电动机控制与保护.doc

2010-Z01民用建筑电气设计技术措施讲座电动机控制与保护中建国际（深圳）设计顾问有限公司李炳华北京土木建筑学会电气设计委员会北京电气设计情报网2010.4.15目 录一、一般规定 ……………………………………………………………………2二、电动机的启动 ………………………………………………………………3三、低压电动机的保护 …………………………………………………………7四、低压交流电动机的主回路 …………………………………………………13五、低压交流电动机的控制回路 ………………………………………………28六、低压交流电动机的节能要求 ………………………………………………31七、其它 …………………………………………………………………………349.2 电动机控制与保护一、一般规定电动机有多种类型，根据有关资料介绍，电动机可以按下列原则进行分类1 按工作电源类型分类：电动机可分为直流电动机和交流电动机其中交流电动机还分为单相电动机和三相电动机2 按结构及工作原理分类：电动机可分为异步电动机和同步电动机同步电动机还可分为永磁同步电动机、磁阻同步电动机和磁滞同步电动机。

异步电动机可分为感应电动机和交流换向器电动机感应电动机又分为三相异步电动机和单相异步电动机交流换向器电动机又分为单相串励电动机、交直流两用电动机和推斥电动机按结构及工作原理，直流电动机可分为无刷直流电动机和有刷直流电动机有刷直流电动机可分为永磁直流电动机和电磁直流电动机电磁直流电动机又分为串励直流电动机、并励直流电动机、他励直流电动机和复励直流电动机永磁直流电动机又分为稀土永磁直流电动机、铁氧体永磁直流电动机和铝镍钴永磁直流电动机3 按转子的结构分类：电动机按转子的结构可分为笼型感应电动机（旧标准称为鼠笼型异步电动机）和绕线转子感应电动机（旧标准称为绕线型异步电动机）4 按运转速度分类：电动机按运转速度可分为高速电动机、低速电动机、恒速电动机、调速电动机低速电动机又分为齿轮减速电动机、电磁减速电动机、力矩电动机等调速电动机除可分为有级恒速电动机、无级恒速电动机、有级变速电动机和无极变速电动机外，还可分为电磁调速电动机、直流调速电动机、PWM变频调速电动机和开关磁阻调速电动机5 按启动与运行方式分类：电动机可分为电容启动式电动机、电容启动运转式电动机和分相式电动机6 按用途分类：电动机可分为驱动用电动机和控制用电动机。

驱动用电动机又分为电动工具（包括钻孔、抛光、磨光、开槽、切割、扩孔等工具）用电动机、家电（包括洗衣机、电风扇、电冰箱、空调器、录音机、录像机、影碟机、吸尘器、照相机、电吹风、电动剃须刀等）用电动机及其它通用小型机械设备（包括各种小型机床、小型机械、医疗器械、电子仪器等）用电动机控制用电动机又分为步进电动机和伺服电动机等7 按使用环境分类：电动机可分为普通电动机和特种电动机，例如用于有爆炸危险场所的防爆电动机，用于水下的防水电动机这么多电动机在规范中没有全部涵盖，9.2-1说明了其适用范围，即适用于一般用途的旋转电动机，不适用于控制电动机、直线电动机及其它用途的特殊电动机，3～10kV异步电动机和同步电动机也超出本规范的要求规范对电动机的功率和额定电压也做出要求下表列出相关规范、标准电动机适用功率下限值和额定电压上限值相关规范、标准中电动机适用功率下限值和额定电压上限值 表9.2-1规范、标准额定功率下限值（kW）额定电压上限值（V）名称编号通用用电设备配电设计规范GB 50055－930.551000,10000民用建筑电气设计规范JGJ/T 16-92-500全国民用建筑设计技术措施（电气）2003年版0.551000美国国家标准NEC 19980.75-中小型三相异步电动机能效限定值及节能评价值GB 18613-20020.55660 从表中可以看出，电动机适用功率最小值定为0.55kW、额定电压上限值定为1000V，有利于我国相关规范、标准之间相互配合、相互衔接，并与国际标准接轨，同时，也考虑了我国现行电动机实际情况。

二、电动机的启动1 电动机启动综述 电动机由静止到转动起来的过程，叫启动过程电动机启动方式有很多种，在电动机启动过程中，有两点必须满足：一是电动机的端子电压不能太低，如果其端子电压太低，电动机就不能提供足够的转矩，不能保证它所拖动的机械正常工作；第二，电动机启动时，不能影响同一配电系统中其它用电设备的正常工作为此，规范对交流电动机启动时，其配电母线上的电压做出如下规定：电动机启动时母线上电压的要求 表9.2-2电动机启动类型配电母线上的电压 / 额定电压 的最小值频繁启动90％不频繁启动85％当电动机不与照明或其它对电压波动敏感的负荷合用变压器，且不频繁启动时80％当电动机由单独的变压器供电时其允许值应按机械要求的启动转矩确定电动机频繁启动是指每小时启动数十次以上当电动机由单独的变压器供电时，形成了电动机——变压器组，这种供电形式在工业中经常使用YX2系列高效电动机-0.55-Y系列电动机-0.55- (a) (b) （c）图9.2-1 电动机直接启动一次线路中也时有应用。

