王海芹

（安科瑞電氣股份有限公司，上海 嘉定 201801）

摘要：根據對某機場(chǎng)的實(shí)際情況的調研調試，找出了機場(chǎng)真空泵電動(dòng)機經(jīng)常發(fā)生損壞，線(xiàn)圈燒壞的原因，通過(guò)采用電動(dòng)機保護器來(lái)對電動(dòng)機進(jìn)行有效保護。本文介紹安科瑞電氣有限公司ARD3T智能型電動(dòng)機保護器，實(shí)現電動(dòng)機智能化綜合保護，集測量、保護、控制以及通訊于一體，供工程設計中參考。

關(guān)鍵詞：智能化、測量、保護、通訊

一、概述：

    電動(dòng)機作為當前應用為廣泛的設備，同時(shí)也是其他機電設備的動(dòng)力源泉，這也就使得電動(dòng)機的正常工作成為了其驅動(dòng)的機電設備正常運行的前提。而電動(dòng)機保護器作為拖動(dòng)系統中的一個(gè)重要組成部分，對電動(dòng)機起著(zhù)的保護、控制作用，實(shí)現對工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程及其大型機械設備的遙信、遙測、遙調、遙控、故障診斷以及集中在線(xiàn)監測等功能^[1,2]。如今，電動(dòng)機保護器的可靠性、安全性在不斷提高，功能也更加完善，在多數用電領(lǐng)域都得到了廣泛應用，在節能和經(jīng)濟事業(yè)中有著(zhù)重要的地位和的作用。

    機場(chǎng)的真空泵電動(dòng)機是機場(chǎng)的一項大型應用設備，進(jìn)一步影響著(zhù)機場(chǎng)的正常運作，因此，真空泵電動(dòng)機的正常運行對于機場(chǎng)來(lái)說(shuō)是至關(guān)重要的。機場(chǎng)屬于人流量大，需要全天連續不斷的運作，因而對真空泵電動(dòng)機使用的可靠性和穩定性提出了*的要求，一旦控制回路發(fā)生故障，馬上找出故障的原因并且及時(shí)排除故障，以保證機場(chǎng)工作的正常運作。

    由于真空泵對其工作環(huán)境的要求很高，真空泵的排氣壓力過(guò)高時(shí)，都將導致電機過(guò)載，如沒(méi)有一定的過(guò)載保護，電機長(cháng)時(shí)間工作在這種條件，很容易損壞。因此，作為其控制回路中的重要組成部分的真空泵電機如果經(jīng)常發(fā)生故障，這也就給正常的生產(chǎn)活動(dòng)帶來(lái)了嚴重的安全隱患。某機場(chǎng)采用ARD3T智能電動(dòng)機保護器采集線(xiàn)路中的三相電流、漏電流、電壓、等參數實(shí)現對電動(dòng)機的實(shí)時(shí)監控和保護、控制，同時(shí)實(shí)時(shí)采集到真空泵電機線(xiàn)圈和電機軸承溫度后，一旦溫度超過(guò)有效范圍則發(fā)出停機信號，來(lái)控制大功率真空泵的啟、停，并發(fā)出報警信號，從而實(shí)現對真空泵電機的保護。在低壓配電系統中使用ARD3T智能型電動(dòng)機控制器，不但有效的降低了電動(dòng)機的故障發(fā)生率，并且用戶(hù)可以通過(guò)顯示模塊實(shí)時(shí)觀(guān)察到電路中電流、電壓、功率等電力參數以及電動(dòng)機的運行狀況，提高了設備運行的可靠性，減少非計劃停車(chē)次數，提高了控制回路的自動(dòng)化、智能化水平，極大地降低了設備管理人員的勞動(dòng)強度，又提高了管理人員的綜合素質(zhì)。

