保護同步電機設(shè)計背景

電動機作為拖動系統(tǒng)中的重要組成部分在國民經(jīng)濟中占有舉足輕重的地位，它的使用幾乎滲透到了各行各業(yè)，是工業(yè)、農(nóng)業(yè)和國防建設(shè)及人民生活正常進行的重要保證，因而確保電動機的正常運行就顯得十分重要，而在使用中造成電機燒毀甚至引發(fā)重大安全事故的事件屢見不鮮，據(jù)不完全統(tǒng)計全國每年僅因電動機燒毀所消耗的電量就達數(shù)千萬度，電動機燒毀的數(shù)量達20萬臺次以上，容量約0.4億千瓦，因維修所耗的電磁線約5000萬公斤，修理費達20億元，而因停工停產(chǎn)所造成的損失更是一個無法估量的巨大數(shù)目。

我國的電動機保護裝置大約經(jīng)歷了全面仿蘇、自行設(shè)計、更新?lián)Q代、智能化發(fā)展等幾個階段。值得一提的是由于近年來微處理器技術(shù)的發(fā)展，給電動機保護器向智能化、多功能化方向發(fā)展提供了硬件平臺，使得電機保護進入了一個飛速發(fā)展的階段。

熱繼電器、熔斷器和電磁式電流繼電器

在建國初期，我們引進了蘇聯(lián)的JR系列熱繼電器，從而開始了其在中國電機保護行業(yè)中長達半個世紀的生涯，直到1996年國家八部委聯(lián)合發(fā)文強制將其淘汰。熱繼電器在電子業(yè)尚不發(fā)達的時代曾是電機過載保護的首選產(chǎn)品，它是利用雙金屬片熱效應(yīng)工作的，雙金屬片是由不同膨脹系數(shù)的兩片金屬鉚合而成，當電流通過時它將產(chǎn)生熱量，并向膨脹系數(shù)小的一邊彎曲，電流的大小和彎曲的程度成正比，當電流超過熱繼電器整定電流的一定倍數(shù)時就會啟動其中的脫扣裝置從而切斷主回路達到保護的目的。但熱繼電器存在致命的缺陷，包括整定粗糙、受環(huán)境影響大、重復(fù)性差、誤差大及功能單一等，已無法滿足越來越高的要求，因而也就無法避免被淘汰的命運。

很多人把熔斷器作為電機的過載保護，其實這是一種不科學的做法。因為首先受其規(guī)格限制無法按電機額定電流進行準確設(shè)定，況且如果熔斷器規(guī)格選得太小容易造成斷路，使電機單相運行，如果熔斷器規(guī)格選得太大，則達不到過載保護的效果。

電磁式電流繼電器具有過載、堵轉(zhuǎn)保護功能，有的還有缺相保護，其過載保護具有反時限特性，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，機械制造精度高，價格高且體積龐大，因而目前已被基本淘汰。

模擬電子式電動機保護器（電機保護器）

在上個世紀七八十年代，隨著半導(dǎo)體模擬器件的興起及普及，涌現(xiàn)出了一批性能比較可靠、功能多樣化的電子式電動機保護器（電機保護器），為電機的可靠運行提供了較可靠的保障，但這類產(chǎn)品仍存在一些無法克服的缺陷，包括如下幾個方面：

1.整定精度不高，模擬電子式電動機保護器（電機保護器）均采用電位器進行額定電流的整定，然而要使電位器滑動臂的旋轉(zhuǎn)角度與其阻值成較好的線形關(guān)系比較困難，特別是在大批量生產(chǎn)中更是難以做到，另外，操作者的整定誤差也是難以避免的，特別是對于那些沒有設(shè)定值顯示的產(chǎn)品。

2.采樣精度不高，模擬線路對電流互感器的非線性問題束手無策，即使可以校正也會使線路變得非常復(fù)雜，甚至無法實際使用，因而大部分廠家只好將非線性問題依賴于提高電流互感器的線性，而實際上要想由矽鋼片做成的電流互感器在很寬的范圍內(nèi)保持線性是非常困難的，行內(nèi)人士知道用于電動機保護器（電機保護器）采樣的電流互感器需考慮的最大使用范圍至少為被保護電機額定電流的7倍，因為電動機在堵轉(zhuǎn)情況下會達到5-7倍的額定電流；另外，采樣線路本身也存在非線性問題。基于這些技術(shù)難題，要實現(xiàn)高精度的采樣自然就成了一句空話。

3.無法實現(xiàn)具有多種保護功能于一體的全保護，隨著社會的發(fā)展，人們對電機保護的要求也越來越高，希望電動機保護器（電機保護器）的功能多樣化，性能可靠，接線簡單，界面直觀且體積要小，這些都是純粹的模擬線路根本無法實現(xiàn)的。

