如何分析电动机控制线路中的保护环节

文/丘建雄   2017-02-13 23:03:07

在讲电动机控制线路中的保护环节时,许多学生反映听不懂。分析原因是:学生对保护元器件没有理解;多数课本对保护环节也仅是寥寥数语,没有详细讲解;老师在讲课时忽略了对故障发生时控制线路实现保护的分析。在此,以四步讲解法来分析具有过载保护自锁控制线路中设有的保护环节为例,介绍怎样才能让学生完全掌握电动机控制线路的工作特性及保护环节的保护特性。

一、明确概念,由哪些元器件实现哪些保护

如图4所示,此电路中设有三个保护环节,分别为:

第一,熔断器FU实现短路保护。电路中一旦发生短路事故,熔断器立即熔断,主电路和控制电路都失去电压,电动机马上停转的保护叫短路保护。

第二,热继电器FR实现过载保护。当电动机的电流大于其额定电流值使定子绕组发热,电动机温度在未达到所允许的最大限度时,能立即切断电动机电源的保护称为过载保护。

第三,接触器KM实现欠电压、失电压(或零电压)保护。

欠电压保护:在电动机运行中,由于某种原因使电源过分降低,当电压降低到临界电压时,保护电器的动作这就是欠电压保护。

失电压(或零电压)保护:电动机电路由于某种原因突然断电,当电源恢复时,为了避免设备自行启动造成事故而设的保护措施,叫做失电压(或零电压)保护。

二、回顾学过的低压电器知识,熟悉保护元器件的工作原理

第一,常用的短路保护元件有熔断器和断路器等,熔断器的文字符号用FU表示,图形符号如图1所示。

熔断器是一种利用电流热效应原理工作的电流保护电器,金属导体作为熔体串联在被保护电路中。它根据电流超过规定值一定时间后,因其自身发热而熔断,使线路或电器设备快速脱离电源而起到保护作用。

第二,常用的过载保护元件是热继电器,文字符号用FR表示,图形符号如图2所示。

热继电器是利用电流的热效应来推动动作机构使触头闭合或断开的保护电器,在出现电动机不能承受的过载时切断电动机电路,为电动机提供过载保护的保护电器。

第三,当主电路和控制电路由同一电源供电时,具有电气自锁的接触器兼有欠电压和失电压(或零电压)保护作用。接触器是通过电磁吸力和弹簧反作用力配合动作的电器,是通过线圈的通电和断电来控制触头的闭合与断开。接触器的文字符号用KM表示,图形符号如图3所示。

三、在熟悉保护元器件工作原理的基础上对照图分析保护过程更能理解其保护特性

1.短路保护

如图4 所示,在主电路中熔断器FU1,控制电路中熔断器FU2都是短路保护环节。FU1串联在电动机电源电路中,当电动机内部发生短路时,流过电动机定子绕组电流急剧增大,瞬间产生的热量使熔体熔断,由图4看到FU1断开时电动机断开电源而实现保护。FU2也是串联在电路中,当控制回路中出现触点短接等情况时,同样FU2断开,使得接触器KM线圈断电,接触器主触头自动断开,切断电动机电源而实现短路保护。

2.过载保护

如图4所示,热继电器的热元件串联在电动机定子绕组上,当电动机过载运行时,其定子绕组电流值增大。由于热惯性,当热量积累到一定程度后而导致双金属片弯曲,通过热继电器内部传动机构,使串联在接触器线圈电路中的常闭触头断开,接触器线圈就会断电,那么接触器主触头就会断开而自动切断电动机电源实现过载保护。

3.欠电压、失电压(或零电压)保护

如图4所示,接触器常开辅助触头并联在启动按钮两端,使控制回路自行保持通电叫自锁(或自保)。当电路电压降低或失去电压时,通过接触器线圈的电流减小或为零,则产生的电磁力小于弹簧的反作用力,那么接触器主触头自动断开,同时常开辅助触头也断开。由图4看出,当恢复供电时只有重新按下启动按钮,接触器线圈才可通电,那么电动机才能启动运转。

四、在掌握了保护过程的基础上进一步了解实际工作时保护元器件的选用

1.熔断器在实际选用时的注意事项

(1)应根据使用条件确定熔断器的类型。

(2)对于变压器、电炉、照明等负载电路,熔体的额定电流应略大于或等于负载电流;对输电线路熔体的额定电流应略小于或等于线路的安全电流。

(3)对电动机回路,应考虑电动机的启动条件。对启动时间不长的场合按In熔体=Ist/(2.5~3)来选择;对启动时间较长或频繁启动场合按In熔体=Ist/(1.6~2)来选择。其中Ist为电动机启动电流。

2.热继电器在实际选用时的注意事项

(1)一般情况下,电源三相电压均衡,电动机绝缘良好时,则电动机三相电流必将相等。此时,可用两相结构的热继电器,对电动机实现过载保护,如图5所示。

(2)对三相电源严重不平衡或电动机的绕组内部可能发生短路故障的场合,应考虑选用三相结构的热继电器。

(3)如果所保护的电动机是星形结构,用普通的两相或三相结构的热继电器都可以实现保护。但如果是三角形联结时,必须采用断相保护装置的热继电器。因为当一相发生断路时另两相发生过载。

以上对具有过载保护的自锁控制线路通过明确概念、知识回顾、照图分析和知识引申四大步骤讲解后,通过期末考试发现学生的及格率比以前有所提高。可以看到这样讲解使学生在掌握概念的基础上有针对性地理解电器元件的工作原理,再进一步对照图分析保护过程就更直观,更容易理解。

三相异步电动机控制线路中的保护环节是电气装置和机械设备可靠、正常运转的重要保证之一,且可用它们来保护电网、电动机、电气控制设备及人身安全等。因此,教师对三相异步电动机保护环节在讲课时应加以详解,以便让学生掌握控制电路的工作过程,并认识到保护环节在实际工作中的重要性,从而进一步加深对低压电器的认识,也为复杂控制电路知识的掌握奠定基础。

(作者单位:陕西省机械高级技工学校)

《职业》2017年1月第2期 目录

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