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案例頻道 在工業(yè)領(lǐng)域，多系統(tǒng)理念引發(fā)了針對單個機器和設(shè)備系統(tǒng)的整體思考。這主要涉及能源管理、維護和可用性。在此背景下，監(jiān)控繼電器的地位變得更加重要，該“保護天使”為高效的驅(qū)動技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。
隨著自動化技術(shù)的發(fā)展和種類的日漸增多，對生產(chǎn)和裝配過程進行全面監(jiān)控的需求愈加增強。監(jiān)控繼電器和傳感器配合使用能夠?qū)崿F(xiàn)這一目的。它們可以作為機器和設(shè)備的“眼睛和耳朵”，對它們進行監(jiān)視。為此，西門子自動化和驅(qū)動集團推出了Sirius 3UG4系列監(jiān)控繼電器，該系列繼電器可監(jiān)控電氣和非電氣變量（圖 1）。為了能夠盡早識別電源和電壓故障，以避免可能造成的損壞，單相和三相電源均可以采用監(jiān)控繼電器進行監(jiān)控。例如：通過識別相序，該繼電器能夠保證驅(qū)動器的轉(zhuǎn)向正確。
當(dāng)發(fā)生相序故障或者控制電源電壓斷相時，監(jiān)控繼電器可監(jiān)控到并即時報告相序或斷相故障。在這些情況下，異步交流電機僅通過兩相電源運行，它的不穩(wěn)定運行狀態(tài)（轉(zhuǎn)矩振蕩）會損傷軸和軸承，并可能導(dǎo)致驅(qū)動器出現(xiàn)快速過熱，進而停止運轉(zhuǎn)。這種情況極為常見，它可以提前、有效地加以預(yù)防。
與之類似的情況時有發(fā)生，為什么這些機器設(shè)備還能夠持續(xù)運轉(zhuǎn)？原因就在于它們通過監(jiān)控繼電器有效預(yù)防了電機的過熱，并能夠檢測相序的不對稱。此功能既適合相應(yīng)的不對稱負荷網(wǎng)絡(luò)，又適用于發(fā)生斷相故障的能量恢復(fù)系統(tǒng)。
憑借其寬泛的電壓范圍－160 V至690 V，在無獨立輔助電壓的情況下，三相電源監(jiān)控繼電器可以在全球范圍內(nèi)廣泛應(yīng)用。17 V至600 V的單相電壓變量分作三個區(qū)間。通過顯示實際值和故障類型，該繼電器能夠快速而又安全地診斷數(shù)字變量。例如：當(dāng)降低電源電壓時，電機電流提高，進而導(dǎo)致電機出現(xiàn)不期望的升溫。此時，監(jiān)控繼電器將報告上述狀況，并在特定情況下斷電。此外，在過壓情況下，它們也將執(zhí)行上述操作。
提供電流的重要數(shù)據(jù)
除了電壓以外， 監(jiān)控繼電器還能提供有關(guān)電機優(yōu)化運行的重要數(shù)據(jù)。繼電器能夠進行專業(yè)監(jiān)控－例如：僅需一個繼電器3UG4641即可同時監(jiān)控cos φ和有功電流（圖2）。
因此，機器和設(shè)備制造商對這種繼電器產(chǎn)生了濃厚的興趣。無論功率因數(shù)cos φ，還是電機消耗的有功電流，都取決于其負荷情況。這表明，對于兩種參數(shù)，只要掌握了其中一個數(shù)據(jù)，即可輕易獲得電機的負荷等級。因此，通過這種簡單的途徑，即可監(jiān)控電機的負荷情況；另外，在對有功電流進行監(jiān)控時，該方法適用于電機的整個轉(zhuǎn)矩范圍。
圖1Sirius系列監(jiān)控繼電器致力于電氣驅(qū)動器的優(yōu)化運行
圖2：3UG4監(jiān)控繼電器能夠持續(xù)監(jiān)視電源和電機電壓
它們之間的相互關(guān)系如下：通過提高電機負荷，能夠顯著增大視在電流，尤其是額定轉(zhuǎn)矩將超比例地增大。然而，額定負荷之下的功率因數(shù)cos φ將率先發(fā)生重大變化。然而，在總體范圍內(nèi)，它所引起的有功電流Ires－即cos φ 和 I 的乘積，表明電機負荷和測量值之間存在一種近似的線性關(guān)系，因此，不通過電壓，即可監(jiān)控電機負荷。借助于這種監(jiān)控繼電器的測量精度，甚至可以監(jiān)控空轉(zhuǎn)電流小于0,5 A的小型單相電機。cos-φ和有效電流的單相監(jiān)控繼電器具備寬泛的控制電壓范圍－交流90 V至690V。
通過對cos φ進行監(jiān)控，并對補償設(shè)備進行控制，此類繼電器能夠提高電機效率，從而為機器和設(shè)備制造商進行高效的能源管理奠定基礎(chǔ)。隨著能源價格的不斷上漲，預(yù)計能源管理將更加重要。
通過窗口監(jiān)控和有功電流測量，這些繼電器能夠獨立識別開關(guān)柜和電機之間的電纜斷線以及相故障。此外，它們還能夠快速診斷、并排除故障，從而提高了電機的可用性。
在交流/直流24 V至240 V、寬泛的電源電壓范圍內(nèi)，可使用單相電流監(jiān)控繼電器3UG463。僅需兩個執(zhí)行裝置，即可記錄范圍介于3 mA 至10 A的電流。這些儀表適用于頻率為40 Hz至500 Hz的交流電壓。此外，它們還可用于直流電源。作為數(shù)字執(zhí)行裝置，這些獨立的電流記錄儀能夠顯示測量儀表的實際值和故障起因。通過對測量電流進行高度解析，這些儀表甚至可作為閾值開關(guān)，以便評估外部模擬信號－例如：電流介于4 mA 和20 mA之間的該信號。
