電動機保護裝置的應用


電動機在工業控制領域具有舉足輕重的地位，堵轉、重負載等故障會對電動機造成不可逆轉的損害。而傳統的熱繼電器保護由于反應速度較慢，不適用于對頻繁起動、工作時間較短的電動機進行保護。隨著微機繼電保護的應用，其快速準確的計算性能、強大的存儲及網絡功能，為電動機保護提供許多常規繼電保護無法完成的功能。
關鍵詞：電動機；保護裝置；應用

1引言
現在國內的電動機微機保護裝置一般都采用高性能16位單片機作控制器，計算速度快，保護功能齊全，動作可靠；所有定值均可通過面盤整定，中文液晶顯示，界面簡潔友好；具有多種電動機啟動控制方式，可以實現電動機就地/遠方的啟停控制。配有RS-485或CAN通訊接口，所有保護動作信息、測量信息等均可通過RS-485通訊網或CAN網上傳到后臺計算機監控系統；綜合管理單元還可以選配4-20mA直流輸出、漏電流保護以及電動機溫度測量等功能，為電動機提供更完善的測量手段和保護功能，并為增安型電動機提供可靠的tE時間保護。
2電動機微機保護裝置的功能
2.1電動機的控制功能
國內的微機綜合保護裝置品牌很多，大多數用戶可以通過面板上的“就地/遠方”選擇開關選擇對電動機的控制方式。在“就地”控制方式下，通過面板上的“啟動Ⅰ”、“啟動Ⅱ”和“停止”按鍵對電動機進行啟停控制（必須在裝置的主循環顯示界面下進行操作）。在“遠方”控制方式下，面板“啟動Ⅰ”、“啟動Ⅱ”和“停止”按鍵操作無效，此時，可以選擇綜合管理單元菜單中的“遠方控制方式”，分別通過DCS端子輸入或通訊對電動機進行控制。綜合管理單元若有保護動作或相關的保護動作信號未復歸，大多品牌的微機保護裝置會禁止所有的控制功能。

2.1.1直接啟動
控制交流接觸器將交流電直接送入電動機進行啟動。
2.1.2雙向啟動
通過兩個交流接觸器改變電動機交流電輸入的相序，從而改變電動機的正轉和反轉啟動。
2.1.3雙速啟動
采用兩個交流接觸器控制，通過改變繞組的接法來改變電動機的較數，以實現雙速電動機高速和低速啟動。
2.1.4降壓啟動
（1）電阻降壓啟動
（2）星-三角啟動
（3）自耦變壓器啟動
（4）支持與軟啟動器配合啟動電動機
（5）支持與變頻器配合實現電動機多段速度控制
2.1.5上電自動重啟動控制
（1）上電自啟動模式設定為恢復，當電源從掉電到有電時，若掉電前電動機處于運行狀態，并且掉電時間沒**過3秒（可根據用戶需求設計，標準為3秒，較大可為10秒），則重新啟動電動機，若掉電前電動機處于停車狀態，則綜合管理單元通電后不啟動電動機。
（2）上電自啟動模式設定為啟動，當電源從掉電到有電時，不管綜合管理單元掉電前電動機處于什么狀態，都啟動電動機。上電自動重啟動控制功能的應用場合較為嚴格，一般將該功能退出。當“就地/遠方”選擇開關在“就地”位置時，上電自啟動控制功能將被禁止。在綜合管理單元失電后，如果用戶需要綜合管理單元重新上電時不自動重啟動電動機，可以將“就地/遠方”撥到“就地”位置后再上電，此時綜合管理單元放棄自動重啟動。