二、某機場(chǎng)對真空泵電動(dòng)機控制器的要求

    該機場(chǎng)占地面積大，整個(gè)地形屬于狹長(cháng)型。整個(gè)機場(chǎng)都需要遍布電動(dòng)機控制系統，對象包括候機大樓、辦公區域、就餐區域、機場(chǎng)跑道等主要建筑物，因此，機場(chǎng)內使用的真空泵電動(dòng)機，部分是需要連續運轉的，部分是需要在應對突發(fā)性情況時(shí)實(shí)現連續不停機的運轉的，一旦真空泵電動(dòng)機開(kāi)始工作，是不允許出現跳閘停車(chē)的現象的，尤其在應對突發(fā)性情況時(shí)，一旦跳閘停機，將可能造成嚴重的事故，給機場(chǎng)以及機場(chǎng)人員帶來(lái)巨大的經(jīng)濟損失，而且容易造成人員的傷亡。

    該機場(chǎng)采用ARD3T智能型電動(dòng)機控制器的顯示模塊，能夠實(shí)時(shí)觀(guān)察真空泵電動(dòng)機運行時(shí)的電壓、電流、頻率等參數以及電動(dòng)機的運行狀況，同時(shí)，通過(guò)控制器的通訊功能將信息以快的速度發(fā)送給后臺并對故障信息發(fā)出報警信號，使操作人員*時(shí)間發(fā)現故障原因并及時(shí)排除故障。

    因此，某機場(chǎng)對真空泵電動(dòng)機控制器的要求如下：

    1）保護功能：實(shí)現對電動(dòng)機起動(dòng)超時(shí)、過(guò)載、堵轉、斷相、不平衡、欠載、接地/漏電、阻塞、過(guò)壓、欠壓、繞組超溫等保護；

    2）測溫功能：實(shí)現多路測溫，能接入PT100、PT1000、Cu50、PTC/NTC等傳感器；

    3）顯示功能：通過(guò)分體液晶顯示模塊實(shí)時(shí)顯示電動(dòng)機運行參數；

    4）通訊功能：帶Modbus-RTU/Profibus-DP通訊接口，與上位機之間進(jìn)行信息傳遞。

三、智能型電動(dòng)機控制器的描述

    智能型電動(dòng)機保護器是目前具有水平的馬達智能保護控制單元，在具有一定的代表性。ARD3T智能型電動(dòng)機保護器可劃分為主體模塊、測量模塊、開(kāi)關(guān)量模塊、模擬量模塊、溫度模塊、通訊模塊、顯示模塊等7個(gè)模塊，其中主體模塊和測量模塊是*模塊，稱(chēng)為基本模塊，附加模塊采用總線(xiàn)供電，不需要外接輔助電源。在低壓控制終端柜和1/4模數及以上各種抽屜柜中可直接安裝使用。

圖1 100A以下ARD3T產(chǎn)品組成框圖

    基本模塊：ARD3T智能型電動(dòng)機控制器可進(jìn)行編程控制實(shí)現4路開(kāi)關(guān)量輸入、輸出，實(shí)現電動(dòng)機的起、停、調試等工作。電流測量范圍可達0.4A~800A，100A以下標配電流互感器（見(jiàn)圖1 100A以下ARD3T產(chǎn)品組成框圖），100A以上通過(guò)外接電流互感器實(shí)現電流的測量。

    開(kāi)關(guān)量模塊：可實(shí)現對主體模塊開(kāi)關(guān)量的擴展，DI支持無(wú)源接點(diǎn)（弱電）或有源接點(diǎn)（強電）輸入，有源接點(diǎn)可選交流或直流供電。

    模擬量模塊：該模塊將電路中交流電流、電壓、頻率等參數轉變成直流4-20mA信號，傳送給PLC或DCS系統，為PLC或DCS自控設計提供重要數據。

    溫度模塊：可實(shí)現三路溫度測量，可選的傳感器類(lèi)型：PT100、PT1000、Cu50、PTC/NTC。3路傳感器可以是同一類(lèi)型，也可以是不同的類(lèi)型。傳感器類(lèi)型為：PT100、PT1000、Cu50時(shí)，顯示值、保護值單位為℃；傳感器類(lèi)型為：PTC、NTC時(shí)，顯示值、保護值單位為Ω。

    通訊模塊：帶Modbus-RTU通訊/Profibus-DP通訊功能，用于系統組網(wǎng)，實(shí)現自控或將保護數據實(shí)時(shí)傳送到計算機后臺實(shí)現對電動(dòng)機進(jìn)行在線(xiàn)集中監視管理。

