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[摘 要]針對大功率水泵電動機電氣設備，在高溫、高濕、通風差的環境條件下運行時，易發生電氣故障現象。自行設計了大功率電動機二次保護裝置，已長時間投入現場使用，經濟效益和使用效果顯著。該保護器增設了電動機繞組線圈超溫保護、軸承磨損超溫保護、電動機超濕結露保護功能，在原變頻器自身失去保護作用的情況下，二次保護器可及時起到保護作用，完善了電動機的過壓過流、短路、漏電等多種保護。保護功能更加完善齊全，確保了大功率水泵電動機穩定可靠運行。
[關鍵詞]超溫保護 超濕保護 風冷保護
中圖分類號：TM772 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2014）42-0384-01
引言：
隨著科技的進步，現在不地方大功率水泵電動機是靠變頻器軟啟動并拖動運行工作的，但易受環境溫度高、濕度高及自然通風差惡劣環境等因素影響，常會造成變頻器、電動機電氣性能降低，同時長期長時間的連續運行，變頻器內的驅動功率模塊電子元器件壽命會減少，極易損壞。電動機軸承高速運轉，軸承磨損嚴重，機械潤滑效率降低，阻力增加，也會造成定子繞組超溫工作，運行電流增大，加速絕緣老化。加之維護檢修不當，機械、電氣引起故障時常發生，一般變頻器自身缺少電動機定子繞組超溫和軸承超溫保護功能。其次當水泵管網突發爆裂時，電動機接線室及線組內濕度會大幅度增加，變頻器同樣缺少超濕保護功能，難以實現對水泵電動機有效可靠的保護。為此，我們設計了大功率水泵電動機二次保護器裝置，通過長時間的應用，取得了良好的使用效果和經濟價值。
一、大功率水泵電動機二次保護器的組成結構
二次保護器主要由JDB-120礦用電動機保護器、二次保護主控器、定子繞組超溫傳感器、軸承超溫傳感器、超濕傳感器、外置式冷卻風機裝置等組成。JDB-120保護器、主控器保護、中間繼電器、交流接觸器安裝于自制控制配電箱內。
二、主控制器、溫濕度傳感器硬件設計及工作原理
1、主控制器
主控器以8位AVR嵌入式微處理器ATMEGA48為核心，由DC-DC穩壓電源單元、LED數碼驅動顯示單元、溫濕參數設置控制單元、溫濕報警控制輸出單元、溫濕傳感器信號采集單元組成。它具有性能高、低功耗，失電時參數記憶保存，溫濕度斷電點范圍寬，設置參數方便，顯示清晰直觀等優點。主控器與溫濕傳感器接口采用數字信號串行數據傳輸，通訊距離可達150米且穩定可靠。
2、溫濕度傳感器及檢測點安裝位置和方法
溫濕度傳感器采用數字信號傳輸，是復合型傳感器，它應用了專用的數字模塊采集技術，傳感器由NTC測溫元件探頭和電容式感濕元件探頭組成。具有溫濕測量范圍大（溫度0℃-100℃，濕度%RH-100%）精度高（0.1）誤差小，實時檢測反應速率快，體積小等優點。
溫度傳感器檢測探頭通過電動機接線盒安裝在定子繞組線圈端部，可用耐溫蠟管或塑料熱縮管捆扎固定。另一支溫度檢測探頭安裝在距軸承較近的鐵芯處。濕度傳感器檢測探頭安裝在電動機接線盒側壁，固定即可。因傳感器探頭供電是直流供電與電動機交流電隔離，兩者之間絕緣良好，互不影響。
3、溫濕數字傳感器與主控器簡要工作原理
溫度感溫探頭NTC采集的溫度參數信號送入數字集成塊I3（32P207）2腳和8腳，經集成塊I3內部放大轉換后由10腳輸出，送入主控器微處理器（ATMEGA48）IC總線23腳接口，經微處理器A/D轉換處理后驅動74HC164移位數碼管，顯示溫度實時數據。當電動機繞組溫度異常升高或軸承損壞異常時，溫度升至70℃達到設定上限值，微處理器判斷電動機繞組線圈溫度或軸承溫度異常發出控制指令，其13腳輸出高電平，驅動三極管導通，繼電器線圈得電吸合，常開接點閉合，中間繼電器動作，控制變頻器保護動作，切斷電動機變頻器供電源，電動機停止運行。起到繞組線圈或軸承超溫電動機保護作用。