2.1.6欠電壓/失壓重啟動控制
電動機因欠電壓保護停車或失壓停車后，如果電壓重新恢復正常，綜合管理單元將根據情況重新啟動電動機，這個功能也不建議大面積應用，如果有需要的話應該慎重使用。
2.2保護功能
2.2.1速斷保護
A、B、C相保護電流中任何一相的幅值大于整定值并達到整定延時保護動作；電動機啟動時間內與啟動時間后的速斷定值可分別整定。
2.2.2啟動**時保護
電動機在允許的啟動時間內若未完成啟動，則保護動作。
2.2.3堵轉保護
堵轉保護在電動機的啟動過程中自動閉鎖，啟動完成時自動投入，當實際電流**過堵轉整定電流并達到整定延時時，則保護動作。
2.2.4過電流保護
過電流保護在電動機的啟動過程中自動閉鎖，啟動完成時自動投入，當實際電流達到過電流整定值并達到整定延時時，則保護動作。
2.2.5tE保護
tE保護在電動機的啟動過程中自動閉鎖，啟動完成時自動投入。tE保護是針對增安型電動機設計的，符合《國家防爆電氣標準》GB3836.3-2000中有關增安型電動機保護的規定。在電動機的啟動過程中自動閉鎖，啟動完成時自動投入。電動機交流繞組到達額定運行穩定溫度后，從開始通過堵轉電流IA時計到上升到極限溫度所需的時間為tE，為防止電動機到達極限溫度，綜合管理單元應在tE時間內切斷電動機電源。電動機tE時間較小值與堵轉電流比IA/IN

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變頻器啟動時對電機沖擊小而且各種保護功能完善，能夠延長電機的使用壽命。將西門子 MM420 變頻器應用于定位控制系統能夠減少電氣元器件，變頻器調試簡單從而減少控制系統的設計時間，提高控制系統的控制精度，增強控制系統的可靠性，達到滿意的控制效果。通過西門子 MM420 變頻器來驅動電機，增強了對電機的保護，使控制系統的可靠性和精度都有較大提高。
1．MM420 變頻器

1.1 簡要介紹
MM420 變頻器是西門子公司的一款適用于各種交流調速應用場合的高性能變頻器，用于控制三相交流電機的轉速和轉矩。它由微處理器控制，采用IGBT 作為功率輸出器件，對電機具有過載、過流、欠壓、缺相等完備的保護功能。它還提供操作面板，具有良好的人機界面，使其配置靈活、控制方便、維護簡單。
1.2 控制方式
MM420 變頻器都是基于 V/ F 控制特性。異步電機的轉矩是電機的磁通與轉子內流過的電流之間相互作用產生的，在額定頻率下如果電壓一定而只降低頻率，那么磁通將增大，嚴重時會燒毀電機，因此頻率與電壓要成比例地改變，使電機的磁通保持定值。

1.3 命令源配置
對于定位控制系統而言，交流電機有高速順轉、高速逆轉、低速順轉和低速逆轉 4 種轉動狀態。精確定位時電機低速運轉，長距離運行或者準備接近目標值時電機高速運轉。MM420 變頻器提供模擬、數字、串口等6 種命令源，根據控制系統的工作特點選擇數字輸入，可以簡化硬件電路。數字輸入配置的電路如圖 1 所示。DIN1 設置為高速順轉，變頻器輸出頻率 +80 Hz；DIN2 設置為高速逆轉，變頻器輸出頻率 -80 Hz；DIN3 設置為低速順轉，變頻器輸出頻率 +5 Hz；DIN4設置為低速逆轉，變頻器輸出頻率 -5 Hz。

380V電源

圖2 堆垛機控制系統驅動鏈路原理框圖
2．控制系統驅動鏈組成
定位控制系統驅動鏈路原理框圖如圖 2 所示。計算機 I/O 電路輸出高低電平到變頻器的數字輸入端，變頻器根據輸入指令輸出相應的頻率驅動交流電機轉動。電機通過機械裝置帶動設備運行。
3．變頻器參數設置
MM420 變頻器具有上千個參數，要達到理想的控制效果有些關鍵參數設定很重要。在控制系統實際使用時需要設置的參數有：
3.1 參數項 0003 設為 3，將用戶訪問等級設為專家級，可以訪問所有的參數。
3.2 參數項 0701 和 0702 設為 16，將數字輸入 1 和數字輸入 2的功能設為電機高速轉動的固定頻率值；參數項0703 設為 10，參數項0704 設為 11 數字輸入 3 和數字輸入 4 的功能設為電機低速轉動的頻率值。根據電機銘牌設定參數項 0100（額定頻率），參數項0304（額定電壓），參數項 0305（額定電流）的值。
3.3 參數項 1000 設為 30，將頻率設定值的信號源設定為固定頻率值；參數項1001 設為 +80，設定數字輸入 1 的頻率為 +80（即正向高速），參數項 1002 設為 -80，設定數字輸入 2 的頻率為 -80（即反向高速），參數項1058 設為+5，設定數字輸入 3 的頻率為+5（即正向低速），參數項 1059 設為-5，設定數字輸入 4 的頻率為-5（即反向低速）。
3.4 參數項 1060 設為 1.0，低速啟動的斜坡上升時間設為 1.0s；參數項1061 設為 1.0，低速停止的斜坡下降時間設為 1.0 s；參數項1120 設為 4.0，高速啟動的斜坡上升時間設為 4.0 s；參數項 1121設為4.0，高速停止的斜坡下降時間設為 4.0 s。上升時間和下降時間要根據電機的大小做出調整，時間過長系統響應慢，時間過短則可能引起變頻器過載保護。
3.5 參數項 0731 設為 52.7，變頻器數字輸出 1 的功能設為變頻器告警，即變頻器出現告警信息時數字輸出端子 1 閉合。
4．MM420 變頻器使用注意事項