    顯示模塊：通過(guò)顯示模塊，實(shí)時(shí)的顯示當前電動(dòng)機的運行情況和三相電流、電壓、功率、電動(dòng)機的電能等參數，實(shí)現了實(shí)時(shí)監視功能；一旦電動(dòng)機發(fā)生故障，保護裝置延時(shí)一段時(shí)間后控制主接觸器線(xiàn)圈失電，控制電動(dòng)機準確停車(chē)。

四、工程典型應用方案

圖2 工程典型應用方案圖

    如圖2工程典型應用方案圖中所示，調節轉換開(kāi)關(guān)SA，實(shí)現控制回路的手動(dòng)/自動(dòng)/停止控制方式的選擇，手動(dòng)方式即由操作人員在現場(chǎng)完成，自動(dòng)方式即通過(guò)保護器的RS485通訊接口實(shí)現遠程控制電動(dòng)機，停止方式下電動(dòng)機無(wú)法啟動(dòng)。在手動(dòng)模式下，按下啟動(dòng)按鈕SB1，軟啟動(dòng)器工作來(lái)控制旁路電路開(kāi)始工作（旁路電路未畫(huà)出），ARD3T智能型電動(dòng)機保護器讀取電流互感器LH和漏電流互感器LP的檢測值，保護器溫度測量端口實(shí)時(shí)采集電機軸承溫度和電機線(xiàn)圈溫度，并將這些參數通過(guò)RS485通訊接口發(fā)送給上位機，若電動(dòng)機出現起動(dòng)超時(shí)、過(guò)載、堵轉、斷相、不平衡、欠載、接地/漏電、阻塞、過(guò)壓、欠壓、繞組超溫等故障，保護器讀取到的參數將發(fā)生變化，此時(shí)，保護器判斷電路故障原因并控制DO2端口輸出為零，則KA2、KA3線(xiàn)圈失電，真空泵停止工作，同時(shí)保護器控制停止指示燈以及故障指示燈工作，并將故障信息傳遞給上位機，電路實(shí)現了對電動(dòng)機的智能控制、保護和測量等。

五、選用ARD3T智能型電動(dòng)機控制器帶來(lái)的好處

    對于機場(chǎng)這種需要真空泵電動(dòng)機長(cháng)時(shí)間不間斷的運行的場(chǎng)合，電動(dòng)機由于長(cháng)時(shí)間的電、熱、機械和化學(xué)作用、電源電壓波動(dòng)大或長(cháng)時(shí)間工作在高溫高濕環(huán)境出現的的故障形式主要有繞組損壞和軸承損壞兩部分^[3]，電動(dòng)機在運行過(guò)程中，由于線(xiàn)圈及鐵芯所產(chǎn)生的銅損和鐵損及機械摩擦所產(chǎn)生的熱量，電機必定會(huì )產(chǎn)生熱量，如果線(xiàn)圈的溫度超過(guò)線(xiàn)圈絕緣材料所能夠承受的高溫度時(shí)，絕緣材料容易發(fā)生老化、變脆，終絕緣層被擊穿將燒毀線(xiàn)圈。

    因此，對電動(dòng)機采取一定的保護是保證控制回路性能高低的關(guān)鍵，所以選用ARD3T智能型電動(dòng)機控制器后帶來(lái)的好處有：

   （1）實(shí)時(shí)顯示參數，便于現場(chǎng)巡檢

    ARD3T智能型電動(dòng)機控制器采用模塊式設計方式，主體和測量模塊可實(shí)現基本的測量、保護和控制功能，通過(guò)連接線(xiàn)即可與其他選配模塊進(jìn)行信息傳遞。在實(shí)際的工程應用中，用戶(hù)只需要將顯示模塊安裝在配電箱面板上，在使用時(shí)通過(guò)液晶界面可對當前電動(dòng)機的運行狀態(tài)一目了然，方便了用戶(hù)對電動(dòng)機的維護和控制。

