時間:2023-03-16 16:01:26
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論文摘要:在現(xiàn)代化生產(chǎn)程度很高的今天,企業(yè)的生產(chǎn),產(chǎn)品的加工制造以及人們的日常生活都離不開電動機(jī)的使用,在電動機(jī)的使用過程當(dāng)中有很多注意事項(xiàng)以及要求,否則將會發(fā)生機(jī)器的損壞,這對企業(yè)的運(yùn)轉(zhuǎn),人民生活等都會帶來諸多不便。對電動機(jī)常見的故障,主要分為電氣和機(jī)械兩種,每一種故障都給電動機(jī)的安全運(yùn)行帶來極大威脅。因此,對電動機(jī)的故障分析維護(hù)與檢修更顯得至關(guān)重要。
電動機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單,運(yùn)行可靠,使用方便,價格低廉等特點(diǎn)。為保證時機(jī)的正常工作對運(yùn)行的電動機(jī)要按電動機(jī)完好質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的要求進(jìn)行檢查,運(yùn)行中的電動機(jī)與被拖動設(shè)備的軸心要對正,運(yùn)行中無明顯的振動,一定要保持通風(fēng)良好、風(fēng)翅等要完整無缺。要時刻觀察和測量電動機(jī)電網(wǎng)電壓和正常工作電流,電壓變化不應(yīng)超過額定電壓的±5%,電動機(jī)的額定負(fù)荷電流不能經(jīng)常超過額定電流,以防時機(jī)過熱,同時檢查電機(jī)起動保護(hù)裝置的動作是否靈活可靠。檢查電動機(jī)各部分溫升是否正常,還要經(jīng)常檢查軸承溫度,滑動軸承不得超過度,滾動軸承不得超過70度,滾動軸承運(yùn)轉(zhuǎn)中的聲音要清晰、無雜音。對于電動機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)環(huán)境要做到防砸、防淋、防潮。對于環(huán)境不良,經(jīng)常挪動、頻繁起動、過載運(yùn)行等要加強(qiáng)日常維護(hù)和保養(yǎng),及時發(fā)現(xiàn)和消除隱患。
一、電動機(jī)電氣常見故障的分析和處理
(一)時機(jī)接通后,電動機(jī)不能起動,但有嗡嗡聲
可能原因:(1)電源沒有全部接通成單相起動;(2)電動機(jī)過載;(3)被拖動機(jī)械卡住;(4)繞線式電動機(jī)轉(zhuǎn)子回路開路成斷線;(5)定子內(nèi)部首端位置接錯,或有斷線、短路。
處理方法:(1)檢查電源線,電動機(jī)引出線,熔斷器,開關(guān)的各對觸點(diǎn),找出斷路位置,予以排除;(2)卸載后空載或半載起動;(3)檢查被拖動機(jī)械,排除故障;(4)檢查電刷,滑環(huán)和起動電阻各個接觸器的接合情況;(5)重新判定三相的首尾端,并檢查三相繞組是否有燦線和短路。
(二)電動機(jī)起動困難,加額定負(fù)載后,轉(zhuǎn)速較低。
可能原因:(1)電源電壓較低;(2)原為角接誤接成星接;(3)鼠籠型轉(zhuǎn)子的籠條端脫焊,松動或斷裂。
處理方法:(1)提高電壓;(2)檢查銘牌接線方法,改正定子繞組接線方式;(3)進(jìn)行檢查后并對癥處理。
(三)電動機(jī)起動后發(fā)熱超過溫升標(biāo)準(zhǔn)或冒煙
可能原因:(1)電源電壓過低,電動機(jī)在額定負(fù)載下造成溫升過高;(2)電動機(jī)通風(fēng)不良或環(huán)境濕度過高;(3)電動機(jī)過載或單相運(yùn)行;(4)電動機(jī)起動頻繁或正反轉(zhuǎn)次數(shù)過多;(5)定子和轉(zhuǎn)子相擦。
處理方法:(1)測量空載和負(fù)載電壓;(2)檢查電動機(jī)風(fēng)扇及清理通風(fēng)道,加強(qiáng)通風(fēng)降低環(huán)溫;(3)用鉗型電流表檢查各相電流后,對癥處理;(4)減少電動機(jī)正反轉(zhuǎn)次數(shù),或更換適應(yīng)于頻繁起動及正反轉(zhuǎn)的電動機(jī);(5)檢查后姨癥處理。
(四)絕緣電阻低
可能原因:(1)繞組受潮或淋水滴入電動機(jī)內(nèi)部;(2)繞組上有粉塵,油圬;(3)定子繞組絕緣老化。
處理方法:(1)將定子,轉(zhuǎn)子繞組加熱烘干處理;(2)用汽油擦洗繞組端部烘干;(3)檢查并恢復(fù)引出線絕緣或更換接線盒絕緣線板;(4)一般情況下需要更換全部繞組。
(五)電動機(jī)外殼帶電:
可能原因:(1)電動機(jī)引出線的絕緣或接線盒絕緣線板;(2)繞組端部碰機(jī)殼;(3)電動機(jī)外殼沒有可靠接地
處理方法:(1)恢復(fù)電動機(jī)引出線的絕緣或更換接線盒絕緣板;(2)如卸下端蓋后接地現(xiàn)象即消失,可在繞組端部加絕緣后再裝端蓋;(3)按接地要求將電動機(jī)外殼進(jìn)行可靠接地。
(六)電動機(jī)運(yùn)行時聲音不正常
可能原因:(1)定子繞組連接錯誤,局部短路或接地,造成三相電流不平衡而引起噪音;(2)軸承內(nèi)部有異物或嚴(yán)重缺油。
處理方法:(1)分別檢查,對癥下藥;(2)清洗軸承后更換新油為軸承室的1/2-1/3。
(七)電動機(jī)振動
可能原因:(1)電動機(jī)安裝基礎(chǔ)不平;(2)電動機(jī)轉(zhuǎn)子不平衡;(3)皮帶輪或聯(lián)軸器不平衡;(4)轉(zhuǎn)軸軸頭彎曲或皮帶輪偏心;(5)電動機(jī)風(fēng)扇不平衡。
處理方法:(1)將電動機(jī)底座墊平,時機(jī)找水平后固牢;(2)轉(zhuǎn)子校靜平衡或動平衡;(3)進(jìn)行皮帶輪或聯(lián)軸器校平衡;(4)校直轉(zhuǎn)軸,將皮帶輪找正后鑲套重車;(5)對風(fēng)扇校靜。
二、電動機(jī)機(jī)械常見故障的分析和處理
(一)定、轉(zhuǎn)子鐵芯故障檢修
定、轉(zhuǎn)子都是由相互絕緣的硅鋼片疊成,是電動機(jī)的磁路部分。定、轉(zhuǎn)子鐵芯的損壞和變形主要由以下幾個方面原因造成。
