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談電機保護器的種類與局限性
日期：2024-11-23 04:19
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摘要：
很少有電動機像制冷（空調(diào)、冷凍、冰箱等）壓縮機的電動機那樣，必須頻繁面對嚴(yán)重的過載。在炎熱的夏天，一臺額定功率為20千瓦的空調(diào)壓縮機，它的輸入功率可能高達(dá)30－35千瓦，并且可能連續(xù)工作數(shù)日。盡管如此，人們采取了很多措施，使壓縮機的故障率降低到千分之幾甚至更低，這些措施也包括電機保護器。
現(xiàn)在的壓縮機電機都配有保護器（MotorProtector），但是電機燒毀(MotorBurnout)可能要占到全部故障的一少半。人們不禁要問：難道電機保護器不能有效保護電機的**？
要回答這個問題，我們還得從電機保護器的種類、工作原理和局限性談起。目前，國內(nèi)外廣泛使用的壓縮機電機保護器有大兩類：雙金屬型和熱敏電阻＋電子模塊型。它們的結(jié)構(gòu)不同，作用也不同。
雙金屬型保護器
雙金屬型保護器實際上是一種用雙金屬片制成的開關(guān)或繼電器，由于價格低廉而得到廣泛應(yīng)用。雙金屬片由兩層熱膨脹系數(shù)不同的合金疊合而成，其中，膨脹系數(shù)較大的稱為主動層；膨脹系數(shù)較小的稱為被動層。由于兩層材料膨脹系數(shù)不同，雙金屬片在溫度升高時會彎曲變形，而溫度降低后又會恢復(fù)原來的樣子。人們利用這一現(xiàn)象，制作出能夠在指定溫度下閉合或斷開的開關(guān)。
對于壓縮機電機而言，當(dāng)繞組溫度升高到一定溫度時（比如110℃），需要及時斷開電源，以防燒毀；而當(dāng)溫度降低到某個溫度（比如60℃）后又可自動復(fù)位，壓縮機恢復(fù)運轉(zhuǎn)。這就是雙金屬片保護器的工作原理。
雙金屬型保護器可分為兩種：熱保護器和過載保護器。熱保護器自身不發(fā)熱，熱量來自被保護部位的發(fā)熱。過載保護器內(nèi)有電熱器（電熱絲或電熱盤），當(dāng)電流過大時，電熱器的發(fā)熱會引起雙金屬片變形。
熱保護器外觀像鉛筆頭，常捆綁或粘貼在定子繞組溫度比較高的位置，繞組溫度通過金屬殼體傳給雙金屬片。當(dāng)繞組溫度超過設(shè)定溫度后，熱保護器跳開，與熱保護器相連的控制回路就斷開，從而觸發(fā)主回路接觸器跳開，壓縮機停止運轉(zhuǎn)。熱保護器的熱響應(yīng)時間是一個重要參數(shù)，一般都可以在到達(dá)設(shè)定溫度后幾秒內(nèi)會動作。安裝時一定要確保熱接觸良好，否則就無法及時動作，起不到熱保護作用。
與熱保護器不同，過載保護器內(nèi)有一個或多個小電熱器（電熱絲或電熱片），電熱器串聯(lián)在單相或三相主回路中。當(dāng)電機出現(xiàn)過載時，電流增大，電熱器溫度迅速升高并引起雙金屬片變形，連接主回路的觸點分離，壓縮機停機。
過載保護器也可以通過殼體傳熱，因此過載保護器本身也是一個熱保護器。過載保護器體積大，熱響應(yīng)比較慢。此外，外置過載保護器不能當(dāng)熱保護器使用。
在安裝方面，各有利弊。熱保護器與主回路無關(guān)，因此對電機電流幾乎沒有限制，但需要串聯(lián)在控制回路中，接線復(fù)雜。過載保護器直接串聯(lián)在主回路，不需要額外接線，簡單直觀，但不適合電流很大的電器，以免觸點拉弧或焊合。
