【文章內(nèi)容簡介】 電動機(jī)的定子側(cè)線電壓 的是U1， r x1分別代表電動機(jī)定子繞組電阻和電抗 ， r x2分別代表電動機(jī)折算到定子側(cè)的轉(zhuǎn)子電阻以及電抗， 代表電動機(jī)的勵磁電抗 的是 Lm。 電動機(jī)故障分析 一般的從 電動機(jī) 的 機(jī)械角度可以 把電動機(jī)的故障形式 分為繞組損壞 以及 軸承損壞。由于本論文主要研究的是通過電氣測量手段來檢測電動機(jī)的運行狀 況，并根據(jù)實時采集到保護(hù)器的數(shù)據(jù)適時做出保護(hù)動作， 實現(xiàn)對電動機(jī)的 短路、缺相、過載、欠壓、過壓保護(hù)。 因此論文主要分析解決繞組故障。 由前面的電動機(jī)轉(zhuǎn)動基本原理中所介紹的知識可以知道 繞組是電動機(jī) 的重要組成部分。然而繞組是非常容易因為 受潮、受熱、 侵蝕、外力的沖擊 等等外部物理因素而老化損壞 ,而一些電路的故障例如 過載 、欠壓、過 壓 、 缺相 等等也會導(dǎo)致電動機(jī)繞組的故障 。 以下是有關(guān)電動機(jī)繞組 的常見故障的詳細(xì)介紹，介紹的主要內(nèi)容為故障外在現(xiàn)象，故障的產(chǎn)生原因兩個方面 。 第一種 繞組故障是 繞組接地 。該電動機(jī) 故障 的 現(xiàn)象 為 繞組短路發(fā)熱 ，還有 機(jī)殼帶電 以及 控制線路失控 ,在這種情況下電動機(jī)是無法征程運行的 。 該電動機(jī)的繞組 故障 產(chǎn)生 的主要 原因 是鐵心或者電機(jī)殼與繞組之間的絕緣層受到了損壞 ，造成了繞組接地。如果追溯繞組的絕緣擊穿的原因，那就涉及到電動機(jī)的工作環(huán)境的問題，比如潮濕，高溫，腐蝕，等等，而且還不排除人為因素導(dǎo)致的絕緣損壞。 第二種繞組故障是繞組的短路。繞組的短路有很多種，比如說繞組與繞組之間可以產(chǎn)生短路、 繞組匝與繞組匝之間可以產(chǎn)生短路、繞組的相間可以產(chǎn)生短路短路以及繞組的各極間也可以短路。這種故障的主要外在表現(xiàn)是電動機(jī)轉(zhuǎn)動時會產(chǎn)生振動現(xiàn)象，還有噪聲產(chǎn)生，這些都是由三相電流不能平衡導(dǎo)致的。另外還會第二章 電動機(jī)保護(hù)原理介紹 7 有線圈迅速發(fā)熱的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象產(chǎn)生的主要原因是線圈中有短路大電流。有的時候電動機(jī)甚至不能啟動，這些短路產(chǎn)生的原因是絕緣損壞造成的，而造成絕緣損壞的原因就和繞組接地時的絕緣損壞產(chǎn)生的原因基本相同。 第三種繞組故障當(dāng)然就是繞組的斷路。和繞組的短路相似，這種故障可以使電動機(jī)的三線電流不能平衡，從而使電動機(jī)轉(zhuǎn)動不平穩(wěn)而產(chǎn)生振 動和噪聲。還有可能使電動機(jī)溫度過高而有冒煙的現(xiàn)象，有時甚至無法啟動電動機(jī)。產(chǎn)生這種故障的主要原因也應(yīng)該包括兩種方面，即人為因素和環(huán)境因素。人為因素主要有電動機(jī)的轉(zhuǎn)載和維修過程中無意損壞，還有就是電動機(jī)的生產(chǎn)質(zhì)量太差。 而環(huán)境因素主要就是高溫高壓高潮濕使電動機(jī)的接線接觸不良。 解決這些問題的根源在于生產(chǎn)質(zhì)量，如果質(zhì)量好了，其他問題就迎刃而解了。 第三種繞組故障就是繞組接錯故障。這種故障的外在表現(xiàn)主要有電氣特性不平衡，致使電動機(jī)轉(zhuǎn)動不平穩(wěn)，會有轉(zhuǎn)動時的震動，還有噪聲的產(chǎn)生。另外，有時候還會引起電動機(jī)的溫度迅速升高， 甚至導(dǎo)致電動機(jī)無法啟動等等現(xiàn)象。產(chǎn)生這一繞組故障的主要原因是繞組的鏈接方法錯誤，例如經(jīng)常會有人把 “△” 型 電路 接成 “Y” 型 電路，還有就是在維修或者安裝的時候把三相繞組的首尾接反，總而言之，產(chǎn)生這種故障的只要原因就是人為因素導(dǎo)致的。 