電氣控制系統(tǒng)中電動(dòng)機(jī)的節(jié)能保護(hù)

趙長(zhǎng)敬

（唐山唐鋼氣體有限公司，河北 唐山 063000）

電動(dòng)機(jī)是機(jī)械設(shè)備的主要?jiǎng)恿敵鲅b置，隨著工業(yè)生產(chǎn)步伐的加快，它的應(yīng)用作用被更好的彰顯出來。電動(dòng)機(jī)的振動(dòng)故障問題會(huì)導(dǎo)致設(shè)備內(nèi)部繞組出現(xiàn)松動(dòng)，進(jìn)而容易引發(fā)電氣事故，縮短設(shè)備使用壽命。嚴(yán)重的電動(dòng)機(jī)振動(dòng)故障問題還會(huì)對(duì)同一系統(tǒng)內(nèi)的其他設(shè)備運(yùn)行產(chǎn)生影響，給生產(chǎn)實(shí)踐帶來嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。因此，必須掌握高壓電動(dòng)機(jī)的常見故障類型和故障原因，采用有效的診斷和處理方法，及時(shí)解決電動(dòng)機(jī)故障問題，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)為了保障電動(dòng)機(jī)的安全穩(wěn)定性，在電氣控制系統(tǒng)中設(shè)置一定的保護(hù)措施，主要針對(duì)的是電動(dòng)機(jī)運(yùn)行中可能出現(xiàn)的短路、過載、漏電等問題，避免電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)損壞或是壽命受損。在電氣控制系統(tǒng)運(yùn)行的過程中，一旦發(fā)下異常情況，它就會(huì)發(fā)出預(yù)警，提醒工作人員進(jìn)行檢查。電氣控制系統(tǒng)的應(yīng)用可以極大的降低電動(dòng)機(jī)損壞的風(fēng)險(xiǎn)。

1 電氣控制系統(tǒng)簡(jiǎn)述

電氣控制系統(tǒng)的應(yīng)用范圍十分廣泛，幾乎涵蓋了所有高壓和低壓電氣設(shè)備，但需注意的是，對(duì)于不同的電氣設(shè)備，電氣控制系統(tǒng)所采用的控制電路往往存在較大的差異。電氣控制系統(tǒng)的控制電路主要包括供電回路、保護(hù)回路、信號(hào)回路、自動(dòng)和手動(dòng)回路、制動(dòng)停車回路以及自鎖和閉鎖回路等多項(xiàng)內(nèi)容，在系統(tǒng)運(yùn)行的過程中，通過各個(gè)回路的協(xié)調(diào)為電氣設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行創(chuàng)造一個(gè)良好的條件。電氣控制系統(tǒng)的功能主要包括以下幾個(gè)方面：其一，自動(dòng)控制。所有電氣設(shè)備的運(yùn)行都需要電源的支持，這樣就不可避免的會(huì)涉及到高電壓或大電流等高危情況，在這樣的情況下，為了保障實(shí)際操作的安全性，必須盡可能排除人為因素，即設(shè)置一套自動(dòng)控制系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)高電壓和大電流的分、合閘。比較典型的情況就是設(shè)備管出現(xiàn)故障時(shí)，通過電氣控制系統(tǒng)將電路切斷，為維修工作創(chuàng)造條件。其二，電氣設(shè)備保護(hù)。在電氣設(shè)備運(yùn)行的過程中，電氣控制系統(tǒng)可以對(duì)設(shè)備運(yùn)行中的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控，一旦發(fā)現(xiàn)異常，即時(shí)作出反饋，一方面啟動(dòng)保護(hù)措施避免設(shè)備遭到破壞，另一方面提醒工作人員進(jìn)行檢查和維修工作。其三，監(jiān)視。電氣控制系統(tǒng)能夠?qū)﹄姎庠O(shè)備是否處于通電狀態(tài)進(jìn)行判斷，基于此，工作人員在進(jìn)行電氣設(shè)備操作時(shí)，就可以通過電氣控制系統(tǒng)中的監(jiān)視系統(tǒng)將電信號(hào)轉(zhuǎn)化為視聽信號(hào)，協(xié)調(diào)幫助工作人員對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)?，F(xiàn)階段，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)正呈現(xiàn)出智能化和自動(dòng)化的發(fā)展趨勢(shì)，許多老舊的儀表和組件逐漸替換為電子組件，使得其可靠性和靈活性等得到了大幅度的提升，在電氣設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)和保護(hù)中發(fā)揮出了更加優(yōu)秀的效果。