鑒于以上原因，純粹模擬線路的電動機保護器（電機保護器）正逐漸被其它一些更先進的技術(shù)產(chǎn)品所代替。

數(shù)字電子式電動機保護器（電機保護器）

這類電動機保護器（電機保護器）主要以單片機作為控制器，可實現(xiàn)電機的智能化綜合保護，有的還具有遠程通訊功能，可在PC機上實現(xiàn)對多達256臺聯(lián)網(wǎng)的電機實現(xiàn)在線綜合監(jiān)視與控制，在采樣和整定精度方面有質(zhì)的飛躍，可對采樣信號進行軟件非線性校正，并可實現(xiàn)真有效值計算，從而極大地降低了被測信號波形畸變的影響，真正實現(xiàn)了高精度采樣，在整定方面采用數(shù)字設(shè)定，通過鍵盤由用戶自行現(xiàn)場設(shè)定，不存在誤差，還可為過載保護設(shè)置多條更科學的反時限曲線。因為采用了單片機就使得在相同硬件條件下集多種功能與一體的綜合保護器的出現(xiàn)成為可能，隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，電動機保護器（電機保護器）正朝著智能化，綜合化，高精度，高可靠方向發(fā)展。

目前的電動機保護器（電機保護器）普遍是根據(jù)電流的大小來決定是否需要保護，這顯然沒有考慮到環(huán)境因素對電機的影響。電機是否需要保護其根本的判斷依據(jù)應(yīng)該是電機繞組溫度是否超過其絕緣等級溫度，在相同電流的情況下，對于環(huán)境溫度高的電機其燒毀的可能性顯然要大于環(huán)境低的電機，這就說明單純通過電流的大小來判斷電機是否需要保護并不是十分科學的，不能達到對電機在各種環(huán)境下的完全保護?；谶@些原因，對電機繞組的溫升特性實行數(shù)學建模，仿真出電機繞組的溫度，從而決定電機是否需要保護將是一個必要的研究課題，值得慶幸的是已有這樣的產(chǎn)品研制成功，

另外還有一類采用直接測量電機繞組溫度的溫度型電動機保護器（電機保護器），該系列電動機保護器（電機保護器）是通過在繞組中埋入溫度傳感器而實現(xiàn)溫度測量的，它具有溫度測量準確，對頻繁啟動、通風不良、環(huán)溫過高等情況下的電機都能可靠保護等優(yōu)點。但這類電動機保護器（電機保護器）的使用前提是必須在電動機制造過程中將傳感器裝入電動機內(nèi)部，因而對于現(xiàn)有的沒裝傳感器的電動機就無能為力。另外，一旦傳感器失效維修就變得十分困難，如果人們在使用中發(fā)現(xiàn)傳感器損壞，一般就棄之不用。因此，嵌入傳感器式溫度保護器在推廣應(yīng)用中存在很大困難。

同所有的產(chǎn)品一樣，電動機保護器（電機保護器）經(jīng)歷了由低級到高級、由簡單到復(fù)雜逐漸科學完善的發(fā)展過程，在這個過程中一批批技術(shù)人員傾注了大量的熱情與心血。雖然電動機保護器（電機保護器）已發(fā)展到了微電子時代，電動機保護器（電機保護器）的課題將永遠不會停止，仍然需要我們百倍努力，仍有大量的工作等著我們?nèi)プ?，例如，電動機保護器（電機保護器）仍沒有國家標準，導(dǎo)致市場上產(chǎn)品良莠不齊，這就說明電動機保護器（電機保護器）成長之路還很漫長，我們期待著電機保護行業(yè)的健康發(fā)展。

《電機設(shè)計》主要論述電機設(shè)計的基礎(chǔ)理論及具體的設(shè)計方法。全書共分6章，分別包涵了電機設(shè)計基礎(chǔ)理論、異步電機設(shè)計、同步電機設(shè)計、直流電機設(shè)計、變壓器設(shè)計和特種電機設(shè)計六大部分內(nèi)容。《電機設(shè)計》第1章精辟地論述了電機的主要參數(shù)之間的關(guān)系、磁路計算、參數(shù)計算、損耗與效率計算等電機設(shè)計的基礎(chǔ)理論知識，隨后的各章，分別論述了各種電機的具體設(shè)計方法，給出了完整的設(shè)計程序，還附有實際的算例予以示范?！峨姍C設(shè)計》編排獨特、構(gòu)思新穎、基礎(chǔ)理論論述精練、設(shè)計程序豐富、實際算例詳實，可作為相關(guān)專業(yè)的教材和參考書，還可供有關(guān)技術(shù)人員選用。

《旋轉(zhuǎn)電機設(shè)計》（原書第2版）是一本重要的參考書籍，它對旋轉(zhuǎn)電機設(shè)計的理論原理和技術(shù)進行了深入論述。本書是原書的第2版，它提供了電機設(shè)計新理論和指南，同時還包括了永磁同步電機和同步磁阻電機的新研究進展。