從以上的對電動機(jī)的故障的分析可以知道電動機(jī)的故障現(xiàn)象基本相同，但是產(chǎn)生故障的原因各不相同，因此要想檢測出電動機(jī)的故障原因是非常困難的。因此本論文主要 從電氣角度分析 電動機(jī)的故障，從而對其進(jìn)行檢測和做出相應(yīng)的保護(hù)動作。 非對稱故障和 對稱故障 是從電氣角度劃分的兩大類故障 。 當(dāng)電動機(jī)發(fā)生匝問短 路 、 接地短路等 情況時就是 電動機(jī)內(nèi)部繞組發(fā)生非對稱故障 了。這種非對稱故障在初期的時候并不會出現(xiàn)一些個明顯的外在現(xiàn)象 ，但是如果不能及時作出相應(yīng)的保護(hù)措施的話就會引起電動機(jī)的溫度過熱，出力變小，從而影響電動機(jī)的正常工作，甚至?xí)率闺妱訖C(jī)的永久性的損壞。因此非常有必要對電動機(jī)進(jìn)行實時的不間斷的檢測，一旦電動機(jī)發(fā)生異常，就可以及時的采取措施對電動機(jī)進(jìn)行保護(hù) 。 表 21 電動機(jī)對稱故障 第二章 電動機(jī)保護(hù)原理介紹 8 對于電動機(jī)的對稱故障，顧名思義，這類故障時電動機(jī)的三相電氣特征基本平衡，他的故障表現(xiàn)形式主要有電流過流，過流的程度不同電動機(jī)的溫 度和性能的異常程度也不同。和非對稱故障一樣，我們依然要對這種故障進(jìn)行實時的檢測，一邊快速及時的排除電動機(jī)的故障，減少經(jīng)濟(jì)損失 。 有關(guān)電動機(jī)的對稱故障的 詳細(xì)情況如表 2l所示。 電動機(jī)保護(hù)原理分析 三個不對稱的向量可以分解成三組對稱的向量 :負(fù)序分量、正序分量以及零序分量，各序分量獨立存在，就是說是唯一的，在不同分量的作用下系統(tǒng)的各個與案件呈現(xiàn)出不同的特性，這是根據(jù)三項對稱分量法的理論得出的結(jié)論。對稱分量的計算公式如下（以 A項為例）： （ ） 式中 1AI 2AI 0AI 分別是 A相電流用對稱分量法分解所得的正序電流，負(fù)序電流和零序電流，算子： 120jea? 。 由式 可以知道，當(dāng)三相電電流之以及不等等于零的時候才有零序電流分量，如果系統(tǒng)采用 中性點不 引出的星形接法 或是 三角形接法 就沒有零序電流分量，因為 三相電電線電流之 和 總 是 為零， 論文對電動機(jī)常見故障的保護(hù)措施進(jìn)行了分析，因為 根據(jù)前面對故障的分析，電動機(jī)在發(fā)生對稱故障以及不對稱故障的時候電動機(jī)的三相電電流會發(fā)生變化。 過流保護(hù) 電動機(jī)損壞的一些個主要的外在變現(xiàn)就是過熱燒毀，其原因就是堵轉(zhuǎn)、三相電電流過大、三相電電負(fù)荷過大以及啟動的時候間過長等等，而不對稱負(fù)荷、定子繞組一相斷線、三相電電源電壓不對稱、不對稱短路等等均可造成電流過大的現(xiàn)象，因此電動機(jī)就是故障率較高的一種設(shè)備 定子繞組通過三項對稱電 流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場對定子本身來說為同步，對于正常運行的電機(jī)的轉(zhuǎn)子來說，二者轉(zhuǎn)速相差不大。一旦三相電流不對稱，則可將三相電流分解成正序電流、零序電流和負(fù)序電流，此時負(fù)序電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場以接近兩倍的同步相對于轉(zhuǎn)子運動。 假設(shè)對應(yīng)的轉(zhuǎn)子正序電流近似為直流電阻 R1，對應(yīng)的轉(zhuǎn)子負(fù)序電阻為交流第二章 電動機(jī)保護(hù)原理介紹 9 電阻 R2，對異步電動機(jī)有： )6~(1 ??RKRR () 與正序電流相同的負(fù)序 電流產(chǎn)生的損耗為正序電流損耗的 RK 倍。所以當(dāng) 三相電流不對稱時，就會有負(fù)序電流產(chǎn)生，轉(zhuǎn)子損耗將顯著增加。特別是在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生倍頻電流流過轉(zhuǎn)子表面，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子局部過熱而燒毀。