2 電動(dòng)機(jī)故障原因

2.1 軸承部件的溫度過高

軸承是高壓設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵部件，但這一部件也是機(jī)械故障多發(fā)的部分，需要能對(duì)這種故障成因以及發(fā)展有全面的掌握。在判斷故障類型以及故障成因的階段中，要能對(duì)故障有透徹的分析，進(jìn)而在判斷故障的時(shí)候有精準(zhǔn)高效的效果。實(shí)際造成軸承結(jié)構(gòu)溫度偏高的因素較多，首先，如果高壓設(shè)備所使用的潤(rùn)滑油中含有一定量雜質(zhì)就增加軸承運(yùn)轉(zhuǎn)中的摩擦力，使軸承溫度升高。其次，在使用高壓設(shè)備的階段中出現(xiàn)啟動(dòng)頻率過于頻繁、設(shè)備運(yùn)行以及裝載方式選擇不當(dāng)，都可能會(huì)導(dǎo)致設(shè)備發(fā)生躥軸類型振動(dòng)，并對(duì)設(shè)備的彈夾造成損毀，最終致使設(shè)備出現(xiàn)溫度升高的問題。第三，現(xiàn)代高壓設(shè)備為了防止軸承出現(xiàn)溫度過高的問題，在設(shè)備中還安裝有冷卻器組件，但如果在冷卻器運(yùn)行狀態(tài)下出現(xiàn)了進(jìn)水量偏低或者是進(jìn)水管路結(jié)垢的問題，那么就會(huì)影響冷卻器組件作用的發(fā)揮，導(dǎo)致軸承的溫度難以得到控制。

2.2 齒輪傳動(dòng)故障

（1）故障形式。齒輪傳動(dòng)的過程中，常因運(yùn)維不當(dāng)產(chǎn)生多種形式的故障，并且故障形式會(huì)隨著影響因素的變化而改變，常見故障形式主要有：齒面破損、斷齒、齒面摩擦、齒面彎曲、齒面膠合等。

（2）振動(dòng)特點(diǎn)。齒輪發(fā)生故障后，齒輪振動(dòng)效果會(huì)受到影響，分析齒輪振動(dòng)影響因素，分別分析齒輪在常規(guī)和非常規(guī)狀態(tài)下的振動(dòng)表現(xiàn)，了解振動(dòng)水平存在的不同，在此期間，借助嚙合頻率、幅值調(diào)制、倍頻成分、頻率調(diào)制的差異具體掌握振動(dòng)信號(hào)受不同類型故障影響的表現(xiàn)。

（3）試驗(yàn)系統(tǒng)及系統(tǒng)故障。齒輪傳統(tǒng)系統(tǒng)在試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行性能測(cè)試，試驗(yàn)臺(tái)的組成部分，不可見內(nèi)容即電流、速度、傳感器、轉(zhuǎn)矩、電壓等，其中，距離控制柜三米的位置即電流和傳感器，這兩個(gè)裝置主要用來監(jiān)測(cè)信號(hào)；傳感器靈敏度為5.2A/V，頻率范圍在0和1050Hz之間，110kHz數(shù)采系統(tǒng)，高效測(cè)量不同條件下的電流值。故障類型測(cè)試的過程中，組織不同的故障試驗(yàn)，試驗(yàn)種類主要有四類，不同種類故障測(cè)試工作開始之前，事先預(yù)測(cè)基準(zhǔn)值，在故障循序引入的前提下開始試驗(yàn)，要想全面獲知雙譜分析法在不同類故障中的特點(diǎn)，通過應(yīng)用不同齒輪進(jìn)行特點(diǎn)總結(jié)，試驗(yàn)進(jìn)行時(shí)，對(duì)齒輪逐一標(biāo)號(hào)，設(shè)置采集頻率為110kHz，采集點(diǎn)為1602×103，數(shù)據(jù)長(zhǎng)度約為s。雙譜分析法參與計(jì)算時(shí)，應(yīng)用數(shù)據(jù)幀為102×103的點(diǎn)離散傅里葉變換，這對(duì)噪聲消除具有良好的效果，同時(shí)，還能有效預(yù)防頻譜泄露，大大提高頻率分量準(zhǔn)確性。

2.3 振動(dòng)故障

在交流類型異步電機(jī)設(shè)備正常運(yùn)行狀態(tài)下，設(shè)中的核心組件會(huì)處于高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下，并且也會(huì)伴隨高頻率的振動(dòng)。而這種高頻率類型的振動(dòng)也會(huì)使交流類型異步電機(jī)設(shè)備的中的螺絲部件松動(dòng)，影響設(shè)備整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，甚至還會(huì)促促使地基下沉。其次，在交流類型異步電機(jī)設(shè)備高頻振動(dòng)的影響下，聯(lián)軸器部件上的螺絲也會(huì)發(fā)生松動(dòng)，聯(lián)軸器部件發(fā)生頂死摩擦，端蓋部分也有可能發(fā)生破裂。

