模块式电动机保护器设计思想

智能电动机保护器发展至今，存在两种发展趋势,一种是：多种功能集成在一个壳体内；另一种是：根据功能划分模块，通过模块拼装满足各种要求。多种功能在一个壳体内的方式，可以减少开发前期的投入，开发周期短，从短期内来看，对企业有利。功能模块化，开发前期投入多，相对前种方式开发周期会变长，但成功后，后期产品维护方便，可以消除因功能多少引起生产紊乱，产品使用者进行产品升级或改造时产生停产等不利因素。

1.1   对企业自身的优势

客户的需求是多样化的，产品使用环境不同、实际生产工艺不同，造成客户对产品的需求往往有所不同，同一类产品功能不同，会引起生产厂家生产上的不同，库存管理、分类不同，加大企业自身生产负担。模块式电动机保护器，各模块功能明确，方便生产，利于存储。企业将最基本的保护功能作为基本模块，其它高级保护、控制、通讯功能作为选配模块，这样在客户需要不同功能时，在基本模块基础上添加对应模块即可，通过搭积木方式实现不同功能的产品。在面对客户多样化需求时，优势是不言而喻的。

1.2   对使用者的优势

模块式电动机保护器适用范围广，使用者根据自身需要选取产品，使用者只需要常规过载、断相等常规保护功能时选取基本模块即可。需要带有全面保护和控制功能，选取基本模块和所需的模块进行组合。需要带有全面保护、控制、通讯、管理分析功能时，选取基本模块加多个模块进行组合。

模块式电动机保护器灵活性高，使用者在设计初期选用了基本模块，而实际生产中发现需要更多功能时，添加模块即可。当使用者遇到系统、功能升级或改造，而引起设备升级、变动时，添加、删减对应的功能模块即可完成技术改造，不必担心造成停产等影响。

模块式电动机保护器可靠性高，在使用中如遇到保护器出现故障，模块式电动机保护器会自动报出具体模块故障，使用者只需更换故障模块，不影响其它模块。

要进行模块式电动机保护器设计，首先要明确产品使用环境，模块种类，以及划分的依据。

2.1  产品使用环境

作为保护类产品，要明确产品的正常工作环境。根据标准，环境温度可选位为：-10 ℃ ～+55 ℃，此温度可以满足绝大多数产品的使用环境；大气压力为：80 kPa～110 kPa(海拔2000 m以下)；相对湿度为：最湿月的月平均相对湿度为90%，同时该月的平均最低温度为25 ℃，并且在产品上不应出现凝露；使用环境不应有腐蚀、破坏绝缘的气体及导电介质，对于使用环境内有火灾、爆炸危险的介质、产品应有防爆措施。户内产品的使用环境应有防御雨、雪、风、沙的设施。供电电源：额定电压AC 220V，交流电源额定电压为额定值的85%～110%。

2.2  控制功能

标准中对电动机保护器控制功能描述如下：“可具备对电动机进行直接起动、可逆(双向)控制、各种减压起动和双速控制的控制功能”。由此可见标准将控制功能作为非标配功能处理，实际客户使用时可以只将保护器当作保护元件使用，模块式电动机保护器作为可编程产品，可以通过编程功能自由实现的起动有：保护模式、直接起动/全压起动、星三角起动、自耦降压起动、可逆起动、双速起动，变频器配合使用、软起动器配合使用等起动方式。

