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談電機(jī)保護(hù)器的種類與局限性
日期：2024-09-18 03:20
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摘要：
很少有電動(dòng)機(jī)像制冷（空調(diào)、冷凍、冰箱等）壓縮機(jī)的電動(dòng)機(jī)那樣，必須頻繁面對(duì)嚴(yán)重的過載。在炎熱的夏天，一臺(tái)額定功率為20千瓦的空調(diào)壓縮機(jī)，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(jī)的故障率降低到千分之幾甚至更低，這些措施也包括電機(jī)保護(hù)器。
現(xiàn)在的壓縮機(jī)電機(jī)都配有保護(hù)器（MotorProtector），但是電機(jī)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(jī)保護(hù)器不能有效保護(hù)電機(jī)的**？
要回答這個(gè)問題，我們還得從電機(jī)保護(hù)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(jī)電機(jī)保護(hù)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(hù)器
雙金屬型保護(hù)器實(shí)際上是一種用雙金屬片制成的開關(guān)或繼電器，由于價(jià)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(dòng)層；膨脹系數(shù)較小的稱為被動(dòng)層。由于兩層材料膨脹系數(shù)不同，雙金屬片在溫度升高時(shí)會(huì)彎曲變形，而溫度降低后又會(huì)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(duì)于壓縮機(jī)電機(jī)而言，當(dāng)繞組溫度升高到一定溫度時(shí)（比如110℃），需要及時(shí)斷開電源，以防燒毀；而當(dāng)溫度降低到某個(gè)溫度（比如60℃）后又可自動(dòng)復(fù)位，壓縮機(jī)恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)。這就是雙金屬片保護(hù)器的工作原理。
雙金屬型保護(hù)器可分為兩種：熱保護(hù)器和過載保護(hù)器。熱保護(hù)器自身不發(fā)熱，熱量來自被保護(hù)部位的發(fā)熱。過載保護(hù)器內(nèi)有電熱器（電熱絲或電熱盤），當(dāng)電流過大時(shí)，電熱器的發(fā)熱會(huì)引起雙金屬片變形。
熱保護(hù)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(hù)器跳開，與熱保護(hù)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(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。熱保護(hù)器的熱響應(yīng)時(shí)間是一個(gè)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(huì)動(dòng)作。安裝時(shí)一定要確保熱接觸良好，否則就無法及時(shí)動(dòng)作，起不到熱保護(hù)作用。
與熱保護(hù)器不同，過載保護(hù)器內(nèi)有一個(gè)或多個(gè)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(jī)出現(xiàn)過載時(shí)，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(diǎn)分離，壓縮機(jī)停機(jī)。
過載保護(hù)器也可以通過殼體傳熱，因此過載保護(hù)器本身也是一個(gè)熱保護(hù)器。過載保護(hù)器體積大，熱響應(yīng)比較慢。此外，外置過載保護(hù)器不能當(dāng)熱保護(hù)器使用。
在安裝方面，各有利弊。熱保護(hù)器與主回路無關(guān)，因此對(duì)電機(jī)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(hù)器直接串聯(lián)在主回路，不需要額外接線，簡(jiǎn)單直觀，但不適合電流很大的電器，以免觸點(diǎn)拉弧或焊合。
熱保護(hù)器可以很好的應(yīng)付電機(jī)過熱，比如電壓異常、相不平衡甚至缺相引起的過熱，電機(jī)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(rùn)滑不佳、抱軸甚至
堵轉(zhuǎn)等引起的過熱。
熱保護(hù)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(hù)器或配置限流器等。
過載保護(hù)器對(duì)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(rùn)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(jī)普遍采用Klixon等品牌過載保護(hù)器。
熱敏電阻＋電子模塊型熱保護(hù)器
大壓縮機(jī)的工作電流很大，過載保護(hù)器吸合時(shí)引會(huì)起電弧，無法使用。目前普遍采用的保護(hù)方式熱敏電阻＋電子模塊的保護(hù)方式。在三相繞組中布置幾個(gè)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(gè)臨界溫度時(shí)，其阻值會(huì)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(jī)停機(jī)；而當(dāng)溫度降低到設(shè)定值后，模塊內(nèi)控制回路會(huì)自動(dòng)閉合，電機(jī)恢復(fù)運(yùn)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(jià)格低廉，因此可以多布置幾個(gè)，大大增加監(jiān)測(cè)范圍。電子模塊除監(jiān)測(cè)熱敏電阻的阻值外，還具有判斷主回路缺相和相序錯(cuò)誤等功能。對(duì)渦旋壓縮機(jī)、螺桿壓縮機(jī)和離心壓縮機(jī)，相序錯(cuò)誤是一個(gè)很大的錯(cuò)誤，模塊會(huì)自動(dòng)鎖定。
大型渦旋壓縮機(jī)、多缸活塞壓縮機(jī)、螺桿壓縮機(jī)等普遍選用熱敏電阻＋電子模塊這種熱保護(hù)方式。
電機(jī)保護(hù)器的局限性
電機(jī)保護(hù)的主要目的就是保護(hù)電機(jī)以防燒毀，而保護(hù)器的功能很有限，這顯然是一個(gè)不可能完成的任務(wù)。實(shí)際應(yīng)用中，能引起電機(jī)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(jī)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(jī)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(hù)器能有效應(yīng)付前2種情況，而熱保護(hù)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(shí)際使用中，幾種情況可能同時(shí)出現(xiàn)，并且互為因果，不可能像實(shí)驗(yàn)室那樣，總是用嶄新的壓縮機(jī)作測(cè)試，而且往往將問題簡(jiǎn)單化。
目前使用的熱保護(hù)器和過載保護(hù)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(duì)電機(jī)的保護(hù)也只能停留于事后的“冷卻療法”，即暫時(shí)停機(jī)，讓壓縮機(jī)自然冷卻，然后再運(yùn)轉(zhuǎn)。熱保護(hù)器和過載保護(hù)器沒有吸合次數(shù)限制，電機(jī)往往會(huì)在“保護(hù)－運(yùn)轉(zhuǎn)－再保護(hù)－再運(yùn)轉(zhuǎn)”的循環(huán)中燒毀。對(duì)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(jī)會(huì)瞬間高溫?zé)龤?，熱保護(hù)器和過載保護(hù)器都來不及反應(yīng)，無法保護(hù)。
