信阳电动机保护器厂
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产品描述

低压马达控制与保护器
  一.概述
  低压马达控制与保护器主要是指,采用模拟电路或数字电路方式实现的控制与保护器。用于主回路为交流50Hz或60Hz、电压至1 000V的电路中的三相异步电动机。
  低压马达控制与保护器与交流电动机回路中的接触器配合使用,必须具备对电动机的过载、断相保护的功能。
  低压马达控制与保护器可具备对电动机的欠载、堵转、阻塞、三相电流不平衡、温度过高、剩余电流、相序、过电压、欠电压、欠功率、起动超时等故障进行保护的功能。
  低压马达控制与保护器可具备对电动机进行直接起动、可逆(双向)控制、各种减压起动和双速控制的控制功能。
  低压马达控制与保护器可具备欠压(失压)后电动机重起动(或自起动)的控制功能。
  低压马达控制与保护器还可直接或通过适用的通信适配器进行通信,完成各种数据的传输及远程监控。
  下面以安科瑞电气股份有限公司ARD系列产品为例,介绍低压马达控制与保护器。
  全中文液晶显示,可测量三相电流、三相电压、剩余电流、功率、频率等;带有RS485通讯接口、MODBUS协议;带有过载、断相、不平衡、堵转、阻塞、欠载、过压、欠压、欠功率等保护功能;可以实现直接起动、星三角起动、自耦降压起动、双向起动、双速起动、与变频器配合使用、与软起动器配合使用控制功能等。
  二.适用环境
  工作温度:-10oC~55oC
  存储温度:-25oC~70oC
  相对湿度:≤95%不结露
  海拔高度:≤2000m
  三.电磁兼容
  静电抗干扰实验 Ⅲ级(IEC61000-4-2)
  辐射抗干扰试验 Ⅲ级(IEC61000-4-3)
  电快速瞬变脉冲群干扰试验 Ⅳ级(IEC61000-4-4)
  浪涌抗干扰试验 Ⅳ级(IEC61000-4-5)
  射频传导干扰试验 Ⅲ级(IEC61000-4-6)
  电磁场抗干扰试验 Ⅲ级(IEC61000-4-8)
  四.功能
  测量功能:电流参数、电压、功率、相序、剩余电流(接地/漏电流)。
  保护功能:过载、堵转、阻塞、欠载、断相、不平衡、剩余电流(接地/漏电)、温度、外部故障、相序、过压、欠压、欠功率、tE时间等全面的电动机综合保护功能。
  DI输入、DO输出,满足直接起动,星—三角起动,自耦变压器起动,软起动等多种起动方式,通过通讯总线可实现远程主站对电动机进行实时遥控“起/停”操作。
  抗晃电确保电动机运行不间断,重起动功能在短时欠压、失压时用于电动机分批重起。
  具有标准的RS-485通讯接口,采用Modbus- RTU通讯协议,保证了上位机通讯的快速可靠。
  具有DC4-20mA模拟量输出接口,直接与DCS系统相接,可实现对现场设备的监控。
  具有系统时钟和8次故障记录功能,系统时钟记录当前时间(年、月、日、时、分、秒);故障记录功能记录电动机发生故障的时间,总的运行时间,故障原因,发生故障时电动机的各种参数值(如三相电流、三相电压、剩余电流、功率因数、热容比、电机状态等)。
  可以替代各种电量表、信号灯、热继电器、电量变送器等常规元件,减少了柜内电缆连接及现场施工量,可靠性和综合性价比远高于传统方案。
  五.应用领域
  适用于煤矿、石化、冶炼、电力、船舶、以及民用建筑等领域。
  六.工作电源
  工作范围 AC85-270V
  频率 50±5Hz,60±5Hz
  功耗 <5W
  七.工频耐压
  2kV/1min交流有效值
  八.订货范例
  型号:ARD3-100A/CUM-90L
  型号说明:
  辅助电源:AC220V
  电机额定电流:25A~100A
  电机起动方式:直接起动(全压起动)
  保护功能:过载、断相、接地、堵转、阻塞、欠载、不平衡、起动超时、过压、欠压、欠功率、相序
  测量功能:三相电压、三相电流、电流不平衡度、接地电流、功率、频率
  附加功能:通讯、电压、变送输出
  显示:分体显示,中文液晶操作界面
  型 号:ARD2F-25/QTJCSR+90FL
  辅助电源:AC220V
  电机额定电流:6.3A~25A
  应用场合:三相电机
  测量参数:三相电流、PTC电阻值
  附加功能:起动控制、温度保护、报警输出、RS485通讯、8个SOE事件记录
  显示方式:90FL(中文液晶显示)
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ARD智能型电动机保护器与热继电器相比有哪些优势
  1、 智能型电动机保护器与热继电器相比有什么好处?