除各种常规起动方式外，模块式电动保护器还带有两种自起动功能，自起动功能如下：

a)带有运行中的电动机因失压或欠压停车，当电源恢复到允许自起动电压值后，执行立即自起动、延时自起动、禁止自起动的功能。

b)带有不考虑停车间隔时间的长短，产品可根据掉电前产品记忆的电动机运行情况实现自起动功

能。

2.3  保护功能

模块式电动机保护器须具备如下保护功能：过载保护、断相保护、堵转保护、阻塞保护、欠载保

护、不平衡保护、起动超时保护、过压保护、欠压保护、欠功率保护、相序保护、单相接地保护、漏电保护、外部故障、工艺连锁等多种保护功能。

2.4  产品着火危险防护

工业类产品需要具有不可燃烧的特性，选用的耐火材料应具有GB 4943-2001规定的V2及以

上阻燃等级，能承受GB/T 5169.5中严酷等级为20 s的针焰试验。

2.5  模块划分

智能型电动机保护器具备如下功能：电流、电压、功率、频率等电参数测量；电机转子、轴承温度测量；电参数、温度值的变送输出；开关量输入、输出；工艺连锁；各类保护功能；通讯组网等功能。从上述功能描述上看，功能可总结为：电参数测量；温度测量；模拟量输入输出；对电机保护、控制；通讯功能几方面。

采用按功能划分模块的方式，可以划分出如下几种模块：电参数测量模块、温度模块、模拟量模块、通讯模块、开关量模块、显示模块、CPU单元几种。

2.6  模块功能

各模块功能如下：

CPU单元负责协调各模块工作，带有开关量输入、开关量输出功能、对外通讯组网、时钟、故障记录、PTC测量等功能。开关量输入、输出可以自由编程设定功能。可以实现直接起动、双向起动、双速起动、自耦降压起动、星三角起动等多种起动。CPU单元是模块式电动机保护器必备模块。

测量模块测量实现电流、电压测量。电流范围为0.4A至800A，电压为AC220V、AC380V、AC660V，频率45Hz～65Hz，漏电流50mA～5A。测量用电流互感器需要选取保护级电流互感器，保护级电流互感器相对测量级电流互感器过载能力强，通常可以达到10倍过载不饱和。目前,市场上常用的保护级电流互感器，精度可以达到0.5级，在保护类产品中使用，效果很好。电机电流小于等于100A时，采用一体式模块互感器，当大于100A采用外置式电流互感器。电动保护器的过载、断相、堵转、过压、欠压、欠功率等保护功能都是通过对电参数的分析来实现的，测量模块也是模块式电动机保护器的必备模块。

温度模块通过外接PT100、PT1000、Cu50、PTC/NTC等传感器实现温度测量。可以使用温度模块，对电动机绕组、轴承的温度温度进行测量，通过实测的温度值，执行温度保护。还可以通过温度模块的测温功能，对电动机的冷却过程进行精确跟踪，测出实际冷却时间。温度模块可以外接三路温度传感器，可以通过一个温度模块同时对电机绕组、轴承进行测温。

模拟量模块可以实现模拟量输入测量和模拟量变送输出。模拟量输入测量功能，可以被用在现场工艺连锁保护、测量显示等情况，模拟量输入可接的设备包括：电力变送器、模拟信号变送器、转速传感器、角度传感器、位置传感器等设备，通过接收判断上述设备的信号实现对应的工业操作。通过模拟量输出功能，能将电参量、温度、模拟量输入等参数转换为DCS或PLC所需要的模拟量输出信号，由DCS或PLC执行相应的操作。

开关量模块对CPU单元的开关量进行扩展，当CPU单元的开关量点数无法满足使用者需求时，通过外加开关量模块实现产品开关量点数扩展。

常用的现场总线有：MODBUS、PROFIBUS、DEVICENET、CANBUS等，通过外加通讯模块实现与PROFIBUS、DEVICENET等通讯网络进行通讯。采用专用通讯模块来实现，产品在多种通讯网络中使用，使的产品应有灵活性提到提高。

由CPU单元和测量模块组成基本模块，实现基本的测量、保护、控制功能，其它模块作为选配模块，由基本模块加选配模块实现复杂功能。

2.7  模块互联

    模块互联直接影响到产品的可靠性。数据交换的处理是产品稳定工作的关键，常用的通讯接口SPI、IIC、UART、CAN 等，都有自身的特点与局限性。根据产品实际功能、特点，选用合理的通讯接口。通过选定的通讯接口进行模块互联。