闸管单相交流调压（具有稳压输出功能）控制。

2）交流输入电压，双15V（AC,50Hz），电流≤100mA。

3）主电路额定工作电压：

380V（AC,50Hz）。

4）电压同步信号输入范围：

10~220V（AC，50Hz），电流≤1.lmA。

5）触发脉冲宽度：

600μs。

6）脉冲移相范围：

0°~180°。

7）输入直流控制电压：

0~l0V，电流≤1mA。

8）手动控制电位器：

l0kΩ。

9）电压反馈参数：

交流电压反馈输入≤10V。

10）工作环境：

环境温度：

-10~＋45℃。

环境湿度：

<85%RH。

（2）外型尺寸长×宽×高125mm×100mm×25mm。

（3）外型见图3-17。

图3-17DJCB单相交流（闭环）触发板图3-18DJCB触发板典型应用电路

例3-10DJCB单相交流（闭环）触发板典型应用电路，电路如图3-18所示。

图中Ro与Rf为分压电阻；RP为调压电位器，调节它即可改变负载RL两端的电压。

电路中的一些端子似乎是悬空没有，其实不然。

在实际应用中有个约定：

同名端相接，即：

只要文字符号（即代号）是相同的，即可以认为这两点（或多点）是连接在一起的。

如A板上的“G1”与VS1的控制极“G1”都是“G1”，那么这两点应用导线连接起来。

按照上述规律，不难找到G3、KI、K3、F1的来龙去脉了。

第二节通用电动机电子保护器

自从19世纪80年代发明了三相交流异步电动机以来，由于它的转子回路内的电流不必从外部通入，转子结构极为坚固耐用而且便于维护，因而在这漫长的岁月中，为人类的经济和文明做出了不朽的贡献。

人们对它也极为珍惜，从它诞生之日起就一直在寻求它的保护装置，相继发明了熔丝（俗称保险丝）、热继电器、过电流继电器、过电压继电器等，曾挽救了一些电动机的生命，也延长了一批电动机的寿命，但仍有因保护失灵而“牺牲”了一些电动机。

人们通过无数次教训，总结了不少好经验。

特别是进入了电子时代以来，利用电子的特有性能，从20世纪60年代以来，经过数十载的艰苦努力，终于让电动机电子保护器走出实验室，成为产品走向社会。

一、正存ZLDB系列电动机电子保护器

ZLDB系列保护器是北京正存电子电器有限责任公司的产品，它是针对金属片热继电器各种缺点而设计的电子式电动机保护器，广泛应用于75kW以下三相交流异步电动机过载电流与断相保护场合，取代JRO-16系列双金属片式热继电器。

1．综述

（1）型号说明

（2）主要技术特点

1）取样信号合金电阻式。

2）过载电流保护电容式。

3）断相保护三相电流不平衡式。

4）直流电源建立与主电流同步。

5）1.28倍设定电流调节范围。

6）多圈线性电位器改变圈数的方法调节设定电流，准确度高。

7）采用环氧树脂浇注固化生产工艺等。

（3）主要技术性能

1）断相保护。

定子电流i＞Ie（Ie为电动机额定电流值），动作时间＜5s（秒）。

2）过载保护特性曲线如图3-l9所示。

参考数据（i/Ie）：

1.2倍3min50s、1.5倍2min30s、2倍1min30s、3倍20s、4倍9s、6倍4s。

3）控制触点：

常闭常开转换触点一组，触点容量：

380V，2A。

4）额定电压：

AC380V，50Hz。

5）调节方式：

多圈电位器每旋转一圈，设定电流改变安培数是下限的2%。

有关ZLDB保护器的参数，见附录H。

2．外形及安装方法

ZLDB保护器的外形如图3-20所示。

图3-l9ZLDB保护器过载特性曲线图3-20ZLDB系列电动机保护器外形

图3-21ZLDB典型应用电路图3-22ZLDB用于星-三角起动主电路

安装时，将它安装在交流接触器与三相电动机之间。

例3-11正存ZLDB电动机保护器典型应用电路，如图3-21所示。

不难看出，ZLDB保护器的三对主触点是串在KM与电动机M主电路之间，其控制触点（常闭）串接在交流接触器线圈KM电路之中。

电动机运行中出现断相、过载等故障时，控制触点ZLDB自动断开，从而切断KM电路，保护了电动机绕组不致烧毁。

例3-12正存ZLDB电动机保护器用于电动机星-三角起动电路，正存ZLDB电动机保护器用于星-三角起动主电路如图3-22所示。

它的控制触点仍是串接在电动机二次电路中，这里从略。

同理，正存ZLDB也可用于自藕减压起动补偿器，作断相、过载等保护用。

二、工泰电动机保护器

工泰电动机保护器是浙江省瑞安市工泰电器有限公司的产品。

这是一家集科研、生产、销售、服务于一体的现代化经济实体。

1．工泰GT-JDG1系列电动机保护器

GT-JDG1保护器与交流接触器组成电动机保护电路，主要用于交流50Hz或60Hz、额定电流600A及以下三相电动机在运行中可能出现的断相、过载、堵转、三相不平衡等故障进行保护。