(1)軸承過度磨損或裝配不良,造成定、轉(zhuǎn)子相擦,使鐵芯表面損傷,進(jìn)而造成硅鋼片間短路,電動機(jī)鐵損增加,使電動機(jī)溫升過高,這時應(yīng)用細(xì)銼等工具去除毛刺,消除硅鋼片短接,清除干凈后涂上絕緣漆,并加熱烘干。
(2)拆除舊繞組時用力過大,使倒槽歪斜向外張開。此時應(yīng)用小嘴鉗、木榔頭等工具予以修整,使齒槽復(fù)位,并在不好復(fù)位的有縫隙的硅鋼片間加入青殼紙、膠木板等硬質(zhì)絕緣材料。
(3)因受潮等原因造成鐵芯表面銹蝕,此時需用砂紙打磨干凈,清理后涂上絕緣漆。
(4)因繞組接地產(chǎn)生高熱燒毀鐵芯或齒部。可用鑿子或刮刀等工具將熔積物剔除干凈,涂上絕緣溱烘干。
(5)鐵芯與機(jī)座間結(jié)合松動,可擰緊原有定位螺釘。若定位螺釘失效,可在機(jī)座上重鉆定位孔并攻絲,旋緊定位螺釘。
(二)軸承故障檢修
轉(zhuǎn)軸通過軸承支撐轉(zhuǎn)動,是負(fù)載最重的部分,又是容易磨損的部件。
(1)故障檢查
運(yùn)行中檢查:滾動軸承缺油時,會聽到骨碌骨碌的聲音,若聽到不連續(xù)的梗梗聲,可能是軸承鋼圈破裂。軸承內(nèi)混有沙土等雜物或軸承零件有輕度磨損時,會產(chǎn)生輕微的雜音。
拆卸后檢查:先察看軸承滾動體、內(nèi)外鋼圈是否有破損、銹蝕、疤痕等,然后用手捏住軸承內(nèi)圈,并使軸承擺平,另一只手用力推外鋼圈,如果軸承良好,外鋼圈應(yīng)轉(zhuǎn)動平穩(wěn),轉(zhuǎn)動中無振動和明顯的卡滯現(xiàn)象,停轉(zhuǎn)后外鋼圈沒有倒退現(xiàn)象,否則說明軸承已不能再用了。左手卡住外圈,右手捏住內(nèi)鋼圈,用力向各個方向推動,如果推動時感到很松,就是磨損嚴(yán)重。
(2)故障修理
軸承外表面上的銹斑可用00號砂紙擦除,然后放入汽油中清洗;或軸承有裂紋、內(nèi)外圈碎裂或軸承過度磨損時,應(yīng)更換新軸承。更換新軸承時,要選用與原來型號相同的軸承。
(三)轉(zhuǎn)軸故障檢修
(1)軸彎曲
若彎曲不大,可通過磨光軸徑、滑環(huán)的方法進(jìn)行修復(fù);若彎曲超過0.2mm,可將軸放于壓力機(jī)下,在拍彎曲處加壓矯正,矯正后的軸表面用車床切削磨光;如彎曲過大則需另換新軸。
(2)軸頸磨損
軸頸磨損不大時,可在軸頸上鍍一層鉻,再磨削至需要尺寸;磨損較多時,可在軸頸上進(jìn)行堆焊,再到車床上切削磨光;如果軸頸磨損過大時,也在軸頸上車削2-3mm,再車一套筒趁熱套在軸頸上,然后車削到所需尺寸。
(3)軸裂紋或斷裂
軸的橫向裂紋深度不超過軸直徑的10%-15%,縱向裂紋不超過軸長的10%時,可用堆焊法補(bǔ)救,然后再精車至所需尺寸。若軸的裂紋較嚴(yán)重,就需要更換新軸。
(四)機(jī)殼和端蓋的檢修
關(guān)鍵詞:電動機(jī)軟起動器、空載、輕載、效率、功率因數(shù)、有功和無功損耗、全壓起動、降壓起動、起動電流、起動轉(zhuǎn)矩、負(fù)載功率。
電機(jī)電腦節(jié)電無觸點(diǎn)軟起動器是近年來在國內(nèi)出現(xiàn)的新技術(shù),具有節(jié)電效率高,軟起動特性好等特點(diǎn)。對于我公司這樣的大型企業(yè),在動力設(shè)備中的應(yīng)用,節(jié)能降耗的意義將十分重大。我公司具有中、小型異步電動機(jī)600余臺,裝機(jī)容量7000KW。電能消耗是一筆大的數(shù)目。例如:一廠區(qū)鍋爐房使用軟起動器后,2臺75KW加壓水泵,一個采暖期運(yùn)行4300小時,就可節(jié)電79200Kwh;一臺37KW的粉碎機(jī),一個采暖期可節(jié)電2800Kwh。節(jié)約電能的同時維修費(fèi)用也降低。
一、電動機(jī)軟起動器的節(jié)電原理
在生產(chǎn)實(shí)際當(dāng)中,一些電氣設(shè)備經(jīng)常處于空載或輕載狀態(tài)下運(yùn)行,輕載或空載的電動機(jī)在額定電壓的工作條件下,效率和功率因數(shù)均很低,造成電能大量浪費(fèi)。
衡量電動機(jī)節(jié)電性能的重要指標(biāo)為電機(jī)空載或輕載時最低運(yùn)行電壓的大小,即功率因數(shù)CosΦ的大小。為了說明電動機(jī)在不同負(fù)載的情況下運(yùn)行,電壓U與功率因數(shù)CosΦ的關(guān)系,以Y132S-4型,5.5KW三相異步電動機(jī)為例。
CosΦ的大小反應(yīng)了負(fù)載的變化。軟起動器正是利用微機(jī)技術(shù),用單片機(jī)作CPU,用可控硅作為執(zhí)行元件,實(shí)時檢測電流和電壓滯后角,即功率因數(shù)Φ角,輸入給單片機(jī),單片機(jī)根據(jù)最佳控制算法,輸出觸發(fā)脈沖,調(diào)整可控硅的導(dǎo)通角,即可調(diào)整可控硅的輸出電壓,使空載或輕載運(yùn)行時降低電機(jī)的端電壓,可使電機(jī)的鐵損大大減小,同時也可減小電機(jī)定子銅損,從而減小電機(jī)空載或輕載時的輸入功率,也就減小了電機(jī)有功和無功損耗,提高了功率因數(shù),實(shí)現(xiàn)了節(jié)電控制。
二、電動機(jī)軟起動技術(shù)
電動機(jī)傳統(tǒng)的起動方式有全壓起動和將壓起動,軟起動是一種完全區(qū)別于全壓和降壓起動的新的起動方式,是電子過程控制技術(shù)。所謂軟起動,是以斜坡控制方式起動,使電動機(jī)轉(zhuǎn)速平滑,逐步提高到額定轉(zhuǎn)速。按照電動機(jī)起動電流大小進(jìn)行分類,全壓和降壓起動屬于大電流起動方式,軟起動屬于小電流起動方式。
全壓起動,起動電流是額定電流的4-7倍,起動沖擊電流是起動電流的1.5-1.7倍;起動電流大,起動轉(zhuǎn)矩不相應(yīng)增大,Ts=KtTn=K(0.9-1.3)Tn。
降壓起動,可部分減小起動電流,起動轉(zhuǎn)矩下降到額定電壓的K2倍。降壓起動是輕載起動,有起動沖擊電流、起動電流及二次沖擊電流;二次沖擊電流同樣對配電系統(tǒng)有麻煩。
全壓和降壓起動的大電流,致使電動機(jī)諧波磁勢增大,增大后的諧波磁勢又加劇了附加轉(zhuǎn)矩,附加轉(zhuǎn)矩是電機(jī)起動時產(chǎn)生震動和噪音的原因。