  相同点:
  功能:两者都有过载保护、堵转保护、缺相保护。
  不同点:
  1)保护的全面性:
  热继电器:除以上功能外没有其他保护。
  智能型电动机保护器:过流保护(堵转保护)、三相电流不平衡、接地/漏电保护、启动超时保护、欠载、欠压、过压保护、欠功率保护、温度保护、外部故障保护、相序保护、抗晃电、失压重启功能。
  2)过载保护的区别:
  热继电器:只能做成跳闸功能,不能实现报警。
  智能型电动机保护器:既可做成跳闸功能,也可以做成报警。
  3)大电流承受能力:
  热继电器:本身是双金属片,所以需要承受大电流的负载能力。
  智能型电动机保护器:本身是互感器,所以不需要承受大电流的负载能力。
  4)触点的独立性:
  热继电器:很难进行独立触点的输出。
  智能型电动机保护器:可以进行独立触点的输出。
  5)其他功能的对比:
  智能型电动机保护器具有热继电器所不具备的控制功能、测量功能(三相电流、电压、功率、功率因数、电能、频率、热容量、电流不平衡率、漏电流值等)、故障记录功能(当前运行时间、当前停车时间、累计运行时间、启动电流、启动时间、操作次数、输入输出状态、8次故障记录、运行状态指示)、4-20mA输出功能、通讯功能、状态量检测功能。
  2、 ARD智能型电动机保护器的实现原理
  三相电流采样原理:
  电动机主回路三相电流经三个互感器感应出二次电流,经过三个采样电阻把电流信号转成电压信号,经运放跟随AD采样电路转换成数字信号进入微处理器,微处理器把数字信号用微积分算法得到三相电流的有效值,用于显示与保护判断,超过设定值,微处理器发出电平信号驱动继电器动作。其余的模拟量输入(如电压、零序电流、AI模拟量输入)原理与其相同。
  开关量输入工作原理:
  微处理器随时检测开关量的输入状态,通过微处理器的IO口检测电平信号,按照设置好的驱动逻辑驱动继电器。
  4-20mA输出功能:
  将4-20mA设置成相应的变送输出,如A相电流。微处理器通过三相互感器检测AD采样运算得到有效值,按以下公式,将结果经DA转换成模拟量输出。
  AO = (Ia/Ie)*16+4 mA其中Ia为当前A相电流,Ie为电动机额定电流。
  3、保护功能举例
  热继电器:
  堵转、过载保护都是通过金属片发热层度,使金属片弯曲来断开主回路交流接触器的线圈,达到保护的目的。
  ARD智能型电动机保护器
  1)过载保护
  通过数学公式模拟电动机的发热特性,通过对电动机发热特性的分析进行过载。我司产品采用的发热计算公式为:Q=KΔI2.t。此公式来源于金属发热模型。
  2)不平衡保护
  举个实例来说明ARD电动机保护器的不平衡保护,当IA=30A,IB=75A,IC=75A,Iav=60A,Ie=100A计算得不平衡率为75%,不平衡率达到保护设定值30%,保护器按照设定值通过内部继电器节点(95.96)断开主回路接触器线圈来实现保护电动机的目的。
  三相不平衡率计算公式为:|I-Iav|/IX,Iav为三相电流平均值,当Iav小于Ie时,分母IX =Ie;当Iav大于Ie时,分母IX =Iav。
  3)阻塞保护(运行过程中)
  阻塞保护适用于电动机运行过程中发生卡死。如保护器测得当前运行电流Imax=300%,电流达到动作设定值250%时,保护器按照设定值通过内部继电器节点(95.96)断开主回路接触器线圈来实现保护电动机的目的,避免电机烧毁。
  4)堵转保护(启动过程中)
  电动机在起动过程中,如保护器测得起动电流为210%,大于设定的堵转保护设定值200%,保护器按照设定值通过内部继电器节点(95.96)断开主回路接触器线圈来实现保护电动机的目的,避免电机烧毁。
  5)起动过程