3 電氣控制系統(tǒng)中電動(dòng)機(jī)的保護(hù)環(huán)節(jié)分析

（1）短路保護(hù)。結(jié)合實(shí)踐來看，當(dāng)前階段大部分電動(dòng)機(jī)師事故都是由于發(fā)熱引起的，而這種現(xiàn)象產(chǎn)生的原因多為電動(dòng)機(jī)線路絕緣皮損壞形成的短路。短路故障會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)工作回路中出現(xiàn)瞬時(shí)大電流，使電動(dòng)機(jī)被燒毀。由此可見，針對(duì)電動(dòng)機(jī)的短路保護(hù)十分必要。在電氣控制系統(tǒng)中，針對(duì)電動(dòng)機(jī)短路問題，最常采取的保護(hù)措施即為加設(shè)熔斷器、過流繼電器以及自動(dòng)開關(guān)等設(shè)備。將上述設(shè)備加入到電路中，可以在電路中出現(xiàn)瞬時(shí)大電流的情況下切斷工作回路，避免其遭到損壞。在多種方法中，過流繼電器和自動(dòng)開關(guān)的應(yīng)用較為廣泛。

（2）過電流保護(hù)。過電流常常出現(xiàn)在電氣設(shè)備啟動(dòng)時(shí)，此時(shí)若需要帶動(dòng)的外在過大，就會(huì)引發(fā)瞬時(shí)過電流現(xiàn)象。過電流本身影響不大，但是容易導(dǎo)致電氣控制回路出現(xiàn)短路，進(jìn)而損壞電氣設(shè)備。對(duì)于過電流問題，最有效的保護(hù)和預(yù)防方法就是在電路中安裝過流繼電器和自動(dòng)開關(guān)，采用串聯(lián)的方式，這樣以來，如果電氣設(shè)備啟動(dòng)的時(shí)候出現(xiàn)瞬時(shí)電流造成的短路，就可以即時(shí)切斷供電回路，保護(hù)電動(dòng)機(jī)不受損壞。

（3）過載保護(hù)。除了短路以外，過載也會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)發(fā)熱，若是長(zhǎng)期處于過載狀態(tài)下，電動(dòng)機(jī)繞組線圈中就會(huì)集聚大量的熱量無法散去，最終造成電動(dòng)機(jī)的損壞。針對(duì)這一問題，最有效的保護(hù)措施就是加裝熱繼電器，對(duì)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行過程中的熱量情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，同時(shí)設(shè)置一定的范圍，一旦熱量超限，即切斷回路，保護(hù)電動(dòng)機(jī)不受傷害。

（4）欠電壓保護(hù)。在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的過程中，若是出現(xiàn)電壓降低的情況，電流就會(huì)大幅度增加，若是長(zhǎng)時(shí)間維持這種狀態(tài)，電動(dòng)機(jī)會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，最終燒毀設(shè)備。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因是在外載以輸出功率不變的情況下，電壓降低就會(huì)導(dǎo)致電流增大。針對(duì)這一問題最有效的保護(hù)方式是安裝欠電壓繼電器和自動(dòng)開關(guān)，他們可以在電壓下降到允許范圍的情況切斷回路。

（5）零電壓保護(hù)。在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的過程中，若是突然停電，電壓會(huì)瞬間歸零，若是再次通電，電動(dòng)機(jī)就會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)，此時(shí)其內(nèi)部就會(huì)產(chǎn)生瞬時(shí)電流，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)損壞。此外，在同一個(gè)電氣系統(tǒng)中同時(shí)存在多個(gè)電動(dòng)機(jī)，在所有電動(dòng)機(jī)同時(shí)啟動(dòng)時(shí)，就會(huì)平分電壓，此時(shí)可能出現(xiàn)單個(gè)電動(dòng)機(jī)電壓不足的情況，產(chǎn)生大電流，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)持續(xù)發(fā)熱出現(xiàn)損壞。因此，在電網(wǎng)斷電的情況下，應(yīng)該及時(shí)關(guān)閉電動(dòng)機(jī)，這樣就可以避免電源恢復(fù)時(shí)電動(dòng)機(jī)自啟。

4 結(jié)語

綜上所述，電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行的過程中，經(jīng)常因各類因素出現(xiàn)諸如短路、過電流、過載等故障問題，因此有必要在電氣控制系統(tǒng)中設(shè)置一定的保護(hù)環(huán)節(jié)，針對(duì)這些可能出現(xiàn)的問題為電動(dòng)機(jī)提供保護(hù)，避免其出現(xiàn)損壞，影響到電氣設(shè)備的正常運(yùn)行。