全壓和降壓起動,都要受單位時間內(nèi)起動次數(shù)的限制。電動機(jī)本身的發(fā)熱主要建立在短時間大電流時。如通過6倍額定電流,溫升為8-15℃/S;起動裝置的自耦變壓器或交流接觸器起動引起堆積熱;如交流接觸器一般要求起動次數(shù)每分鐘不超過10次。而軟起動器可頻繁操作,具有①電動機(jī)起動電流小,溫升低;②軟起動器采用的無觸點(diǎn)電子元件,除大功率可控硅外,工作時溫升很低。
此外,軟起動器還具有多種保護(hù)功能,配合硬件電路,軟件設(shè)計有過載、斷相、欠壓、過壓等保護(hù)程序,動作可靠程度高。歸納起來,軟起動器很好的解決了全壓和降壓起動電流過大及其派生的許多問題。
三、軟起動器在動力設(shè)備上的應(yīng)用
軟起動器箱內(nèi)面板上設(shè)有兩個速率微動開關(guān),分別對應(yīng)四種起動速率:重載、次重載、次輕載、輕載,起動時間分別是90S、70S、65S、60S。使用時根據(jù)起動負(fù)載選相應(yīng)的起動速率。例如我公司供水泵電動機(jī)的起動:供水泵電動機(jī)起動的阻轉(zhuǎn)矩,主要由水的靜壓、慣性、管道阻力、水泵的機(jī)械慣性和靜動摩擦等構(gòu)成。水的阻力,水泵的機(jī)械慣性、阻力均與水泵的轉(zhuǎn)速,加速度及葉輪的直經(jīng)有關(guān),速度低時阻力小。水的靜壓阻力與揚(yáng)程有關(guān),水泵起動時,由于水管中止回閥的作用,靜壓與摩擦不同時起作用,有利于起動。供水泵起動阻轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的30%,屬于輕載起動。在實(shí)際應(yīng)用中供水泵電機(jī)輕載運(yùn)行者居多,節(jié)電潛力大。
引風(fēng)機(jī)用電動機(jī)的起動:其起動轉(zhuǎn)矩與離心式水泵類似,阻轉(zhuǎn)矩都與轉(zhuǎn)速成正比,但是,風(fēng)機(jī)與水泵的結(jié)構(gòu)不同,風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)動慣量比水泵大的多,空氣的流動性比水小,如果風(fēng)機(jī)不關(guān)風(fēng)閥起動,將因空氣升能,管道阻力,摩擦阻力等因素,致使風(fēng)機(jī)起動比水泵難,起動加速的時間較長,風(fēng)機(jī)起動屬重載起動。
風(fēng)機(jī)輸送的流體——煙氣的溫度也是影響風(fēng)機(jī)負(fù)荷量大小的重要因素。溫度不同,煙氣的容量及密度變化大,溫度低時,煙氣似凝滯狀態(tài),風(fēng)機(jī)負(fù)荷量增大。鍋爐開爐之初,爐膛內(nèi)溫度低,一般需要30分鐘爐溫才能升上來,這段時間里,引風(fēng)機(jī)處于超負(fù)荷運(yùn)行階段。如:一臺引風(fēng)機(jī)配用電機(jī)22KW,輸送的煙氣溫度200℃,容量7.3N/m3。如輸送煙氣溫度20℃時,負(fù)載功率:N=KYQH/η*1/ηt=27.78KW式中:K——電機(jī)容量儲備系數(shù),對引風(fēng)機(jī)取1.3。Y——流體容量(N/m3)Q——風(fēng)機(jī)流量(m3/h)H——全壓(Kgf/m2)η、ηt——風(fēng)機(jī)效率由上式可知,其負(fù)載功率增大。
[關(guān)鍵詞]:電動機(jī);再起動供配電系統(tǒng)故障
隨著工業(yè)的發(fā)展,企業(yè)內(nèi)具有數(shù)千臺電動機(jī)的供配電系統(tǒng)已屢見不鮮。如此龐大的供配電系統(tǒng)發(fā)生故障的概率是很高的,一旦發(fā)生故障就會造成幾十臺甚至幾百臺電動機(jī)停止運(yùn)行。目前電動機(jī)再起動的方法及技術(shù)有許多種,而且各有千秋,如何根據(jù)經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較確定企業(yè)需要的電動機(jī)再起動方法與技術(shù)是一個擺在我們面前的關(guān)鍵問題。
一、供配電系統(tǒng)故障對電動機(jī)供電回路的影響
供配電系統(tǒng)故障的不同對電動機(jī)供電回路的影響也不一樣,再起動處理的方法也應(yīng)有區(qū)別。供配電系統(tǒng)故障分單相接地、兩相短路、三相短路、對稱及不對稱等多種故障形式,但對電動機(jī)供電回路的影響主要取決于故障的時間及電壓降低的幅度。我們常見的有以下三種情況:
1.瞬時欠壓(VoltageSag)是瞬時的電壓降低,而不是電壓的消失,其過程分為電壓降低與電壓恢復(fù)兩部分。供配電系統(tǒng)發(fā)生故障的瞬時,由于感應(yīng)電動機(jī)轉(zhuǎn)子的磁鏈不能突變,原有的電流將繼續(xù)存在,并在定子繞組端子間感應(yīng)電壓。該感應(yīng)電壓并不立即下降,而且能保持相當(dāng)長時間,此電壓稱為殘余電壓。由于殘余電壓的存在,如果電源斷開后,很快又再次合閘,將出現(xiàn)較大的合閘沖擊電流及沖擊轉(zhuǎn)矩,沖擊大小由合閘瞬間電動機(jī)的殘余電壓大小及相位決定。
2.短時失壓與瞬時欠壓的區(qū)別在于殘余電壓是否消失。短時失壓是電壓降低至消失而后電壓才恢復(fù)。產(chǎn)生的原因主要是繼電保護(hù)時差配合等原因無法實(shí)現(xiàn)快速切除故障。故障發(fā)生瞬間,電動機(jī)的電流與轉(zhuǎn)矩陡然增大,然后逐漸振蕩衰減,而殘余電壓和轉(zhuǎn)速也開始逐漸下降。電源恢復(fù)瞬間,電動機(jī)的電流與轉(zhuǎn)矩也會迅速增大,然后逐漸振蕩衰減,而轉(zhuǎn)速也開始逐漸上升,經(jīng)過短時的振蕩后穩(wěn)定在某一數(shù)值上。
供配電系統(tǒng)發(fā)生短時失壓時,低壓電動機(jī)交流接觸器已斷開,非再起動的高壓電動機(jī)均跳閘,電動機(jī)轉(zhuǎn)速下降很多,此時BZT等保護(hù)可立即動作。母線電壓恢復(fù)后,電動機(jī)再起動技術(shù)的處理應(yīng)是將全部參加再起動的電動機(jī)再起動,但采用的電動機(jī)再起動方法與技術(shù)不同再起動的過程也各異。
