浅论电气控制及保护环节

根据电动机的类型不同，电气传动系统被分为直流电气传动系统、交流电气传动系统。随着机械加工技术的发展与成熟，特别是精密加工和冶金工艺的不断改良，对电气传动系统的起动、制动、正反转、调速精度范围等静态特性和动态响应提出了更多更新的要求。20 世纪以来，在可逆、可调速、高精度拖动技术领域，直流电力拖动已经使用了很长的时间，而交流电力拖动一直用于恒速系统。直流电动机的特点是具有调速性能优异，但由于电刷和换向器的存在，故障率还是很高，电动机的使用环境也受到很多限制，比如不能用于易燃易爆气体和粉尘的场合；其电压水平、额定转速和单位容量的发展也受到限制。因此，20 世纪 60 年代以后，随着电力电子技术的发展，出现了半导体交流调速系统的应用。70 年代随着大规模集成电路技术和计算机控制技术的发展，交流电传动的广泛应用有了更多的使用空间。比如交流电机的串级调速、各种变频调速、无换向器电机的调速等，使得交流电气传动逐渐具有调速范围宽、稳态精度高、动态响应快、四象限可逆运行等技术性能，在调速性能上完全可与直流电气传动相媲美。此外，交流电气传动的调速性能优良、维护成本低等优点越发成熟。得以在各种工业电气自动化领域得到应用，并且逐步取代直流电气传动，成为电气传动的主流应用。

1 电气控制系统常见的故障以及可能造成的危害

1.1 如果电气设备失灵，将不可避免地造成严重后果。因此，在系统设计中，有必要根据相关规范进行设计。在电气控制系统的运行中，导致系统故障的因素很多，其中最主要的是初始设计的错误、设备缺乏严格的安全检查或设备本身的缺陷。在设备的日常运行中，主要包括以下常见的系统故障 : 一是不同形式电路之间的短路，电路故障表现形式多种多样，其中最常见的故障包括两相短路、三相短路、一相绕组引起的变压器匝间短路和一相接地短路等 ; 另一方面，过载和过电流故障是主要问题。过载是指在电气控制系统中由于电机运行电流过大，超过额定电流 1.5 英寸而引起的电机过载故障。造成这一问题的原因可能是多方面的，如突然降低的电网电压，缺乏相运行或增加电动机的复杂性等，这可能导致电动机过载故障，过电流是指电动机或部件在运行过程中超过 6 英寸的额定电流，造成故障。这个问题的原因也是多种多样的，通常是由于启动不当或负载扭矩过大。

1.2 电气控制系统运行故障的后果也很严重。一方面，如果系统短路故障是由于接线、负载短路和绝缘材料损坏等措施造成的，系统电流将超过额定电流十倍以上。这些强大的电流功率容易造成电气设备的故障，甚至引起火灾，对工作人员的生命和财产安全造成严重威胁 ; 另一方面，电气控制系统的故障可能造成电网电压极大下降，影响设备和应用，导致电气控制系统失灵，甚至使整个系统严重瘫痪 ; 此外，当电气控制系统的电流过大时，电路会产生大量的冲击电流，容易对电气设备造成损坏，机械设备的旋转不可见，容易损坏。

2. 电气控制系统中的保护措施

当电气控制系统发生故障时，不仅会对自身系统及相关设备造成一定的损坏，而且会严重影响整个电气控制系统无故障设备的安全。由于电气控制系统故障时间通常较短，维修人员几乎不可能准时准确地找到故障设备并维修。因此，在电气控制系统的设计时，必须配备相应的电气保护装置，以便保护电气控制系统并能更好的排查故障。

2.1 电气保护装置的作用

当电气控制系统中安装电气保护装置时，如果电气控制系统发生故障，保护装置便能迅速将故障设备与无故障设备隔离开，以便工作人员恢复系统运行或完全停止系统的工作状态，从而避免了更严重的事故发生。此外，电气保护装置也能真实反映电气设备中的异常状态及设计缺陷。根据设备的异常工况。电气保护装置会发出不同信号，方便作业人员区分故障原因并及时处理。

2.2 电气控制系统的保护

电气控制系统的保护一般分为多种类型，由于短路情况下的电量会有变化，就构成不同的动作原理和电气保护动作。例如，常用的降压特性形成低压保护，或利用电流增大特性形成过流保护，或利用电压电流相角变化的特性形成漏电保护和断相保护。

2.2.1 过流保护，主要是指在电动机运行过程中产生过电流的可能性大于系统短路的可能性，特别是在电动机正反转和频繁起动的情况下。由于电流太大，会增加电机的转矩，损坏机械设备的旋转部件。因此，为了防止这种情况的发生，应该在电动机的主回路上串联过流继电器线圈，当这种情况再次发生时，由于线圈的常闭触点在串联接触器的控制回路中，就形成了所谓的过流保护。

2.2.2 过载保护，这种保护装置也是一种电流型保护环节。热继电器是异步电机过载保护中最常用的保护装置。当然，它不同于过电流保护。热继电器具有一定的热惯性。当短路电流冲击它时，它不会立即反应，而是在一定时间后反应。因此，在我们的实际工作和生产中，长期不允许增加过载。如果采用过电流保护，电动机会立即切断电流，然后重新通电，从而降低其工作效率。

2.2.3 短路保护，短路保护具有一定的暂态特性，即在短时间内切断电源。一般来说，系统常用的短路保护装置是低压断路器或熔断器。在电气控制系统的设计中，采用短路保护时，应注意三相供电系统必须采用匹配的三相短路保护。如果系统的主回路容量不大，熔断器也可以作为控制回路的短路保护环节，否则就需要单独设置短路保护熔断器。

2.2.4 欠压保护。这种保护环节主要是指在系统的电源上安装相应的电压继电器线圈。同时，在控制器的控制电路中，应串联电压继电器线圈的常开触点。如果电网电压低于额定值，可以释放接触器。

2.2.5 电压损失保护。当电动机的电源恢复时，电动机也可以自动启动。那么相关人员和设备的安全就会受到影响。整个系统采用接触器和按钮来启动和停止电动机，称为失压保护环节。其工作原理是当电动机系统电源电压逐渐消失时，接触器的主接触器也会断开，电动机的电源就会被切断。一旦电动机的电源恢复，接触器的自锁电路仍处于断开状态，因此电动机不会恢复自己的运行。

总之，电气控制系统的故障不仅会对自身的系统和硬件设备造成很大的损坏，而且不会危及整个控制系统的安全和稳定。而在正常情况下，如果电气控制系统发生故障，发生时间相对较短，在维修人员首先系统发生故障时，为了准确找出相关的故障点，基本上不可能对系统进行处理。因此，在电气系统设计过程中，有必要安装一定的电气保护装置，以充分发挥控制系统的保护作用。就目前的大多数电气设备来看，其控制系统对于整个的设备控制、保护以及监视方面都具有重要作用，关系到整个设备的正常运行。

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