  上电后,保护继电器(95.96)闭合,按下SS1,KM线圈得电闭合,接触器KM的辅助触点闭合构成自锁回路,电动机开始工作,当按下SF1时,线圈失电释放,电动机停止工作。一旦电动机发生任何故障,保护器断开保护继电器(95.96),保护了电动机。
  4、经济效益
  热继电器要实现电动机保护、控制、监控、测量需要增加如下附件:
  1) 热继保护器。
  2) 监控需要增加I/O模块。
  3) 测量需增加合分闸指示灯、测量电流需增加电流表,现场显示还需增加电流表互感器,DCS系统查看电流需要变送器。
  4) 要监控电源是否消失需增加电压继电器。
  5) 电动机故障传输到DCS系统需增加中间继电器。
  6) 电动机发生故障后,热继电器不知道何时发生的何种故障。
  7) 热继电器参数设定后灵敏度不高。
  ARD电动机保护器完全可不增加其它设备的情况下完成以上功能。
  5、 热继电器与电动机智能保护器实现电动机保护的材料及价格对比
  热继电器组成电动机回路:
  塑壳开关、交流接触器、电流表(外加互感器)、起动指示灯、停车指示灯、故障指示灯、热继电器、变送器、零序互感器(带接地保护)、电动机。
  注:电压测量还需要增加电压表和电压互感器,现场传到DCS系统还需要很多硬接线。
  价格:塑壳开关(T4N250)+交流接触器(A9-30-10)+电流表(外加互感器)+指示灯(CP1-10R-10)+热继电器(TA110DU90)+变送器+带接地保护(LNG35 5A)
  1506+99+100+14.8*3+581+400+646=3376.4
  电动机保护器组成电动机回路:
  塑壳开关、交流接触器、电动机保护器(包括电流测量显示、电压测量显示、功率测量、起动停车指示灯、变送器、接地保护、抗晃电功能)、电动机。
  注:电压测量不需要增加互感器、要上传所有状态量、模块量、故障原因、故障时间、累计停车时间只要增加通讯功能就可以。
  价格:塑壳开关+交流接触器+智能电动机保护器(ARD2F-100/U+90FL)
  1506+99+1280=2885
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低压智能电动机保护器的可靠性设计
  摘 要:针对低压智能电动机保护器在实际使用中遇到的各种电磁兼容问题,根据微处理器系统的特点从硬件和软件两个方面,提出了抗干扰方法,获得了良好的EMC性能。
  关键词:微处理器;EMC电磁兼容性;软件;硬件;抗干扰
  1、引言
  电动机作为一种拖动机械因具有结构简单、价格低廉、使用维护方便等优点,在国民经济各个方面被广泛采用。在当代,随着电子技术的发展和智能电动机保护器技术的成熟而普及率越来越高。
  智能电动机保护器采用了微处理器技术,不仅解决了传统的热继整定粗糙、不能实现断相保护,重复性差、测量参数误差大的缺点。保护器通过电流来判断断相故障,软件模拟热积累过程的方法来实现过载保护等方法保证了电机的可靠运行,而微处理器强大的扩展性包括开关量输入、继电器输出,4~20mA变送输出、RS485通讯等很好的满足了控制系统的“四遥”功能。
  电动机保护器提高了电动机运行的可靠性和系统智能化要求,因此保护器的可靠运行起着举足轻重的作用,同时也对保护器抗外界干扰提出了比较现实的要求。下面就从硬件和软件两个方面提出可靠性设计。
  2、硬件可靠性设计
  2.1 微处理的选择
  采用Freescale公司的高性能处理器MC9S08AW60。MC9S08AW60是Freescale公司一款基于S08内核的高度节能型处理器,是一款认可用于汽车市场的微控制器。可应用在家电、汽车、工业控制等场合,具有业内的EMC性能。
  2.2 电源端滤波处理