3.長期失壓是指供配電系統(tǒng)電壓消失時間通常大于10秒的故障。當(dāng)電動機(jī)所在的母線發(fā)生長期無法恢復(fù)的故障時,電動機(jī)已全部停止運(yùn)轉(zhuǎn)。為了防止電動機(jī)隨供配電系統(tǒng)的恢復(fù)同時再起動而造成的設(shè)備事故及人身傷亡,必須清除全部電動機(jī)的再起動信息。
二、電動機(jī)再起動方法
1.無控式再起動方法
在供配電系統(tǒng)故障后電壓恢復(fù)瞬時,按電動機(jī)的運(yùn)行信息,立即將所有參加再起動的電動機(jī)全部同時再起動既為無控式再起動方法。該方法電路簡單,使用電器元件很少,費(fèi)用低,但存在不少缺點(diǎn)。比如:受到供配電系統(tǒng)容量的限制不能完成全部運(yùn)行電動機(jī)均參加再起動;可因電動機(jī)殘余電壓而產(chǎn)生電流及轉(zhuǎn)矩沖擊;由于多臺電動機(jī)同時起動會產(chǎn)生很大的非周期沖擊電流,可能造成變壓器跳閘,同時也會造成電動機(jī)端電壓顯著下降,電動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩低于負(fù)載轉(zhuǎn)矩,使再起動失敗;無法防止短時再次再起動以及再起動時間過長。
2.可控式再起動方法
(1)時差控制式電動機(jī)群分批再起動
時差控制式電動機(jī)群分批再起動方法是預(yù)先將全部參加再起動的電動機(jī)分為固定的多個批次,每臺電動機(jī)固定在一個批次中,每批再起動電動機(jī)固定一個再起動時間,各批次再起動時間有一個時差,而且再起動時間越長時差越大。
時差控制式電動機(jī)群分批再起動的優(yōu)點(diǎn)是控制方法簡單,主要缺點(diǎn)是時差難以選擇。時差選大了會使再起動過程拖延很長時間,最后一批再起動電動機(jī)幾乎是在完全停轉(zhuǎn)的情況下滿載起動,這使得許多電動機(jī)因過電流而跳閘;時差選小了會出現(xiàn)相鄰批次的再起動電流疊加,造成母線電壓下降。
(2)電壓控制式電動機(jī)群分批再起動
電壓控制式電動機(jī)群再起動方法也是預(yù)先將全部參加再起動的電動機(jī)分為固定的許多批次,每臺電動機(jī)也固定在一個批次中。正常運(yùn)行時監(jiān)測電動機(jī)群的母線電壓,故障后電壓恢復(fù)時用再起動電動機(jī)群的母線電壓控制各批電動機(jī)完成再起動任務(wù)。該方法與電壓與電流控制式電動機(jī)群再起動方法相比簡單一點(diǎn),但因?yàn)樵谠倨饎舆^程中再起動電流的變化很大,而母線電壓變化較小,僅用母線電壓控制很難實(shí)現(xiàn)監(jiān)測電動機(jī)的再起動狀態(tài)。
(3)電壓與電流控制式電動機(jī)群分批再起動
與上述兩種方法一樣,該方法也是預(yù)先將全部參加再起動的電動機(jī)分為固定的許多批次,每臺電動機(jī)也固定在一個批次中。正常運(yùn)行時監(jiān)測電動機(jī)群的母線電壓,而在故障后電壓恢復(fù)時是用再起動電動機(jī)群的母線電壓與母線總電流共同控制各批電動機(jī)完成再起動任務(wù)的。
在再起動過程中始終檢測再起動電動機(jī)群的母線電壓與母線總電流,如母線電壓與母線總電流滿足了再起動要求就立即起動下一批電動機(jī),直至再起動完成。
(4)電壓與電流計算式電動機(jī)群分批再起動
電壓與電流計算式電動機(jī)群分批再起動對電動機(jī)群沒有固定的分批,供配電系統(tǒng)電壓恢復(fù)后,該方法立即將停運(yùn)的電動機(jī)按重要性及負(fù)載性質(zhì)等條件排好再起動的順序,根據(jù)預(yù)先設(shè)定的再起動最大電流Im及母線恢復(fù)電壓計算出第一批應(yīng)再起動的電動機(jī)的容量及臺數(shù),并立即再起動第一批機(jī)群。然后檢測再起動電動機(jī)群的母線電壓及母線總電流,根據(jù)檢測結(jié)果計算出下一批應(yīng)再起動的電動機(jī)的容量和臺數(shù),并立即再起動該批電動機(jī),以此類推,直至全部電動機(jī)再起動結(jié)束。
電壓與電流計算式電動機(jī)群分批再起動是目前最合理的再起動方法。
關(guān)鍵詞:SEL-701高壓電動機(jī)微機(jī)保護(hù)裝置,整定原則,常見問題,解決措施
1 前言
在鋼鐵企業(yè)中,大中型電動機(jī)使用非常廣泛,而且大都為運(yùn)行在灰塵大、潮濕的環(huán)境中且滿負(fù)荷的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn),電動機(jī)極易損壞還可能使生產(chǎn)陷于停頓,從而給工廠帶來重大損失。因而對這些電動機(jī)進(jìn)行綜合保護(hù)非常重要。以往企業(yè)大都采用的是電磁型等常規(guī)繼電器保護(hù),但由于動作可靠性較差,容易導(dǎo)致電動機(jī)燒壞,這些年,我公司逐步推廣電動機(jī)微機(jī)保護(hù)裝置,取得了較好的效果。
2 SEL-701電動機(jī)保護(hù)裝置功能簡介
2.1基于電壓的保護(hù)元件
SEL-701提供了可選的電壓輸入,有四種不同的配置,即:一個相-相電壓;一個相-地電壓;開口三角電壓;四線星形電壓。當(dāng)一個或更多個電壓輸入到繼電器中,它就會提供許多另外的電動機(jī)保護(hù)和測量功能,包括:過/低電壓;過/欠頻率;低功率;無功功率;功率因數(shù)元件。
2.2電動機(jī)過熱保護(hù)
SEL-701采用已獲得專利的熱模型,可提供堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子、運(yùn)轉(zhuǎn)過載保護(hù)等功能。當(dāng)電動機(jī)加速或運(yùn)行時,此熱元件可精確地跟蹤負(fù)荷電流所引起熱效應(yīng)。對于簡單有效的保護(hù),可以輸入電動機(jī)銘牌上額定值來獲得滿載電流,堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子電流,熱失速極限時間和電動機(jī)工作系數(shù)。為了讓繼電器模仿現(xiàn)有的電動機(jī)保護(hù),可以從45種標(biāo)準(zhǔn)曲線中選擇適合的耐熱極限曲線。如果你的電動機(jī)要求更為復(fù)雜的保護(hù)功能,可以輸入測試點(diǎn)確定曲線從而建立自己所要的耐熱極限曲線。