是热继电器的更新换代产品。

GT-JDG1保护器如图3-23所示，这里列出16A,20A,120A,160A和600A五种型号的产品。

（1）GT-JDG1保护器的特点

1）保护器设有电流刻度指示，线性调节整定电流，操作简单、方便，用户无需现场带负载调试，只要根据电动机的额定电流值进行调节即可。

2）保护器对电动机起动和运行过程中出现的断相、过载、三相不平衡等故障均采用反时限特性进行保护。

解决了电动机在起动时过载、堵转不保护的难题。

3）保护器设有正常运行指示和动作保护后的故障状态记忆指示，方便用户图3-23GT-JDG1保护器

查找故障原因以及采用正确的处理方法。

4）保护器采用电流波形检测原理，可以自动地检测出各种不同原因引发的电动机故障问题，同时采取动作保护措施。

5）保护器采用电器常开触点控制输出，具备了自检功能，使用户十分容易地辨别电路故障原因。

6）大电流采用电缆穿心或互感器一次性穿心，可与控制系统完全隔离，适用于不同电压等级的电动机。

7）保护器采用固化工艺生产，具有防潮、防尘、防腐、抗振等优点，适用于各种恶劣环境。

8）保护器对电动机运行时的热量积累和停机后的热量衰减均保持动态跟踪记忆，过载动作保护后，复位时间与热状态记忆成正比。

特别适用于频繁起动电动机的场合。

（2）GT-JDGI的性能指标

1）电流精度：

<±2％。

2）断相和三相不平衡动作保护特性（见表3-1）

3）复位方式：

手动复位；断电复位。

复位时间：

过载延时复位<300s，断相延时复位<2s。

4）工作电源：

AC36,220，380（1士15％）V，50Hz。

5）工作方式：

不间断工作制。

6）环境温度：

-40~＋55℃。

表3-1

额定电流倍数

动作时间

起始状态

任意二相1.0，第三相0

>2h

任意二相1.3，第三相0

<60s

冷态

<30s

热态

任意二相7.2，第三相0

<3.5s

冷态

<2s

热态

任意二相1.15，第三相0.55或

任意二相1.15，第二、三相0.65

<30s

冷态

<15s

热态

（3）GT-JDG1的主要规格（见附录1）

例3-13工泰GT-JDG1电动机保护器典型应用电路，电路如图3-24所示。

这例中采用的GT-JDG1-16型保护器，由于电流小，主电路直接接至保护器主触点上；端子A1、A2接一只电压表，端子95、98内接保护器一对常甲妙点，只要保护器动作，95、98即断开，从而切断电动机电源。

例3-14工泰GT-JDGI电动机保护器配合电流互感器应用电路，如图3-25所示，与例38不同的是，这里采用了电流互感器，从而能使较小容量的16A保护器，可以保护较大功率的电动机。

图3-24GT-JDG1典型应用电路图3-25GT-JDGI配合电流互感器保护电动机

三、瑞新GDBT6-BB系列电动机保护器

瑞新GDBT6-BB系列电动机保护器是许昌市机械电子设备厂根据国家淘汰JR系列热继电器的精神，采用国际先进技术和优质的电子元件，专为替代JR系列热继电器而设计的。

保护器设有发光管工作指示和故障指示。

具有节能显著，断相、过载保护可靠，动作准确，工作稳定，符合国家强制性标准。

（1）主要技术参数

1）产品规格：

2~20A10~50A2~100A,

2）断相动作时间，≤2s。

3）过载动作时间：

1.2~6倍，5~l00s动作。

4）触点容量：

380V/2A。

5）工作位置：

任意位置连续工作。

6）功耗：

≤2VA。

7）海拔：

不超过2000m。

8）环境温度：

-25～55℃。

（2）安装调试

1）按接线图连接正确后起动电动机，一切正常运行后，停止运行。

2）三相电源线分别穿过保护器的Hl、H2、H3，并分别接在交流接触器的静触点上。

3）把保护器的延时整定和电流整定电位器顺时针调到最大。

4）上述工作做完后，起动电动机，．电动机应能正常运转，保护器面板上的运行指示灯亮，然后将电流电位器缓慢地逆时针转动，直到过载指示灯亮，并有声响报警，再顺时针调回一点，此时过载指示灯在1min内不闪动即为临界状态。

然后再将延时电位器调到大于起动时间。

5）起动电动机，用人工使电动机人为过载，这时应有声光报警。

解除人工过载，此时应只有运行指示灯亮，电动机进入正常运行，整个调试过程完毕。

（3）注意事项

1）调试电流旋钮时，应在标定电压下进行。

2）过电流调整刻度、延时调整刻度不呈线性比例，应以实际调试为准。

3）定期检验保护器的性能；一例如，过载实验和断相实验。

4）电动机在运行中停止，请判断电动机是否有断相、缺相、过载现象。

首先检查电动机是否有温升过高，如有过高的温度，可能是电动机因过载而停止工作。

如果没有温升过高现象。

可能是线路断相而引起电动机的运行停止。

然后再检查三相电源及交流接触器、如有异常现象，应排除后才能重新起动电动机，以免造成意外事故。

5）保护器应与交流接触器配合使用，若不接电动机，保护器作断相处理，拒绝送电。

例3-15瑞新GDBT6-BB电动机保护器典型电路，如图3-26所示。

电动机的三相电源线分别穿过GDBT6-BB保护器H1~H3穿线孔，与交流接触器KM主触点相接。

图3-26GDBT6-BB保护器典型电路

工作过程：

按下起动按钮SBT，电源L3经SBP、SBT，KM线圈、FU至L2，KM吸合，电动机起动。

松开SBT，L3经KM辅助触点、保护器的3、4常闭触点、KM线圈、FU至L2，使KM自保。

按动一下SBP，KM线圈失电释放，M停转。

若是电动机发生断相、过载等故障，保护器内部的触点3、4断开，KM失电释放，从而保护了电动机。