  利用电磁原理进行硬件电路滤波是提高保护器EMC的有效方法。线路如下图,经热敏电阻t、压敏电阻RV1、电感L1、L2、差模电容C1、共模电感L3、共模电容C2、C3组成的两级滤波处理,很好的隔离了由于电源端的输入和输出干扰。PTC热敏电阻器的主要用于过流过热保护,直接串在负载电路中,在线路出现异常状况时,能够自动限制过电流或阻断电流,当故障排除后又恢复原态,俗称“万次保险丝”。根据线路的工作电流来确定选择。压敏电阻主要用于吸收各种操作浪涌及感应雷浪涌过压保护,以防止这类过电压干扰或损坏各种电路元件。根据设计经受的浪涌电压按照允许使用电压和通流容量来选择。其中,L1、L2、C1为抑制差模干扰,L3、C2、C3为抑制共模干扰。L1、L2铁芯应选择不易饱和的材料及M-F特性优良的材料。按照IEC-380安全技术指标推荐,图中元件参数的选择范围为:C1=0.1~2uF;C2、C3=2.2~33uF;L3为几个或几十毫亨,随工作电流不同而取不同的参数值。
  按照下面公式计算C2、C3的容量:
  Ii=2πfCyU
  式中:Ii───允许的交流漏电流
  f───电源频率;
  U───电源供电电压;
  为电源端是否使用滤波器,使用瑞士TRANSIENT 2000电磁兼容测试仪1000V 100KHZ 0.75mS条件EFT群脉冲实验,从TEXtronix TDS1012B捕抓到的信号比较,未使用滤波处理的电源输出端产生了尖峰脉冲,会导致微处理器复位,甚至死机。
  2.3 信号端处理
  谐波和电磁辐射干扰会导致保护器误动作,使电气仪表计量不准确,甚至无常工作。在电动机控制回路中产生该类干扰源为变频器和现场对讲机。解决的方法有:一是信号输入线胶合,胶合的双胶线能降低共模干扰,由于改变了导线电磁感应的磁通方向,使其感应互相抵消。二是内部线路处理。如下图,采用双差分输入的差动放大器,具有很高的共模抑制比。在输入回路中接RC滤波器、信号的输入和输出端使用器件、降低输入输出阻抗、可靠接地和合理的屏蔽等措施。
  2.4 保护输出端处理
  输入输出端采用光电隔离的方法,也是可以消除共模干扰,同时在保护继电器的的输出端并接压敏电阻,有效的提高了继电器的寿命,也降低了由于外部接触器动作对内部的干扰。考虑到客户使用控制电压的不确定性和接触器线圈容量,确认使用MYG14D821。
  2.5 外部存储技术和看门狗保护电路
  使用外置存储芯片X25043,SPI接口。微处理器内置SPI控制模块,方便的与该芯片接口,外部存储技术保证了运行状态和事件的记录。低电压复位和外部看门狗提高了保护器的可靠性。
  2.6 主体与显示单元通过RS485连接
  考虑到使用环境的特殊性和要求的多样性,主体与显示单元之间连接也采用RS485 Modbus-Rtu协议连接,提高了显示与控制的可靠性。
  3、软件可靠性设计
  3.1 实时多任务的调度
  保护器起着保护电动机的重任,对它的要求是既不能误动,也不能拒动,而且必须快速。实时多任务的调度实际是通过时间片的轮换实现宏观上的多任务效果。对于保护器而言,存在着三个重要的任务,等间隔的交流采样,根据算法得到稳态与暂态电量数据;根据得到的数据判断故障,故障计时、清零和脱扣输出;人机交互界面。下图以一个周波T=20mS,32点采样为例(考虑到快速除法),32次采样总时间为3.2mS,数据计算时间为9.72mS, 计时0.36mS,则人机交互的时间为6.72mS。这样的任务调度即满足了保护实时性要求,又较快的响应了参数设置。
  3.2 软件陷阱
  程序是固化在微处理器的存储器中,由编译器统一安排,但设计时,设计人员考虑到产品的扩展性,一般留有余量,也因此总有些存储空间会未被使用。当微处理器的PC指针因为干扰被错置时,系统就会出错。软件陷阱就是在不用的存储空间、中断入口、子程序后加入强制跳转指令,让出错的PC指针恢复正常。
  方法是: NOP NOP JSR MAIN
  4、结束语
  本文针对低压智能电动机保护器在实际使用中遇到的各种电磁兼容问题,根据微处理器系统的特点从硬件和软件两个方面,提出了抗干扰方法,获得了良好的EMC性能。