2.3短路跳閘
相、零序及中心點(diǎn)/接地過流元件使SEL-701能夠檢測電纜和電動機(jī)的短路故障。通過整定,可以使繼電器在短路情況下瞬動或延時跳閘。論文格式。而在使用熔絲式觸頭的應(yīng)用中,可以方便地退出相過流元件。
2.4特定功能
電動機(jī)啟動報告和趨勢報告;一臺感應(yīng)式電動機(jī)啟動時,其轉(zhuǎn)子和線圈會以比在平衡負(fù)載情況的高出100;電動機(jī)各電流;各可選的電壓;熱模型結(jié)果;另外,SEL-701還會以秒為單位計算電動機(jī)加速時間并記下在啟動過程中的電流最大值,電壓最小值。此繼電器總是將最近的五次啟動報告存入其非易失性存儲器中。
2.5順序事件記錄器(SER)
SEL-701除了可儲存事件摘要和完整的事件報告,它還可跟蹤所選的保護(hù)元件、接點(diǎn)輸入和接點(diǎn)輸出的啟動和返回。順序事件記錄報告中記錄了每次跳變的日期和時間,可用PC機(jī)從繼電器中下載此報告。這個以時間順序排列的報告可幫你判斷事件發(fā)生的次序和原因,并有助于找出問題所在。
3 SEL-701電動機(jī)保護(hù)裝置整定原則
3.1速斷保護(hù)
電流速斷保護(hù)是電動機(jī)機(jī)端電流互感器以內(nèi)的引出線及定子繞組相間短路的主保護(hù)。由于電動機(jī)在起動過程中,起動電流最大可達(dá)額定電流的5~7倍,為保證電動機(jī)在起動過程中電流速斷保護(hù)可靠地不動作,要求電流速斷保護(hù)的動作電流大于電動機(jī)滿載起動時的最大起動電流。但是這樣整定的定值太高,在電動機(jī)內(nèi)部故障時保護(hù)可能會拒動作。因此電動機(jī)微機(jī)保護(hù)裝置采用高、低兩套定值,在起動過程中采用高定值,起動結(jié)束轉(zhuǎn)入正常運(yùn)行時自動切換到低定值,這樣即可以有效地躲過電動機(jī)的巨大啟動電流,又可以保證正常運(yùn)行過程的靈敏度。
3.1.1起動時間內(nèi)整定按躲過電動機(jī)起動電流來整定:
起動時間內(nèi)整定[1]按躲過電動機(jī)起動電流來整定:
,Kk:可靠系數(shù),推薦取1.8
保護(hù)起動時間整定按電動機(jī)起動時間來整定:
Tdz=Kk*tst,tst:啟動時間,Kk:可靠系數(shù),推薦取1.2
3.1.2起動時間后電流整定
由于起動時間后電動機(jī)運(yùn)行電流降為額定電流,為防止起動時間之后電動機(jī)仍運(yùn)行在起動電流水平上,推薦使用下式:
,Kk: 可靠系數(shù),推薦取0.8
速斷延時T=0S
3.2過流保護(hù)
過流保護(hù)作為速斷保護(hù)的后備保護(hù),電動機(jī)起動成功轉(zhuǎn)入正常運(yùn)行后,電動機(jī)微機(jī)保護(hù)裝置自動投入過流保護(hù)。由于電流速斷保護(hù)有死區(qū),只能保護(hù)電機(jī)繞組80%。不能力保護(hù)電機(jī)全部,如在電機(jī)靠近中性點(diǎn)側(cè)發(fā)生短路時,短路電流達(dá)不到電機(jī)速斷保護(hù)動作值,但又大于電機(jī)額定電流,過流保護(hù)動作,經(jīng)過整定延時動作于跳閘;當(dāng)電動機(jī)起動成功轉(zhuǎn)入正常運(yùn)行后,發(fā)生轉(zhuǎn)子卡住等因素造成定子電流增大危及電動機(jī)的安全;此時裝設(shè)過流保護(hù)也會切斷電機(jī)電源開關(guān),切斷故障電流。
電動機(jī)起動成功轉(zhuǎn)入正常運(yùn)行后,電動機(jī)微機(jī)保護(hù)裝置自動投入過流保護(hù)。電
動機(jī)過流保護(hù)動作電流按躲過電動機(jī)額定電流整定:
,Kk:可靠系數(shù),取1.3
動作時間Tdz推薦使用2秒
3.3零序保護(hù)
電動機(jī)內(nèi)部最常發(fā)生的敝障是定子繞組故障。究其原因,一般是因?yàn)殡妱訖C(jī)長時間或周期性過熱,導(dǎo)致絕緣狀況惡化。由于電動機(jī)定子繞組安裝在接地金屬外殼內(nèi),所以電動機(jī)內(nèi)部發(fā)生的絕大部分敞障都表現(xiàn)為接地故障。
當(dāng)接地電流大于10A時,才需設(shè)單相接地保護(hù),零序保護(hù)的定值,按照躲過電動機(jī)支路的對地電容電流整定,公式為:
式中::可靠系數(shù),若取不帶時限的接地保護(hù),取4~5,若帶0.5秒延時,取1.5~2。
:該回路的電容電流。
動作時間推薦使用T=0.5S
3.4低電壓保護(hù)
低壓保護(hù)的整定原則:
3.4.1當(dāng)電源電壓短時降低或短時中斷后又恢復(fù)時,為了保證重要電機(jī)自啟動而需要斷開的次要電機(jī),保護(hù)裝置的電壓整定值一般為電動機(jī)額定電壓的60%~70%,時限一般約為0.5s。
3.4.2當(dāng)電源電壓短時降低或短時中斷后,根據(jù)生產(chǎn)過程不允許或不需要自啟動的電動機(jī),保護(hù)裝置的電壓整定值一般為電動機(jī)額定電壓的40%~50%或略高;時限比上一級主保護(hù)大一時限階段,必要時保護(hù)可無選擇地動作。
3.4.3需要自啟動,為保證人身和設(shè)備安全,在電源電壓長時間消失后需從配電網(wǎng)自動斷開的電動機(jī),保護(hù)裝置的整定值一般為電動機(jī)額定電壓的40%~50%,時限一般為5~10s。
此電動機(jī)在電壓長時間消失后不允許自起動,電壓保護(hù)動值一般取(0.4~0.5) Ue,失壓保護(hù)時限取5~10秒。低壓動作時間T=6S
3.5負(fù)序電流保護(hù)
如果電動機(jī)在起動時一相開路,并保持運(yùn)行狀態(tài),其電流將達(dá)到正常起動電流的0.866倍。論文格式。在這種情況下,電動機(jī)電流中的負(fù)序分量將是正常起動電流的一半。如此之大的負(fù)序電流流過電動機(jī),將使電動機(jī)迅速升溫,如果不及時采取有效的措施,電動機(jī)將會受到嚴(yán)重?fù)p壞。在實(shí)際運(yùn)行中,供電電源總存在著某種程度的不對稱。由供電電壓不對稱引起的負(fù)序電流值取決于電動機(jī)的負(fù)序阻抗的比值,此比值大致是額定電流與起動電流之比,按國家有關(guān)規(guī)程,供電電壓不對稱程度要求小于5%,電動機(jī)的起動電流一般在(5~7)Ie,取起動電流的6倍額定電流,則負(fù)序電流的整定值可這樣確定: ;保護(hù)時限可取0.5S。