例如，北京奥林匹克公园内集中冷站，一台冷冻机组为840kW，采用一台1250kVA专用变压器带一台冷冻机组，启动时电动机可以满足机组的启动转矩有关资料介绍，电动机——变压器组接线形式，当电动机的容量不超过变压器容量的80％时，电动机可顺利启动但本规范考虑电动机所拖动的机械的差异，没有做出具体数值上的要求2 笼型电动机的全压启动全压启动也叫直接启动，就是将额定电压直接加到电动机定子绕组上对电动机来说，全压启动设备简单，操作方便，是最可靠、最简单的启动方式；对用户来说，全压启动又最经济只要电动机启动过程中能满足本规范9.2.2条1和2款的要求，应采用全压启动图9.2-1为笼型电动机直接启动一次线路图，元器件很少，连接点也少，接线非常简单图(a)为断路器＋接触器＋热继电器结构，断路器为电磁脱扣器；图(b)为断路器＋接触器，这时断路器应配电子脱扣器，电子脱扣器具有过载保护功能；图（c）为CPS构成的电动机全压电路，按照IEC60947—6—2（1997）、GB14048.9—1998的规定，CPS为控制与保护开关电器，也就是说，将电动机的保护电器、控制电器、隔离电器等组合到一起的低压电器图9.2-2 三相异步电动机n=f(T)曲线笼型电动机全压启动的第一个特点是启动电流大、启动时间短。

电动机启动瞬间，同步转速n0=60f/P =0，转差率s=(n0-n)/n0=1，电动机的转速n=(1-s)60f/P＝0转子绕组感应电动势和电流都很大，转子电流也随之增大一般笼型电动机的启动电流约为额定电流5～7倍，启动时间较短，约1～3s，这么短的时间内电流便很快减小达到额定电流值，不足以使电动机发热因此，对电动机本身影响不大要注意！某些工业上用的电动机属于重载负荷，启动时间长，极少数负荷启动时间可达30s，电动机的启动对其本身会有些不良的影响笼型电动机全压启动的第二个特点是启动转矩（Tst）小同样，刚启动时，n0=60f/P =0，s=(n0-n)/n0=1，电动机的转速n=(1-s)60f/P＝0转子绕组感应电动势和电流都很大，转子电流很大，但功率因数cosφ2较小，因而启动转矩Tst并不大通常笼型电动机启动转矩约为额定转矩1.1～2.0倍，起重、冶金用的电动机启动转矩可达2.5～3倍额定转矩启动转矩太小，不利于带负载启动，或者延长电动机启动的时间 3 笼型电动机的降压启动规范规定，“当不符合全压启动条件时，笼型电动机应降压启动降压启动的目的是减小启动时的启动电流，通常采用降低定子绕组电压来达到这一目的。

启动后，先降低定子电压，待电动机转速接近额定值时再换接到额定电压常用的降压启动方法有利用自耦变压器降压、采用Y—△降压启动、软启动方式等笼型电动机降压启动的比较 表9.2-3启动方式接线启动电流启动转矩备注全压启动额定电压直接加到电动机定子绕组上IstTstY—△降压启动启动时定子绕组接成星形，每相绕组为转速接近额定值时，再改接成三角形0.33Ist0.33Tst①当Y—△转换瞬间，转矩突然增大，对机械设备有冲击②启动转矩小，不利于启动③适用于空载或轻载启动自耦变压器降压通过自耦变压器调节定子绕组电压，启动时，定子绕组电压小于额定电压k.U1，转速接近额定值时将定子绕组电压调到额定值k2.Istk2.Tst启动电流小，启动转矩较大不能频繁启动延边三角形抽头比例为1:1，启动时定子绕组电压为0.71U10.5Ist0.5Tst启动电流小，启动转矩较大可以较频繁启动软启动将软启动装置接在电源与电动机之间，利用改变晶闸管的导通角达到调节定子电压的目的启动时定子绕组上的电压为（0～1）U1，达到额定转速时，定子电压为U1可调，且小于Ist可调，且小于Tst软启动装置价格高，易产生高次谐波，污染电网、增加能耗对于软启动装置，它只是一个启动设备，在电动机启动时使用，当完成启动过程后，软启动装置应退出。

软启动装置主要解决两个重要问题，一是解决启动电流大的问题，另一是减少启动时对电网中其它负荷的影响可以看出，软启动装置可以理解为是一个调压器，它可以对定子绕组电压进行无级调压4 笼型电动机启动与调速当机械有调速要求时，笼型电动机的启动方式应与调速方式相配合电动机的转速用9.2-1和9.2-2表述：n=(1-s)60f/P (9.2-1)s=(n0-n)/n0 (9.2-2)式中，s――转差率； n0——同步转速，也是旋转磁场的转速，单位：转/分； n——异步电动机的转速，单位：转/分； P——磁极对数； f——电源频率，单位Hz，我国为50Hz由此可得，笼型电动机的调速方式有以下几大类：第一，改变电动机绕组磁极对数，达到调速的目的表9.2-4为不同磁极对数的电动机同步转速值，异步电动机的额定转速接近同步转速民用建筑中排烟/排风双速风机就是通过改变电动机绕组的磁极对数来进行调速的，正常情况下，风机为低速，用于排风；火灾时，风机为高速，用于排烟。

电动机的同步转速与磁极对数 表9.2-4磁极对数（对）1234同步频率n0（转/分）300015001000750第二种调速方式为改变电源的频率，频率f越低，转速也越低目前常用的变频调速装置就是通过改变频率实现电动机调速的第三，改变转差率实现电。