    在低壓控制終端柜和1/4模數以上各種抽屜柜中可直接安裝使用。

   （2）通訊組網(wǎng)便于維護和控制

    在機場(chǎng)的真空泵控制回路中，對于設備能夠實(shí)現通訊功能的要求較高，特別是在飛機跑道附近，飛機起飛、降落產(chǎn)生的噪音很大，工作人員不能長(cháng)時(shí)間工作在這種環(huán)境中。ARD3T智能型電動(dòng)機控制器提供了雙RS-485通訊模塊（Modbus-RTU通訊協(xié)議），通過(guò)RS-485與上位機之間的通信，能夠方便工程師通過(guò)計算機后臺實(shí)現遠程控制和在線(xiàn)監視設備的運行狀況等。

    ARD3T智能型電動(dòng)機控制器運用于機場(chǎng)真空泵控制系統中，將帶來(lái)很大的勢如下：

    a. 集中監控

    用戶(hù)可通過(guò)通訊模塊實(shí)現在后臺實(shí)時(shí)監測系統中各個(gè)電動(dòng)機的運行狀況，隨時(shí)查詢(xún)各個(gè)點(diǎn)設備的運行參數，如：電動(dòng)機電流、電壓、電動(dòng)機運行狀況、電動(dòng)機電能等，通過(guò)觀(guān)察采集到的信息，用戶(hù)可以對各個(gè)設備的電動(dòng)機運行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)分析處理。

    b. 智能化自控保護

    用戶(hù)在使用ARD3T智能型電動(dòng)機保護器后，如果電動(dòng)機出現過(guò)載、缺相、超溫等現象時(shí)，保護器將及時(shí)終止電動(dòng)機的運行，并對各種故障信息作出相應的指示。在電網(wǎng)故障造成電壓瞬間較大幅度的波動(dòng)或者短時(shí)斷電又恢復，帶抗晃電功能時(shí)可使電動(dòng)機保護器重新起動(dòng)。

    c. 提高了系統安全性、可靠性

    對于現場(chǎng)總線(xiàn)的配電系統來(lái)說(shuō)，由分散于現場(chǎng)的ARD3T智能型電動(dòng)機控制器來(lái)完成對電動(dòng)機的保護、測量和控制等，對系統的網(wǎng)絡(luò )沒(méi)有直接的依賴(lài)性，因此采用網(wǎng)絡(luò )架構的配電系統，其可靠性得到了進(jìn)一步的提高。

   （3）故障記錄便于現場(chǎng)問(wèn)題分析

    當機場(chǎng)真空泵電動(dòng)機發(fā)生故障后，應及時(shí)將備用電動(dòng)機投上而不影響運行機制。對出現問(wèn)題的電動(dòng)機應及時(shí)處理以確保機場(chǎng)設備連續運作，早期的處理方法需要花大量的人力、物力、時(shí)間才能分析出來(lái)，不便于應用。而ARD3T智能型電動(dòng)機控制器強大的故障記錄、運行管理信息為維護人員節省了大量的時(shí)間，提高了排除故障的效率，進(jìn)一步提高了控制回路的性能^[4]。

    ARD3T智能型電動(dòng)機保護器具有控制精度高、節能、保護動(dòng)作靈敏度高、工作可靠性高等點(diǎn)，使得機場(chǎng)真空泵電動(dòng)機充分發(fā)揮過(guò)載能力，又可以避免損壞電動(dòng)機，不僅提高了電力拖動(dòng)系統的可靠性，也使得生產(chǎn)過(guò)程的連續性得到了大大的提高，做到了可靠性和經(jīng)濟性的統一。

參考文獻：

[1]《ARD智能電動(dòng)機控制器在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程控制中的應用》 周佳，江蘇安科瑞電器制造有限公司；

[2]《電動(dòng)機保護器的保護原理及應用淺析》扁旭濤，《時(shí)代報告》；

[3]《ARD智能電動(dòng)機控制器在苯乙烯生產(chǎn)過(guò)程中的應用》周佳，江蘇安科瑞電器制造有限公司；

[4]《淺析電動(dòng)機保護器的保護原理及應用》張振偉。