起重机械电动机过热保护功能探讨*

袁晓金，段志梅，姚 锴，段艳涛

（1.红河州质量技术监督综合检测中心，云南蒙自 661199；2.红河学院，云南蒙自 661199）

0 引言

新版起重机械检验规则（TSG Q7015-2016[1]/TSG Q7016-2016[2]，简称“新检规”）于2016年7月1日颁布实施。较上一版检规（TSG Q7015-2008/TSG Q7016-2008，简称“老检规”）而言，电气保护方面变化比较明显之处是增加了“电动机的保护”这一检验项目。新检规的“电动机的保护”来源于GB 6067.1-2010[3]中8.1“电动机的保护”要求。根据GB 6067.1-2010中8.1项目的实际内容表述可以判断出，“电动机的保护[3]”是一种错误或者不恰当的表述方式，该词过于宽泛。根据GB/T 5226.32-2017[4]中7.3的表述要求，“电动机的保护”一词应更改为“电动机的过热保护[4]”，这样才更准确且严谨。本文所述的“电动机的过热保护”就是“新检规”和GB 6067.1-2010中8.1所提及的“电动机的保护”。

针对“电动机的保护”/“电动机的过热保护”功能而言，无论是GB 6067.1-2010中8.1还是GB/T 5226.32-2017中7.3都只是笼统、简单的描述，并没有讲明具体该如何实现，没有电学基础的检验人员会一头雾水。本文首先把“电动机的过热保护”功能分解为3种实现方式，即热过载保护、超温度保护和限流保护；其次，通过结合具体实例图纸，把3种实现方式的实现原理和使用的关键电器元件逐一详细地解释清楚，能够让广大的一线非电类检验人员更容易接受。检验人员只需对照图纸，找到每种电动机保护方式的关键电器元件（热继电器、过电流继电器、温度继电器）即可，为起重机械的安全检验把好关。

1 电动机过热保护功能

1.1 设置条件

额定功率超过2 kW的电动机应配备电动机过热保护功能[4]。

1.2 实现方式

结合GB/T 5226.32-2017中7.3和GB 6067.1-2010中8.1的要求可知，电动机过热保护可由以下方式实现：（1）热过载保护[3]；（2）超温度保护[4]；（3）限流保护[4]。

电动机应具有如上1种或1种以上的保护功能（电动葫芦除外），具体选用应按电动机及其控制方式确定。

1.3 热过载保护

图1所示为一起重机大车运行电机控制原理，采用变频调速控制系统。大车运行电机为4M1、4M2，制动器为4Y1、4Y2。大车运行电机4M1、4M2的热过载保护功能是靠热继电器4F1、4F2来实现的。

4F1、4F2是双金属片式热继电器，且均为三相式，有带断相保护和不带断相保护两种形式[5]。热继电器是一种利用电流热效应原理工作的电器。热继电器4F1、4F2的热元件和双金属片分别串接于电动机4M1、4M2的定子电路中。当电动机4M1、4M2发生过载、断相、三相电源严重不平衡等故障使电动机过流且超过整定值时，双金属片会因受热而产生弯曲变形，通过内部连杆机构使其常闭触头（453～455、455～457）打开。其常闭触头（453～455、455～457）通常串接在电动机4M1、4M2控制电路中的相应接触器线圈回路中，常闭触头（453～455、455～457）打开时，接触器线圈电源断开，进而就切断电动机4M1、4M2的工作电源，电动机4M1、4M2就得到了保护。热元件也因电动机4M1、4M2的失电而逐渐降温并冷却，直至恢复到原始状态。经过手动或自动复位，热继电器4F1、4F2返回到原来状态，为下次动作做好了准备。

电动机在实际运行中，常会发生因异常工作状态导致电动机过载运行，从而使电动机绕组中电流增大，温度升高。若过载时间长，过载电流大，电动机绕组的温升就会超过允许值，轻则会加速电动机绕组绝缘老化，严重时会使电动机绕组烧毁。因此电动机热过载保护是一种非常重要的电动机保护方式。

1.4 限流保护

图2所示为一起重机大车运行电机控制原理，采用转子串接电阻调速控制系统。大车运行电机为1Md、2Md，制动器为1Td、2Td。大车运行电机1Md、2Md的限流保护功能靠过电流继电器3LJ、4LJ来实现。

大车运行电机1Md、2Md是绕线式三相异步电动机，通过在电动机1Md、2Md的转子外电路上串接可变电阻来实现调速功能。通过对可变电阻的调节，使电动机1Md、2Md的转差率加大，改变电动机的机械特性斜率，使电动机1Md、2Md在较低的转速下运行，以实现调速的一种方式。串接的电阻越大，电动机1Md、2Md的转速越低。这种调速方式设备结构简单、控制方便、价格便宜，但转差功率以发热的形式消耗在调速电阻上，效率随转差率增加而等比下降。

过电流继电器3LJ、4LJ在电路正常工作时不动作，电流整定值应约为电动机1Md、2Md最大启动电流的1.25倍[3]。过电流继电器3LJ、4LJ的线圈串接在电动机1Md、2Md定子电路中。当线圈的电流高于额定值，且达到过电流继电器3LJ、4LJ的整定值时，过电流继电器3LJ、4LJ的衔铁吸合，触头机构动作，此时过电流继电器3LJ、4LJ的常闭触头将打开[6]。过电流继电器3LJ、4LJ的常闭触头通常串接在电动机1Md、2Md控制电路中的相应接触器线圈回路中，常闭触头打开时，接触器线圈电源断开，进而切断1Md、2Md电动机的工作电源，电动机1Md、2Md就得到了保护。

1.5 超温度保护

图1 变频调速

图2 串接电阻调速

超温度保护功能的实现通常是在起重机械被保护的电动机内设置热传感元件来实现。温度继电器是实现超温度保护功能理想的电器元件。温度继电器又称温度开关，用于当测量点介质的温度达到设定值时，输出一路或多路开关量控制信号，以控制被控对象。温度继电器分为双金属片式和热敏电阻式两种。双金属片式温度继电器的工作原理类似于热继电器，体积偏大而多置于电动机绕组的端部，故很难及时反映温度上升的情况，以致发生动作滞后的现象。热敏电阻式温度继电器有正温度系数和负温度系数两种，正温度系数热敏电阻具有明显的开关特性、电阻温度系数大、体积小、灵敏度高等优点而得到广泛应用，其热元件（热敏电阻）直接埋置于起重机械被保护的电动机定子槽内或绕组的端部[5]。当电动机绕组的温度超过设定值时，其常闭触头将打开。温度继电器的常闭触头通常串接在被保护电动机控制电路中的相应接触器线圈回路中，常闭触头打开时，接触器线圈电源断开，进而切断被保护电动机的工作电源，被保护电动机就得到了保护。

温度继电器的触头在电路图中的图形符号与电压或电流继电器相同，只是在符号旁标注字母“θ”[7]。

2 结束语

本文对热过载保护、超温度保护和限流保护这3种电动机过热保护方式进行了详尽剖析，把电动机复杂的电气原理图简单化。广大一线非电类专业的检验人员只需对照所检起重机械的电动机主电路部分，直接寻找相应电动机保护方式的关键电器元件（热继电器、过电流继电器、温度继电器），然后对号入座，就可以很容易地弄清楚“电动机过热保护”的具体实现方式，为起重机械的检验把好安全关。