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电动机保护器
当电动机在过负载情况下,长时间超过其额定电流运行时,会导致电动机过热,绝缘降低而烧毁,保护器根据电动机的发热特性,计算电动机的热容量,模拟电动机发热特性对电动机进行保护。
  断相/不平衡保护
  断相/不平衡故障运行时对电动机的危害很大,当电动机发生断相或三相电流严重不平衡时,如不平衡率达到保护设定值时,保护器按照设定的要求保护,发出停车或报警,确保电动机的安全运行。
  堵转保护
  电动机在起动过程中,由于负荷过大或自身机械原因,造成电动机轴被卡住,而未及时解除故障,将造成电机过热,绝缘降低而烧毁电机,堵转保护适用于电动机起动发生此类故障时进行保护,当电流达到动作设定电流时,保护器及时在动作(延时)设定时间内动作或报警,避免电机烧毁。
  欠载(欠流)保护
  当电动机所带负载为泵式负载时,电动机空载或欠载运转会产生危害,保护器提供欠载保护,三相的平均电流与额定电流的百分比低于欠载设定值时,保护器应在动作(延时)设定时间内动作或报警。
  外部故障保护
  当保护器检测到外部故障出现,外部故障开关量有故障信号输入时,保护器按照设定的要求保护,确保电动机设备安全。
  阻塞保护
  阻塞保护适用于电动机运行过程中发生卡死。当电流达到动作设定电流时,保护器及时在动作(延时)设定时间内动作或报警,避免电机烧毁。
  起动超时保护
  电动机起动时间到后,若保护器检测到电动机回路电流仍未下降到110%Ie以下,启动该保护。针对增安电机,起动时间整定不得超过 1.7倍tE 时间。
  剩余电流保护(接地/漏电)
  保护器同时具备接地保护和漏电保护功能,二者只能选一种。接地保护自动计算剩余电流不需要外接互感器,用于保护相线对电动机金属外壳的短路保护。漏电保护电流是通过增加漏电互感器,检测出30mA-900mA的故障电流,主要用于非直接接地的保护,以保证人身安全。
  相序保护
  当保护器检测到电动机的电压相序错误时,闭锁电动机起动,保护电动机安全。
  欠压保护
  电压过低会引起电动机转速降低,甚至停止运行,当主回路电压低于设定的欠电压保护值时,保护器按设定的要求进行保护,在动作设定时间内动作或在报警,以避免重要的生产工艺造成混乱,严重影响生产。
  过压保护
  电压过高引起电动机绝缘程度损伤,当主回路电压超过设定的保护电压时,保护器按设定的要求进行保护,在动作设定时间内动作或在报警,以保证电动机设备安全。
  欠功率保护
  电动机由于传动装置损坏,失去机械输出能力,欠载运行,电动机功率因数较低,但电动机电流很大,大量消耗系统的无功,当负载功率与额定功率的百分比低于设定动作值时,保护器在动作设定时间内动作或报警。
  温度保护
  保护器通过检测预埋在电动机绕组上的 PTC热敏电阻的阻值变化,来实现温度保护功能。
  温度保护用于低压(380V)小容量的电动机上,作为长时间过负荷、变负荷和反复短时运行过负荷、断相、三相不平衡、电源频率变化、通风不良、环境温度过高等引起的电机温度过高的保护。
  欠/失电重起(抗晃电)
  “晃电”指的是由于雷击、短路或其它原因造成的电网短时电压波动或短时断电现象。当现场电动机因晃电而停机时,如电网电压在允许的时间内恢复正常(回到设定的恢复电压以上),保护器再起动被晃停的电机,如电网电压在允许的时间内没能恢复正常,则保护器将闭锁程序,不再起动电动机。
  Te 时间保护(适用于增安型电动机)
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http://www.ankeruidq.com

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