3.6熱過負(fù)荷保護(hù)
過熱是電動機(jī)損壞的重要原因。微機(jī)保護(hù)裝置通過電流幅值模擬電動機(jī)的發(fā)熱,該裝置充分考慮了熱的積累過程,采用熱積分的方法,考慮了發(fā)熱與散熱的動態(tài)過程:當(dāng)發(fā)熱大于散熱時,熱進(jìn)行積累;當(dāng)發(fā)熱小于散熱時,熱量散失。考慮正序電流I1與三相電源電壓不平衡等原因產(chǎn)生的負(fù)序電流I2的綜合發(fā)熱效應(yīng),該公司提出的一個粗略反映I1和I2發(fā)熱效應(yīng)的“等效電流”Ieq:
式中,K1:正序電流系數(shù),取1;K2:負(fù)序電流系數(shù),用于模擬I2的增強(qiáng)發(fā)熱效應(yīng),對于大多數(shù)電機(jī),一般可取為6。過熱保護(hù)出口動作時間:
式中,T為保護(hù)出口動作時間;Ie為電機(jī)額定電流;τ為熱效應(yīng)時間常數(shù),整定范圍為0~999s。
τ值的整定原則:
若已知電動機(jī)在K倍過負(fù)荷情況下允許運(yùn)行T s(秒),則可根據(jù)上述公式計算出τ;若制造廠已提供電動機(jī)的定子繞組的額定溫升θN,極限溫升θM,以及電流密度In,則可根據(jù)τ=150θN(θM/θN-1)/1.05In2,求出τ,加以整定;若無上述參數(shù),可根據(jù)電動機(jī)運(yùn)行規(guī)程,按保守的連續(xù)啟動兩次考慮,由為電機(jī)實(shí)測啟動電流倍數(shù)和啟動時間)求出τ,取整后整定。
4 在實(shí)際運(yùn)用應(yīng)注意事項(xiàng)
4.1在實(shí)際運(yùn)行中我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)電動機(jī)失壓,備用電源自投時,電機(jī)再啟動,會有較大的沖擊電流,使速斷或過電流跳閘。后來要求SEL公司使SEL-701在邏輯上進(jìn)行判斷,當(dāng)?shù)蛪罕Wo(hù)動作后,在規(guī)定的自啟動時間到達(dá)時,若電壓恢復(fù)到低壓保護(hù)定值以上時,電機(jī)將自啟動,保護(hù)取電動機(jī)啟動時的定值。
4.2在實(shí)際運(yùn)行中會經(jīng)常遇到PT斷線或一次、二次熔絲熔斷現(xiàn)象。從而引起低電壓保護(hù)誤跳的情況,所以在設(shè)計時應(yīng)該要求保護(hù)能夠?qū)崿F(xiàn)PT斷線閉鎖功能,而當(dāng)開口三角出現(xiàn)零序電壓時,解除斷線閉鎖。邏輯如下:
4.3選擇相TA互感器時,應(yīng)使?jié)M負(fù)荷FLA不小于額定相TA一次側(cè)電流的50%。建議選擇相TA使得FLA是額定相TA一次側(cè)電流的100%或稍小,但不要大于。這會使電流測量精度最大。二次側(cè)電流是lA還是5A必須在訂購時指定。1A或5A的額定相電流和所連接的TA的二次側(cè)額定值以及連接相匹配。不匹配的TA會導(dǎo)致裝置損壞或保護(hù)不充分。
4.4嚴(yán)格按照說明書要求進(jìn)行安裝、接線和調(diào)試。論文格式。
5結(jié)束語
SEL-701電動機(jī)保護(hù)裝置已在我廠高壓電動機(jī)中得到應(yīng)用,微機(jī)保護(hù)裝置替代了以往的磁式繼電器、感應(yīng)型繼電器和集成電路繼電器,大大提高了繼電保護(hù)的可靠性和安全性,確保了安全可靠性供電。
6參考文獻(xiàn)
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論文摘要:在現(xiàn)代化生產(chǎn)程度很高的今天,企業(yè)的生產(chǎn),產(chǎn)品的加工制造以及人們的日常生活都離不開電動機(jī)的使用,在電動機(jī)的使用過程當(dāng)中有很多注意事項(xiàng)以及要求,否則將會發(fā)生機(jī)器的損壞,這對企業(yè)的運(yùn)轉(zhuǎn),人民生活等都會帶來諸多不便。對電動機(jī)常見的故障,主要分為電氣和機(jī)械兩種,每一種故障都給電動機(jī)的安全運(yùn)行帶來極大威脅。因此,對電動機(jī)的故障分析維護(hù)與檢修更顯得至關(guān)重要。
電動機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單,運(yùn)行可靠,使用方便,價格低廉等特點(diǎn)。為保證時機(jī)的正常工作對運(yùn)行的電動機(jī)要按電動機(jī)完好質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的要求進(jìn)行檢查,運(yùn)行中的電動機(jī)與被拖動設(shè)備的軸心要對正,運(yùn)行中無明顯的振動,一定要保持通風(fēng)良好、風(fēng)翅等要完整無缺。要時刻觀察和測量電動機(jī)電網(wǎng)電壓和正常工作電流,電壓變化不應(yīng)超過額定電壓的±5%,電動機(jī)的額定負(fù)荷電流不能經(jīng)常超過額定電流,以防時機(jī)過熱,同時檢查電機(jī)起動保護(hù)裝置的動作是否靈活可靠。檢查電動機(jī)各部分溫升是否正常,還要經(jīng)常檢查軸承溫度,滑動軸承不得超過度,滾動軸承不得超過70度,滾動軸承運(yùn)轉(zhuǎn)中的聲音要清晰、無雜音。對于電動機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)環(huán)境要做到防砸、防淋、防潮。對于環(huán)境不良,經(jīng)常挪動、頻繁起動、過載運(yùn)行等要加強(qiáng)日常維護(hù)和保養(yǎng),及時發(fā)現(xiàn)和消除隱患。
一、電動機(jī)電氣常見故障的分析和處理
(一)時機(jī)接通后,電動機(jī)不能起動,但有嗡嗡聲