熱保護器可以很好的應(yīng)付電機過熱，比如電壓異常、相不平衡甚至缺相引起的過熱，電機冷卻不足（如制冷劑泄漏和回氣壓力過低）引起的過熱，高低壓串氣（渦盤損壞、活塞環(huán)損壞、泄壓閥打開等）引起的過熱、潤滑不佳、抱軸甚至
堵轉(zhuǎn)等引起的過熱。
熱保護器不能很好應(yīng)付大電流問題，因此往往還需要在主回路過載保護器或配置限流器等。
過載保護器對大電流反應(yīng)很快，引起大電流的常見現(xiàn)象包括：電源性相不平衡、缺相以及由接觸器引起的缺相、冷凝壓力過高、潤滑不佳引起的抱軸、連桿斷裂或活塞咬缸引起的堵轉(zhuǎn)、渦盤或十字滑環(huán)損壞等引起的堵轉(zhuǎn)。目前15HP以下的商用壓縮機普遍采用Klixon等品牌過載保護器。
熱敏電阻＋電子模塊型熱保護器
大壓縮機的工作電流很大，過載保護器吸合時引會起電弧，無法使用。目前普遍采用的保護方式熱敏電阻＋電子模塊的保護方式。在三相繞組中布置幾個熱敏電阻，并將熱敏電阻串聯(lián)（也有并聯(lián)的）起來，與電子模塊相應(yīng)端子相連。當(dāng)熱敏電阻溫度到達(dá)某個臨界溫度時，其阻值會從正常溫度下的幾百歐姆劇烈增大到幾千歐姆甚至上萬歐姆，觸發(fā)電子模塊內(nèi)的控制回路斷開，壓縮機停機；而當(dāng)溫度降低到設(shè)定值后，模塊內(nèi)控制回路會自動閉合，電機恢復(fù)運轉(zhuǎn)。
熱敏電阻體積小，可以安置于繞組中，熱響應(yīng)很快。此外，熱敏電阻價格低廉，因此可以多布置幾個，大大增加監(jiān)測范圍。電子模塊除監(jiān)測熱敏電阻的阻值外，還具有判斷主回路缺相和相序錯誤等功能。對渦旋壓縮機、螺桿壓縮機和離心壓縮機，相序錯誤是一個很大的錯誤，模塊會自動鎖定。
大型渦旋壓縮機、多缸活塞壓縮機、螺桿壓縮機等普遍選用熱敏電阻＋電子模塊這種熱保護方式。
電機保護器的局限性
電機保護的主要目的就是保護電機以防燒毀，而保護器的功能很有限，這顯然是一個不可能完成的任務(wù)。實際應(yīng)用中，能引起電機燒毀的原因很多，大概可以分為以下五大類：（1）各種原因引起的電機過載，電流過大、（2）電壓太低或太高、相不平衡或缺相（包括接觸器故障引起的缺相）引起的電流不平衡、（3）制冷劑泄漏或管路問題引起的回氣壓力過低，電機冷卻不足、（4）繞組絕緣層受損或制冷劑含水量過高，短路燒毀等。理論上，過載保護器能有效應(yīng)付前2種情況，而熱保護器能應(yīng)付前3種情況。第4種情況中的“短路”可能與質(zhì)量或安裝有關(guān)，也可能與金屬屑或制冷劑含水量太高有關(guān)。實際使用中，幾種情況可能同時出現(xiàn)，并且互為因果，不可能像實驗室那樣，總是用嶄新的壓縮機作測試，而且往往將問題簡單化。
目前使用的熱保護器和過載保護器的*大局限在與無法從根子上避免上述所有現(xiàn)象的發(fā)生，因而對電機的保護也只能停留于事后的“冷卻療法”，即暫時停機，讓壓縮機自然冷卻，然后再運轉(zhuǎn)。熱保護器和過載保護器沒有吸合次數(shù)限制，電機往往會在“保護－運轉(zhuǎn)－再保護－再運轉(zhuǎn)”的循環(huán)中燒毀。對于突發(fā)事件，如由銅屑等引起的繞組絕緣損壞或短路，電機會瞬間高溫?zé)龤?，熱保護器和過載保護器都來不及反應(yīng)，無法保護。
