电动机保护型断路器的正确选用-

1、收稿日期:2003-02-12作者简介:连理枝(1937-,男,浙江嘉兴人,高级工程师,主要从事低压电器的研究与开发。电动机保护型断路器的正确选用连理枝,王小传(杭州之江开关有限公司,浙江杭州311234摘要:论述了鼠笼型异步电动机的起动电流,各种起动方式的电动机冲击电流,使用型塑料外壳式断路器(MCC B 作电动机短路保护时,其瞬时动作电流整定值选择的因由和依据。关键词:电动机起动;冲击电流;塑料外壳式断路器;瞬动电流中图分类号:T M561文献标识码:A 文章编号:1001-4551(200302-0054-03电动机保护型塑料外壳式断路器(MCC B 是鼠笼型异步电动机在起动、运行和运行

2、中分断中不可缺或的保护电器之一。用于电动机保护,额定电流在630A 及以下(即保护的电动机功率为315kW 及以下的MCC B 用途是,不频繁地起动和在运转中分断电动机,当电动机发生过载、短路、欠电压等故障时,能予以保护(自动切断电路。按使用的情况来看,断路器用作电动机保护的有3种类型:(1电动机的起动、运转中的分断使用交流接触器,过载保护采用热继电器,而断路器用于短路保护。由于使用了接触器来分、合电路,因此,可比较频繁地操作;(2使用接触器作电动机的起动和停止,电动机的过载、短路和欠电压等故障由断路器承担;(3电动机的起动、运转中分断以及过载、短路、欠电压均由1台断路器来操作和保护,但它不能

3、频繁使用。1电动机的起动电流和电动机的起动冲击电流1.1鼠笼型异步电动机的起动电流鼠笼型异步电动机的定子电流:I 1= I 0- I 2式中I 0激磁电流I 1定子电流I 2转子电流I 0很小,可忽略,因此有:I 1I 2I 2=E 2R 22+X 22=S E 20R 22+(SX 202=E 2(R 22/S 2+X 22(1cos 2=R 2R 22+(SX 202(2式中E 2=4.44Sf 1N 2,E 20=4.44f 1N 2f 1电源频率,f 1=50Hz R 2转子电阻X 2转子电感S 电动机的转差率S =n 1-nn 1式中n 1定子旋转磁场转速n 电动机转子转速S 转差率

4、,S 在S 0S 1中变化由式(1和式(2可见,电动机的电流和功率因数(cos 都与转差率S 有关,起动时S 1,I 2很大,cos 很小。通常起动电流可达57倍的电动机额定电流,而在定载起动时,cos 为0.2。1.2电动机起动时的冲击电流起动时电动机的冲击电流表现在:电动机的直接起动、Y -(星-三角起动变换、瞬时再起动和逆转(反向、制动等情况,它们都会产生很大的冲击电流,尽管冲击电流的延续时间只有几个周波,但将引起保护电器(例如断路器的动作。产生冲击电流的原因是:45M echanical &E lectrical Engineering M agazine V ol.20N o

5、.22003机电工程2003年第20卷第2期(1起动电流的功率因数较低,过渡过程直流成分的叠加。尽管交流分量的振幅稳定,但因受直流分量的影响,就有冲击电流流过。当起动电流的功率因数为0.3时,冲击电流(峰值为起动电流(有效值的2倍左右。(2残留(余电压将产生瞬时再合闸时的冲击电流因此,在使用MCCB作电动机的短路保护(瞬动脱扣时,必须按电动机的起动方式来正确选择其瞬动电流值。2按不同的电动机起动方式选择断路器瞬动电流整定值假定电动机起动电流为6I n,起动时的功率因数为0.3。2.1直接起动时因起动时功率因数为0.3,起动电流为6I m(I m 为电动机的额定电流,选择的断路器额定电流I nI

6、 m,一般In=I m。cos=0.3表示,其相对的电阻值较小,而电感L较大。起动电流的直流成分:i2=I m sin(-e-t/T式中T非周期分量(自由分量的衰减时间常数,T=L/Ri2=I m sin(-e-tR/Le-tR/L=1e tR/L,R小,L大,e-tR/L大,直流分量i2就大。短路电流发生在1/2周波时,当-= -/2,i=i1+i2为最大值,即冲击电流i ch=(1+ e-0.01/T2I,设(1+e-0.01/T为冲击系数K ch,则i ch =2k ch I,K ch×2为峰值系数。查有关资料,当cos=0.3时,峰值系数达1.9782。I为电动机的起动电流。

7、现假定电动机的起动电流:I= 6I n(I M,冲击电流i ch=2×6I n=12I n,若电动机起动电流为7I n,则冲击电流为14I n。MCCB的瞬动电流如以有效值表示,则可达122142I n,即8.4859.89I n。2.2Y-(星-三角起动由于使用了Y形接线起动,起动电流虽然降低到1/3,即6I n/3=2I n。但是,电动机从Y连接(起动到连接(运转的一瞬间因短暂停电,电动机惯性旋转的残余电压与转换到时的电网电压的矢量和,就产生一个近10I n的脉冲电流,转至绕组为接线时,等于再一次起动,而此时的电动机转速还未完全等于正常的转速。因此,冲击电流为19I n6