4.1 工作環境
MM420 變頻器運行時較大允許的環境溫度是 50 ℃，使用壽命隨著溫度升高成指數下降趨勢，因此在變頻器的安裝布置時要考慮散熱問題。變頻器較好直立安裝且變頻器之間要留出散熱的空間。
4.2 電磁干擾
變頻器在運行時由于要進行大功率整流、大功率晶體管逆變，會在輸入輸出回路產生電流高次諧波，這些電磁波會對附件的電子元器件產生一定的干擾，如果處理不好干擾問題，控制系統就不能可靠的工作。根據工程中積累的經驗，需要采取的措施有：
4.2.1 機箱內的變頻器和其他元器件要可靠接地，接地線要盡可能短。
4.2.2 控制信號要使用屏蔽電纜，屏蔽層接地。信號電纜和交流電源線盡量遠離并且盡量避免平行走線。
4.2.3 變頻器到電機的電纜要屏蔽接地而且要盡量短。
5．結語
在自動化物流倉儲系統中，堆垛機是較主要的設備之一，運行定位系統是堆垛機自動控制系統的關鍵地方，只有通過控制系統的精確控制，使設備及時、快速、高效率的到達目標所在的位置，定位的準確和精度才能**存取貨物托盤的可靠，安全，**系統的正常運行，防止出現不可預測的危險。通常的堆垛機控制系統是采用的開環V/F控制系統，該系統采用由交流異步電機通過帶有高精度的認址激光反饋，速度采用西門子變頻器的系統控制，快速高效率響應，達到準確運行定位。隨著自動化技術的進步，變頻器越來越多地應用在交流電機驅動領域，尤其是西門子變頻器性能穩定、功能豐富、配置靈活，在工程中得到廣泛應用。

西門子工程師常用網絡
作為西門子的技術支持工程師，我們和普通客戶相比，較大的優勢有三點：

1、大量工程師在一起工作，有問題能相互討論，經驗共享

2、有渠道能接觸更多西門子“內部”人士，比如產品經理和研發工程師

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前兩類優勢，我們不能直接共享給大家。在這里，咱們說說西門子工程師日常工作時都在使用哪些開放。



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這里有一個問題，既然ProdIS已經有海量官方文檔了，為什么還要本地的下載中心呢？理由如下：

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誠邀您蒞臨2019年中國**工業博覽會西門子展位
*19屆中國**工業博覽會將于2019年11月7-11日在國家會展中心舉行，展會共設8大專業展，面積達26萬平方米，**過2100家企業參展，預計逾12萬中外專業觀眾參觀。在本屆展會上，西門子將以“探索數字化企業價值”為主題，亮相6.1號館B155展位，占地面積405平米。
在西門子的展位，觀眾可以體驗到這家電氣化、自動化和數字化領域的**者，如何**整個行業的數字化變革。西門子將重點展示更為全面的“數字化企業”業務組合，產線和設備如何通過“數字化雙胞胎”或借助基于云的開放式物聯網操作系統MindSphere來連接虛擬與現實生產世界，以及西門子在幫助中國不同規模的企業從數字化轉型中獲益所取得的成就。
除了豐富的展示內容之外，展會現場還將舉辦多場活動，包括新產品發布、媒體活動、專題講座、客戶參觀等。在此，我們衷心期盼您的到來，借此機會與西門子及業界進行深入交流與探討。

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