英國 CEO公司提出了一個反應(yīng)上述熱效應(yīng)的等效電流，叼的概念，定義為： 222212eq IKII ?? (2． 3) 式中： K：為負(fù)序電流發(fā)熱等效系數(shù)，取值在 36； 21I 是電動機(jī)電流正序分量； 22I為電動機(jī)電流負(fù)序分量。根據(jù)等效電流，叼將過流保護(hù)分為三段： (1)neqII 8時設(shè)置電流速斷保護(hù)作為電動機(jī)的主保護(hù)用于電動機(jī)內(nèi)部定子繞組以及進(jìn)線所發(fā)生的相間短路故障。 (2)neqII =5～ 8時設(shè)置定時限過流保護(hù)作為電動機(jī)運行過程中短路保護(hù) 的后備保護(hù)主要針對各類堵轉(zhuǎn)故障。 (3)neqII =1． 15～ 5時設(shè)置反時限過流保護(hù)來防止電動機(jī)長時間過負(fù)荷運行定子部 分過熱而引起的損壞。 負(fù)序電流保護(hù) 電源電壓不對稱、斷相、逆相等故障均會引起負(fù)序電流，這將會在繞組上產(chǎn)生大量熱量，使電動機(jī)嚴(yán)重發(fā)熱，產(chǎn)生不對稱故障。本論文采用兩段定時限負(fù)序電流保護(hù)作為電動機(jī)不對稱故障的主保護(hù)。 零序電流保護(hù) 零序電流保護(hù)即接地保護(hù)，當(dāng)neqII 大于保護(hù)動作電流時，經(jīng)短路延時 t保護(hù)出口動作，依據(jù)用戶要求執(zhí)行保護(hù)動作。 電壓保護(hù) 之所以說有必要對電網(wǎng)電壓進(jìn)行檢測，就是因為電動機(jī)的正常運行守著電網(wǎng)電壓的質(zhì)量的嚴(yán)重影響，電網(wǎng)電壓波形畸變、電壓的波動等等都會給電動機(jī)的正第二章 電動機(jī)保護(hù)原理介紹 10 常工作帶來重大影響，瞬間電壓尖峰或就是電壓跌落甚至可以造成電動機(jī)永久損壞，電壓保護(hù)主要有以下兩種情況： (1)首先是欠壓的情況，當(dāng)檢測到電壓值小于一定值時就應(yīng)該果斷的把電動機(jī)從電路中斷開。 (2)其次就是過壓的情況 ， 與前壓的情況有所不同，過壓應(yīng)該分為兩類情況來處理，根據(jù)檢測 到的電壓值，把過壓分為輕微過壓和嚴(yán)重過壓 ，嚴(yán)重過壓的時候 很明確， 應(yīng)立即跳閘以防止 高壓擊穿；輕微過壓應(yīng)該延時適當(dāng)?shù)臅r間之后再跳閘。 過熱保護(hù) 溫度過高必定影響到電動機(jī)的絕緣性能，如果電動機(jī)的絕緣性沒有了，那么就意味著電動機(jī)要面臨著大修的厄運，甚至是永久性的損毀。因此，可以說溫度是決定電動機(jī)的壽命的重要因素，絕對不能讓電動機(jī)的溫度超過額定溫度。所以，無論是電動機(jī)的故障引起的，還是由于電動機(jī)運行時間過長引起的，都應(yīng)該實時的對電動機(jī)的溫度進(jìn)行檢測，一旦電動機(jī)的溫度超過一定值就采取相應(yīng)的保護(hù)措施， 保證電動機(jī)在合理的正常的溫度范圍內(nèi)運行。 否則應(yīng)立即采取保護(hù)措施保證電動機(jī)工作在正常的溫升范圍之內(nèi)。 通過對電動機(jī)的溫度監(jiān)控，可以更為全面的掌握電動機(jī)的運行情況，從而做到對電動機(jī)的保護(hù)沒有任何疏漏之處。 小結(jié) 本章首先介紹了電動機(jī)的運行原理，然后介紹了電動機(jī)常見故障，這樣我們就對電動機(jī)有了初步的了解，知道了關(guān)于電動機(jī)比較全面的知識，為下一步工作打下了堅實的基礎(chǔ)。而我們的下一步工作就是對電動機(jī)的保護(hù)原理進(jìn)行深入的剖析，這正是本章節(jié)的重點和精華。要想設(shè)計電動機(jī)智能保護(hù)系統(tǒng)首先必須清楚以上的相關(guān)知識，因此本章接 時整個系統(tǒng)設(shè)計過程中的一個關(guān)鍵點。 第三章 硬件電路設(shè)計 11 第三章 硬件電路設(shè)計