8、5;2(1+13。断路器瞬时整定值必须在19/ 3I n=13.435I n(有效值,即14倍甚至更大。2.3自耦减压起动器起动cos=0.3,电路中电感量大,电阻值小,电动机的冲击电流为2倍起动电流。采用自耦减压起动器起动电动机时,如果进入电动机的电压是自耦变压器的80%抽头,则起动电流为6×0.82=3184I n,电源电压接自耦变压器的65%抽头;起动电流为6×(0.652=2.535I n,接自耦变压器的50%抽头,起动电流为1.5I n。冲击电流分别为2×3.847.7I n, 2×2.5355I n和2×1.5=3I n。MCCB的

9、瞬动电流整定值(有效值分别是5.43I n、3.6I n和2112I n。应该指出,自耦减压起动器起动时从变压器抽头的不同值到全电压的电动机的运转的过渡过程,倘若是开路转换,也会产生一个10I n和脉冲电流,这种电流对电动机而言要引起“抖动”,对机床加工零件的尺寸精度有影响。如果是闭路转换就无此问题。2.4瞬动再起动当运行的电动机停止供电的短时间,电动机的机械惯性使之仍在转动,如果在它尚未停止转动,又突然令其再起动,因为残留电压的存在,此时外施电压加上残留电压的作用,会使它的冲击电流最大,达6×2×2=24I n(峰值。MCCB的瞬动电流整定值达242=16.97I n17

10、I n。3结论根据上面4种起动方式,可以认为用于电动机保护的断路器其瞬动电流整定值在815I n(有效值的标准数值是有理论和实践依据的。至于各种电动机保护的MCCB究竟选多大的瞬动整定电流,是取决于鼠笼型电动机的型号(包括极数、容量和采取的起动方式。4使用起动器起动电动机时的注意点(1起动时间的整定值必须适度,否则,会导致过载而使保护电器脱扣,使电动机停转。根据实测, 100kW及以下,电动机的轻载起动时间不超过1s,带(下转第63页#非/,说明接收的数据是需要其转发的数据,而不是对已发数据包的应答;然后计算前10个字节的校验和,如果与数据包的校验码不同,则把/写入通信应答位,将数据包重新发送

11、出去,告知对方需要重新发送已发数据包;如果与校验码相同,则把#写入通信应答位,告知对方数据包已正确接收;然后检查数据包的前2个字节,如果为$,说明接收的数据来自上位机,需要转发给下位机,则将$改写为$,并且重新计算检验和,将计算结果填入第11个字节,然后将数据包发送出去;如果前2个字节为$,则说明是下位机要向上位机发送的数据,通信控制器首先将串头$改写为$,然后重新计算校验和,将计算结果写入校验码,然后将数据包发送出去。图7通信控制器通信过程7过滤技术通信控制器以广播的形式与上、下位机进行通信,也就是说当其对任何1个串口发送数据时,其他的串口都能接收到,为了杜绝接收到不必要的数据,每个串口的底

12、层都应设立1个过滤器,用来除掉非本地址的数据包。对于串口服务器,它是透明通道,只能完成TCP/IP和串口协议之间的解析,因此,把与该串口相连的过滤器设在了上位机的通信层(如图3、图6所示。在上位机与串口服务器通信的过程中,会遇到这样的问题(有可能是串口服务器的处理速度引起的:上位机并不能一次接收完整个数据包,而需多次接收,然后再将它们按接收顺序进行组合,才能得到完整的数据包;这就为上位机的数据过滤带来一些麻烦,这是采用定长的帧格式进行通信的基本原因。通过多次试验,找到了一种有效的解决方案:首先上位机将接收的数据进行叠加,当数据长度大于等于2时,判断前2个字节是否为$,如果不是,则将接收的数据清

13、空;如果是,则说明是发向本地址的数据,继续接收,直到接收完11个字节为止。$是下位机地址,通信时下位机只检查这2个字节是不够的,还要查看数据帧的第1个字节,该字节代表控制器的地址;只有这2个条件全部满足时控制器才能接收数据包。8结论锅炉承压管管外检测机器人的软件系统已经成功地应用于鲁能集团下属电厂的模拟工作环境中,取得了较好地效果。参考文献1Win field A F T,H olland O E.The application of wireless lo2cal area netw ork technology to the control of m obile roboticsJ.Micropprocess and Microsysterms,2000,23:597607.2张建光,常一志.网络机器人遥操作实现研究J.应用科技,2001,(10:35.3Davis Chapman.学用Visual C+6.0M.北京:清华大学出版社,1999.4David J.K ruglinski著.Visual C+技术内幕(第4版M.北京:清华大学出版社,1998.5胡汉才.单片机原理及其接口技术M.北京:清华大学出版社,