电动机的过载及其保护

一、电动机的过载及其保护

电动机的过载除上述原因外，还有：a.电动机周围环境温度过高，散热条件差；b.电动机在大的起动电流下缓慢起动；c.电动机长期低速运行；d.电动机频繁起动、制动、正反转运行及经常反接制动。

电动机的过载由于电流增大，发热剧增，从而使其绝缘物受到损害，缩短了其使用寿命甚至被烧毁。

从电动机的结构来看，鼠笼型电机的定子铁心置放绕组的槽内必须有良好的绝缘物，绕组(铜线)表面有绝缘漆层，绕线式电动机转子绕组与定子绕组一样，绕组与铁心槽衬以绝缘物，三个端线所接的铜滑环，环间，环与转轴之间也是彼此绝缘的。为了保证电动机的相间、带电体与外壳的绝缘，通常是使用各种耐热等级的绝缘材料的。各种绝缘都有一定的耐受工作温度的指标。IEC85规定A级(105℃)、E级(120℃)、B级(130℃)、F级(155℃)……。八十年代，IEC216提出了一个新的耐热标准，称为温度指数TI(Temperature Index)以此代替IEC85。TI是按阿尼罗乌丝(Arrhenins)公式t=10a ＋b/T计算的。式中：t—寿命[小时(h)]

T—绝缘材料使用的温度(℃) a、b—与材料有关的常数

例如：某电动机使用的绝缘材料a=－2，b=1034，使用温度T=164℃

得t=10－2＋(1034/642)=104.30=2000h

它表示此绝缘物使用于164℃时，其使用寿命为20000小时。

如果把使用温度提高8℃，则T=164＋8=172℃

t=10－2＋(1034/172)=104=10000h

它说明很早以来，电工技术工作者提出的绝缘材料的使用温度每增加8℃，其使用寿命就减半是有理论和实践依据的。

电动机的过载保护安秒(I－t)曲线(反时限)

1.电动机的过载特性

2.保护电器的保护特性

3.电动机的起动电流特性

保护器的I－t曲线在电动机过载特性之内，但两曲线间距不必拉得过大，以便做到既不使电动机因为过载造成温升增大影响寿命，又充分利用电动机本身的最大耐受过载能力。根据生产和科学实践，对电动机的保护特性已由IEC947—4《低压开关设备和控制设备。低压机电式接角器和电动机起动器》作出了新的规定(我国的GB14048.4等效于IEC标准)，对无温度补尝的保护电器：

1.0In>2h不动作

1.2In≤2h动作

7.2In：2s

在八十年代，我国曾有科技人员对绕组采用B级绝缘(允许工作温度为130℃)的电动机，进行了实测(即不动作和动作的时间极限，此极限表明不会引起绝缘水平下降的电流与时间的最大值)：

以上实测值是在几台电动机上测试的，不够全面，但它表明，这个标准还是比较实际的(6In是老标准)旧标准把6In作为可返回特性的电流，它相当于电动机的起动电流，经可返回时间(在通以6In时的延时时间，后将电流返回1倍In或0.9In，此段时间内保护电器不允许动作，这种可返回特性的规定是为了躲过电动机的起动，它的可返回时间应大于电动机的起动时间，旧标准的可返回时间分1s、3s、8s、13s几种)。鉴于把起动电流定在6倍和可返回时间固定在上述的4种已不能完全反映现实情况(例如Y型

鼠笼型电动机的起动电流倍数就有5、 5.5、6、6.5、 6.8、7的六种)，因此我国的GB14048.4(等效采用IEC947－4)统一规定为7.2倍，并对不同的起动时间规定了延时时间Tp。美国NEMA美国全国电气制造商协会1993年的MG－1标准对电动机的过载和失速保护作了新的规定：“输出功率不超过500HP(马力，相当于368kW—笔者注)，额定电压不超过1kV的多相电动机，在正常工作温度初次起动，耐受1.5倍全额电流的时间应不等于2min”，又规定：“功率输出不超过500HP，额定电压不超过1kV的多相电动机，在正常温度初次起动时，应能耐锁定转子电流的失速时间不少于12s”，从以上标准和对我国绝大多数的电动机的起动时间的统计来看，选1.5In为2min，7.2In为

2s

二、电动机的短路保护

电动机的短路保护(电动机保护电器瞬时动作电流整定值)电动机在短路情况下的

保护，通常选用断路器，有的地方也使用熔断器。一些文献提到，断路器的瞬时动作电流整定值应能躲过电动机的全起动电流。Isct—断路器瞬时动作电流整定值A；k—可靠系数，它考虑了电动机起动电流的误差和断路器瞬动电流的误差，k一般取1.2；

I'st—全起动电流值，也称尖峰电流A。所谓全起动电流，是包括周期分量和非周期分量两部分。非周期分量的衰减时间约为30ms左右，而一般的非选择性断路器的全分断时间在20ms之内，因此必须把非周期分量考虑进去。I’st为1.7～2倍的电动机起动电流I’st。在诸多文献中，如《建筑电气设计手册》规定Isct≥(1.7～2)Ist，而《工业与民用配电设计手册》规定Isct=1.7Ist，有的手册则规定Icst为2～2.5倍的电动机起动电流。低压电器标准，如JB1284《低压断路器》的编制说明中认为，根据实验和统计，保护鼠笼型电动机的断路器，其瞬动电流是整定在8～15倍电动机的额定电流的，而绕线式电动机应整定在3～6倍电动机额定电流。8～15倍鼠笼型电动机额定电流是一个范围，具体的数值还需要考虑电动机的型号、容量、起动条件等等因素。以下，我们分析一下，鼠笼型电动机起动时的全起动电流(类峰电流)。

1.起动电流的低功率因数，过渡过程的非周期分量的存在。在这种情况下，周期分量的幅值尽管稳定，但受非周期分量的影响，故有尖峰电流流过(功率因数低，表示电感L大，时间常数T=L/R大，非周期分量Imsin(Ψ— )e－t/T值大，非周期分量的衰减慢)。当起动电流的COS =0.3时，尖峰电流为起动电流(有效值)的2倍左右；

2.残余电压的影响而产生的瞬间再合闸的尖峰电流。电动机切断电源后再接通时，当切断电源而电动机尚未停下，就带有残余电压。这种残余电压不仅是由于有剩磁而产生，而且还由于次级线圈(转子)有残余电流而形成，所存在的残余电压与再合闸时的电源电压在某一相位时的叠加，就会产生尖峰电流。其大小与电动机完全停止后再起动相比，要大(残余电压＋电源电压)比电源电压倍，这种尖峰电流虽然仅出现1－2周波，