可能原因:(1)電源沒有全部接通成單相起動;(2)電動機(jī)過載;(3)被拖動機(jī)械卡住;(4)繞線式電動機(jī)轉(zhuǎn)子回路開路成斷線;(5)定子內(nèi)部首端位置接錯,或有斷線、短路。
處理方法:(1)檢查電源線,電動機(jī)引出線,熔斷器,開關(guān)的各對觸點(diǎn),找出斷路位置,予以排除;(2)卸載后空載或半載起動;(3)檢查被拖動機(jī)械,排除故障;(4)檢查電刷,滑環(huán)和起動電阻各個接觸器的接合情況;(5)重新判定三相的首尾端,并檢查三相繞組是否有燦線和短路。
(二)電動機(jī)起動困難,加額定負(fù)載后,轉(zhuǎn)速較低。
可能原因:(1)電源電壓較低;(2)原為角接誤接成星接;(3)鼠籠型轉(zhuǎn)子的籠條端脫焊,松動或斷裂。
處理方法:(1)提高電壓;(2)檢查銘牌接線方法,改正定子繞組接線方式;(3)進(jìn)行檢查后并對癥處理。
(三)電動機(jī)起動后發(fā)熱超過溫升標(biāo)準(zhǔn)或冒煙
可能原因:(1)電源電壓過低,電動機(jī)在額定負(fù)載下造成溫升過高;(2)電動機(jī)通風(fēng)不良或環(huán)境濕度過高;(3)電動機(jī)過載或單相運(yùn)行;(4)電動機(jī)起動頻繁或正反轉(zhuǎn)次數(shù)過多;(5)定子和轉(zhuǎn)子相擦。
處理方法:(1)測量空載和負(fù)載電壓;(2)檢查電動機(jī)風(fēng)扇及清理通風(fēng)道,加強(qiáng)通風(fēng)降低環(huán)溫;(3)用鉗型電流表檢查各相電流后,對癥處理;(4)減少電動機(jī)正反轉(zhuǎn)次數(shù),或更換適應(yīng)于頻繁起動及正反轉(zhuǎn)的電動機(jī);(5)檢查后姨癥處理。
(四)絕緣電阻低
可能原因:(1)繞組受潮或淋水滴入電動機(jī)內(nèi)部;(2)繞組上有粉塵,油圬;(3)定子繞組絕緣老化。
處理方法:(1)將定子,轉(zhuǎn)子繞組加熱烘干處理;(2)用汽油擦洗繞組端部烘干;(3)檢查并恢復(fù)引出線絕緣或更換接線盒絕緣線板;(4)一般情況下需要更換全部繞組。
(五)電動機(jī)外殼帶電:
可能原因:(1)電動機(jī)引出線的絕緣或接線盒絕緣線板;(2)繞組端部碰機(jī)殼;(3)電動機(jī)外殼沒有可靠接地
處理方法:(1)恢復(fù)電動機(jī)引出線的絕緣或更換接線盒絕緣板;(2)如卸下端蓋后接地現(xiàn)象即消失,可在繞組端部加絕緣后再裝端蓋;(3)按接地要求將電動機(jī)外殼進(jìn)行可靠接地。
(六)電動機(jī)運(yùn)行時聲音不正常
可能原因:(1)定子繞組連接錯誤,局部短路或接地,造成三相電流不平衡而引起噪音;(2)軸承內(nèi)部有異物或嚴(yán)重缺油。
處理方法:(1)分別檢查,對癥下藥;(2)清洗軸承后更換新油為軸承室的1/2-1/3。
(七)電動機(jī)振動
可能原因:(1)電動機(jī)安裝基礎(chǔ)不平;(2)電動機(jī)轉(zhuǎn)子不平衡;(3)皮帶輪或聯(lián)軸器不平衡;(4)轉(zhuǎn)軸軸頭彎曲或皮帶輪偏心;(5)電動機(jī)風(fēng)扇不平衡。
處理方法:(1)將電動機(jī)底座墊平,時機(jī)找水平后固牢;(2)轉(zhuǎn)子校靜平衡或動平衡;(3)進(jìn)行皮帶輪或聯(lián)軸器校平衡;(4)校直轉(zhuǎn)軸,將皮帶輪找正后鑲套重車;(5)對風(fēng)扇校靜。
二、電動機(jī)機(jī)械常見故障的分析和處理
(一)定、轉(zhuǎn)子鐵芯故障檢修
定、轉(zhuǎn)子都是由相互絕緣的硅鋼片疊成,是電動機(jī)的磁路部分。定、轉(zhuǎn)子鐵芯的損壞和變形主要由以下幾個方面原因造成。
(1)軸承過度磨損或裝配不良,造成定、轉(zhuǎn)子相擦,使鐵芯表面損傷,進(jìn)而造成硅鋼片間短路,電動機(jī)鐵損增加,使電動機(jī)溫升過高,這時應(yīng)用細(xì)銼等工具去除毛刺,消除硅鋼片短接,清除干凈后涂上絕緣漆,并加熱烘干。
(2)拆除舊繞組時用力過大,使倒槽歪斜向外張開。此時應(yīng)用小嘴鉗、木榔頭等工具予以修整,使齒槽復(fù)位,并在不好復(fù)位的有縫隙的硅鋼片間加入青殼紙、膠木板等硬質(zhì)絕緣材料。
(3)因受潮等原因造成鐵芯表面銹蝕,此時需用砂紙打磨干凈,清理后涂上絕緣漆。
(4)因繞組接地產(chǎn)生高熱燒毀鐵芯或齒部。可用鑿子或刮刀等工具將熔積物剔除干凈,涂上絕緣溱烘干。
(5)鐵芯與機(jī)座間結(jié)合松動,可擰緊原有定位螺釘。若定位螺釘失效,可在機(jī)座上重鉆定位孔并攻絲,旋緊定位螺釘。
(二)軸承故障檢修
轉(zhuǎn)軸通過軸承支撐轉(zhuǎn)動,是負(fù)載最重的部分,又是容易磨損的部件。
(1)故障檢查
運(yùn)行中檢查:滾動軸承缺油時,會聽到骨碌骨碌的聲音,若聽到不連續(xù)的梗梗聲,可能是軸承鋼圈破裂。軸承內(nèi)混有沙土等雜物或軸承零件有輕度磨損時,會產(chǎn)生輕微的雜音。
拆卸后檢查:先察看軸承滾動體、內(nèi)外鋼圈是否有破損、銹蝕、疤痕等,然后用手捏住軸承內(nèi)圈,并使軸承擺平,另一只手用力推外鋼圈,如果軸承良好,外鋼圈應(yīng)轉(zhuǎn)動平穩(wěn),轉(zhuǎn)動中無振動和明顯的卡滯現(xiàn)象,停轉(zhuǎn)后外鋼圈沒有倒退現(xiàn)象,否則說明軸承已不能再用了。左手卡住外圈,右手捏住內(nèi)鋼圈,用力向各個方向推動,如果推動時感到很松,就是磨損嚴(yán)重。
(2)故障修理
軸承外表面上的銹斑可用00號砂紙擦除,然后放入汽油中清洗;或軸承有裂紋、內(nèi)外圈碎裂或軸承過度磨損時,應(yīng)更換新軸承。更換新軸承時,要選用與原來型號相同的軸承。
(三)轉(zhuǎn)軸故障檢修
(1)軸彎曲
若彎曲不大,可通過磨光軸徑、滑環(huán)的方法進(jìn)行修復(fù);若彎曲超過0.2mm,可將軸放于壓力機(jī)下,在拍彎曲處加壓矯正,矯正后的軸表面用車床切削磨光;如彎曲過大則需另換新軸。
(2)軸頸磨損
軸頸磨損不大時,可在軸頸上鍍一層鉻,再磨削至需要尺寸;磨損較多時,可在軸頸上進(jìn)行堆焊,再到車床上切削磨光;如果軸頸磨損過大時,也在軸頸上車削2-3mm,再車一套筒趁熱套在軸頸上,然后車削到所需尺寸。
(3)軸裂紋或斷裂