系統(tǒng)溫度監(jiān)控－旨在提高電機的使用壽命
監(jiān)控繼電器最重要的功能在于對故障和過負荷的診斷。在某些行業(yè)應(yīng)用里， 對于驅(qū)動器的使用壽命，外界影響－尤其是外部供電溫度－扮演著決定性角色。然而，電流保護裝置未能提供理想的解決方案。
熱敏電阻型電機保護繼電器3RN1能夠解決下述問題－離心機、變頻驅(qū)動器的重載啟動，頻繁的開關(guān)、制動過程，以及灰塵沉積造成的非正常的電機冷卻（圖3）。它能夠直接測量電機繞組溫度。在此，可以使用帶兩個傳感器的繼電器、以及帶六個傳感器的繼電器－例如：適用于開采巷道。通過使用上述繼電器，能夠定義不同的溫度范圍，這也是它們的優(yōu)勢之所在。因此，在溫度上升時，能夠首先發(fā)出告警信號，隨后立即斷電。如果電機的溫度達到警告區(qū)，則附加的冷卻單元將被啟動，使電機重新產(chǎn)生正常的溫度等級，以防電機出現(xiàn)故障。
圖3：在十分惡劣的環(huán)境條件下，通過使用熱敏電阻型電機保護繼電器3RN1，能夠直接記錄電機的繞組溫度。
圖4 推薦采用3RS1繼電器，以便直接監(jiān)控電機溫度。
由于此類繼電器尤其適用于惡劣的環(huán)境條件，因此它們能夠滿足較高的要求。一種符合DIN EN 60990(VDE 0106) [2]標(biāo)準(zhǔn)、安全隔離電壓高達300 V的繼電器、以及一種雙穩(wěn)態(tài)繼電器可供選擇使用。此外，熱敏電阻型電機保護繼電器已經(jīng)通過了防爆Atex氣體和塵土防護認(rèn)證。
而且，溫度監(jiān)控繼電器3RS10/3RS11適于測量固體、流體和氣體介質(zhì)的溫度（圖4）。首先，它們適用于電機保護；此外，它們也適用于設(shè)備保護，與熱敏電阻型電機保護繼電器不同，它們可用來監(jiān)控開關(guān)柜的溫度和霜凍情況，還可用來記錄不同的過程變量。
作為可調(diào)的數(shù)字式繼電器，溫度監(jiān)控繼電器能夠取代低端領(lǐng)域的溫度調(diào)節(jié)器。它最多可以連接三個2或3導(dǎo)體型電阻溫度傳感器。作為指定的監(jiān)控元件，數(shù)字式溫度監(jiān)控繼電器適用于發(fā)熱設(shè)備的溫度監(jiān)測。
工業(yè)應(yīng)用
監(jiān)控繼電器家族中的另一個“保護天使”是3UG4624型剩余電流（漏電流）監(jiān)控繼電器。它能夠監(jiān)控裝置，此處的故障電流均由灰塵沉積或濕氣、多孔導(dǎo)線、以及容性故障電流的形成而引起。另外，3UL22電流互感器適用于各種額定故障電流和導(dǎo)線橫截面積。通過配套使用3UG4624剩余電流監(jiān)控繼電器和3UL22電流互感器，能夠隔離監(jiān)控30 mA至40A范圍內(nèi)的告警和斷電閾值。
基于寬泛的電源電壓范圍，該繼電器適用于全球范圍90V至690 V的交流電源。在此，通過對它的實際值和啟動狀態(tài)進行數(shù)字化描述，能夠顯著提高操作的舒適度。
在未接地的交流和直流電源中，相應(yīng)的絕緣監(jiān)控繼電器3UG3被指定進行絕緣監(jiān)控。
為了監(jiān)控非電氣變量，可通過使用監(jiān)控繼電器3UG4501監(jiān)控液位；亦可使用速度監(jiān)控繼電器3UG4651，以監(jiān)控轉(zhuǎn)速。這兩種監(jiān)控繼電器的控制電源電壓為交直流24 V至240 V。最重要的是，液位監(jiān)控繼電器能夠?qū)Ρ眠M行保護，防止其出現(xiàn)干轉(zhuǎn)；另外，還能夠監(jiān)控泄漏情況，并提供過流保護。為此，可向二極或三極傳感器施加交流電壓，并對它們的電流情況進行監(jiān)控。通過可調(diào)的靈敏度，能夠控制靜止的流體。通過可調(diào)的開關(guān)延時，能夠監(jiān)控波動的液體。
如果無法通過cos φ或有功電流進行監(jiān)控，例如：水輪、或通過傳動裝置或皮帶驅(qū)動器、以及大型電機進行的“去耦”應(yīng)用，亦可采用轉(zhuǎn)速監(jiān)控繼電器。
轉(zhuǎn)速監(jiān)控繼電器還適用于運行極慢的電機。跟蹤每次旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)數(shù)，即可始終顯示正確的實際轉(zhuǎn)速。
Sirius系列監(jiān)控繼電器廣泛應(yīng)用于各個工業(yè)領(lǐng)域中，它們能夠持續(xù)監(jiān)控電機，以便快速確定并消除故障。它們能夠持續(xù)提高機器和設(shè)備的可用性，以便實現(xiàn)既定目標(biāo)－實用的“驅(qū)動器的安全天使”。
文獻資料
[1] 西門子股份公司自動化和驅(qū)動集團網(wǎng)址：www.siemens.de/relais
[2] DIN EN 60990 (VDE 0106):2000-10 程序
用于測量觸摸電流和保護性導(dǎo)體電流。
Offenbach：VDE-出版社
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號