濕度傳感器探頭采用電容式感溫元件，感濕探頭采集的濕度參數信號送入數字集成塊I3（32P207） 1腳，經集成塊I3內部放大轉換后，同樣由10腳輸出，送入微處理器（ATMEGA48）IC 總線23腳接口，經微處理A/D轉換處理后驅動74HC164移位數碼管，顯示濕度實時數據，當水泵管網突發爆裂或環境濕度過大時，會引起電動機接線盒內濕度異常升高，達到上限設定值93%RH時，微處理器判斷電動機接線盒內濕度或電動機周圍環境濕度異常，發出控制指令，其12腳輸出高電平，驅動三極管導通，繼電器線圈得電吸合，常開接點閉合，中間繼電器動作，控制變頻器保護動作，切斷變頻器電動機供電源，電動機停止運行，起到超濕保護電動機作用。
4、JDB-120電動機綜合保護器
原變頻器自身保護器，受環境溫度、濕度和電網電壓停送電沖擊，變頻器驅動模塊等電子元器件容易損壞，會造成變頻器自身失去保護功能。為避免電動機失去短路、過載、過流、缺相、漏電（外殼）、堵轉等保功能。大功率水泵電動機二次保護器加裝了JDB-120電機綜合保護器。它具有保護功能齊全、體積小、壽命長、靈敏可靠性能高等優點。調試JDB-120時啟動電動機運行，根據電動機功率大小，選擇鉗形電流表量程，測得正常帶載運行電流數據，選擇JDB-120電流保護檔位，從低檔逐級升檔開始調試，直至JDB-120保護器動作，電動機停止運行，此時在此檔位基礎上增加1檔做為保護動作值，即可完成調試。
5、加裝電動機外置式風機冷卻控制裝置
由于電動機啟動是變頻器軟起拖動的，電動機一般采用普通三相異步電動機，變頻電動機成本較高，現場實際很少使用變頻電動機。變頻器調速對普通電動機的影響主要有以下幾個方面：
（1）、諧波電流的影響
高次諧波電流將使電動機的損耗增加，電機運行溫度上升，用變頻器給電動機供電與工頻電網供電相比較，電動機運行電流增加10%，溫升將增加20%左右。
（2）、高壓高頻脈沖電壓的影響
定子繞組要承受很高的電壓上升率，對電動機施加陡度很大的沖擊電壓。對匝間絕緣、相間絕緣、對地絕緣構成威脅，加速絕緣材料老化。
（3）、低速運行的影響
低頻運行時電動機的磁飽和、勵磁電流的波形嚴重畸變，普通異步電機，依靠內部的扇葉冷卻。低速運行時，冷卻風量減小，使冷卻狀況變差，電動機溫升增加，電動機內置式冷卻風扇滿足不了降溫的需要。
鑒于上述幾方面影響及地下室環境溫度高等原因，因此加裝了電動機外置式風機冷卻控制裝置，由60W風機強制冷卻對其電動機外殼進行降溫，有效保證了電動機可靠運行。
三、大功率水泵電動機二次保護器的應用效果
自2013年3月自行設計了大功率水泵電動機二次保護裝置并進行現場實際應用至今，無一臺電動機和變頻器損壞，實現了當其中1臺保護器失去短路、過壓、過流、缺相、漏地保護功能后，另1臺保護器可迅速的起到保護作用，保護功能更加齊全和完善，確保了大功率水泵電動機安全、有效、可靠的運行，。
四、經濟效益和經濟價值
大功率水泵電動機二次保護器可擴展到大功率22～110KW電動機等電氣設備中使用，保護靈敏可靠、功能齊全，所需材料JDB系列電機保護器、主控制器、繼電器、接觸器、傳感器、控制箱不足1000元。大大降低維護維修成本和設備材料成本，節省了人力資源成本，節約了設備材料成本約15萬元。
參考文獻：
[1] 張燕賓，變頻器的安裝使用與維護，中國電力出版社，2009年.
[2] 畢小玉，主通風機電動機絕緣狀態監測及故障診斷方法方法研究 《工礦自動化》2013年第9期31-35.
此文由上海碩吉電器有限公司轉載，碩吉電器專業制造變頻器,軟啟動器,電動機保護器,多功能儀表等智能化、節能環保系列產品。電話：13917768445 官方網站：http://www.aani.cn
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