軸的橫向裂紋深度不超過軸直徑的10%-15%,縱向裂紋不超過軸長的10%時,可用堆焊法補(bǔ)救,然后再精車至所需尺寸。若軸的裂紋較嚴(yán)重,就需要更換新軸。
(四)機(jī)殼和端蓋的檢修
論文摘要:本文對交流異步電動機(jī)的軟起動問題做了分析和研究,提出了異步電動機(jī)起動和運(yùn)行的綜合控制方案。
1 前言
目前在工礦企業(yè)中使用著大量的交流異步電動機(jī)(包括380V/660V低壓電動機(jī)和3KV/6KV中壓電動機(jī)),有相當(dāng)多的異步電動機(jī)及其拖動系統(tǒng)還處于非經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的狀態(tài),白白地浪費(fèi)掉大量的電能。究其原因,大致是由以下幾種情況造成的:
①由于大部分電機(jī)采用直接起動方式,除了造成對電網(wǎng)及拖動系統(tǒng)的沖擊和事故之外,8~10倍的起動電流造成巨大的能量損耗。
②在進(jìn)行電動機(jī)容量選配時,往往片面追求大的安全余量,且層層加碼,結(jié)果使電動機(jī)容量過大,造成“大馬拉小車”的現(xiàn)象,導(dǎo)致電動機(jī)偏離最佳工況點(diǎn),運(yùn)行效率和功率因數(shù)降低。
③從電動機(jī)拖動的生產(chǎn)機(jī)械自身的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性考慮,往往要求電力拖動系統(tǒng)具有變壓、變速調(diào)節(jié)能力,若用定速定壓拖動,勢必造成大量的額外電能損失。
2異步電動機(jī)的軟起動
由于工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械的不斷更新和發(fā)展,對電動機(jī)的起動性能提出了越來越高的要求,歸納起來有以下幾個方面;
① 求電動機(jī)有足夠大的,并且能平穩(wěn)提升的起動轉(zhuǎn)矩和符合要求的機(jī)械特性曲線;
②盡可能小的起動電流;
③起動設(shè)備盡可能簡單、經(jīng)濟(jì)、可靠,起動操作方便;
④起動過程中的功率消耗應(yīng)盡可能的少。
根據(jù)以上相互矛盾的要求和電網(wǎng)的實(shí)際情況,通常采用的起動方式有兩種:一種是在額定電壓下的直接起動方式,另一種是降壓起動方式。
2.1直接起動的危害
①電網(wǎng)沖擊:過大的起動電流(空載起動電流可達(dá)額定電流的4~7倍,帶載起動時可達(dá)8~10倍或更大),會造成電網(wǎng)電壓下降,影響其他用電設(shè)備的正常運(yùn)行,還可能使欠壓保護(hù)動作,造成設(shè)備的有害跳閘。同時過大的起動電流會使電機(jī)繞組發(fā)熱,從而加速絕緣老化,影響電機(jī)壽命。
②機(jī)械沖擊:過大的沖擊轉(zhuǎn)矩往往造成電動機(jī)轉(zhuǎn)子籠條、端環(huán)斷裂和定子端部繞組絕緣磨損,導(dǎo)致?lián)舸龣C(jī);轉(zhuǎn)軸扭曲,聯(lián)軸節(jié)、傳動齒輪損傷和皮帶撕裂等。
③對生產(chǎn)機(jī)械造成沖擊:起動過程中的壓力突變往往造成泵系統(tǒng)管道、閥門的損傷,縮短使用壽命;影響傳動精度,甚至影響正常的過程控制。
2.2老式降壓起動方式的適用場合及性能比較:
降壓起動的目的是減小起動電流,但它同時也使起動轉(zhuǎn)矩下降了。對于重載起動,帶有大的峰值負(fù)載的生產(chǎn)機(jī)械,就不能用這種方式起動。傳統(tǒng)的降壓起動有以下幾種方法:
(1)星形/三角形轉(zhuǎn)換器:這種方法適用于正常運(yùn)行時定子繞組采用接法的電動機(jī)。定子有六個接頭引出,接到轉(zhuǎn)換開關(guān)上,起動時采用星形接法,起動完畢后再切換成接法。起動電壓為220V,運(yùn)行電壓為380V。這種起動設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)是起動設(shè)備簡單,起動過程中消耗能量少。缺點(diǎn)是有二次電流沖擊,設(shè)備故障率高,需要經(jīng)常維護(hù),所以不宜使用在頻繁起動的設(shè)備上。
(2)自耦變壓器降壓起動:三相自耦變壓器(也稱補(bǔ)償器)高壓邊接電網(wǎng),低壓邊接電動機(jī),一般有幾個分接頭,可選擇不同的電壓比,相對于不同起動轉(zhuǎn)矩的負(fù)載。在電動機(jī)起動后再將其切除。其優(yōu)點(diǎn)是起動電壓可以選擇,如0.65.0.8或0.9UN,以適應(yīng)不同負(fù)載的要求。缺點(diǎn)是體積大,重量重,且要消耗較多有色金屬,故障率高,維修費(fèi)用高。
(3) 對于繞線式異步電動機(jī),可在轉(zhuǎn)子繞組串接頻敏變阻器或水電阻實(shí)現(xiàn)起動,待起動完成后再將其切除。但頻敏變阻器成本高,而水電阻損耗又大。
值得指出的是:盡管各種老式降壓起動方法各有其優(yōu)缺點(diǎn),但它們有一個共同的優(yōu)點(diǎn):就是沒有諧波污染。
2.3新型的電子式軟起動器
所謂“軟起動”,實(shí)際上就是按照預(yù)先設(shè)定的控制模式進(jìn)行的降壓起動過程。目前的軟起動器一般有以下幾種起動方式:
(1) 限流軟起動:限流起動顧名思義就是在電動機(jī)的起動過程中限制其起動電流不超過某一設(shè)定值(Im)的軟起動方式。主要用在輕載起動的負(fù)載的降壓起動,其輸出電壓從零開始迅速增長,直到其輸出電流達(dá)到預(yù)先設(shè)定的電流限值Im,然后在保持輸出電流I
這種起動方式的優(yōu)點(diǎn)是起動電流小,且可按需要調(diào)整,(起動電流的限值Im必須根據(jù)電動機(jī)的起動轉(zhuǎn)矩來設(shè)定,Im設(shè)置過小,將會使起動失敗或燒毀電機(jī)。)對電網(wǎng)電壓影響小。其缺點(diǎn)是在起動時難以知道起動壓降,不能充分利用壓降空間,損失起動轉(zhuǎn)矩,起 動時間相對較長。
(2)轉(zhuǎn)矩控制起動:主要用在重載起動,它是按電動機(jī)的起動轉(zhuǎn)矩線性上升的規(guī)律控制輸出電壓,它的優(yōu)點(diǎn)是起動平滑、柔性好,對拖動系統(tǒng)有利,同時減少對電網(wǎng)的沖擊,是最優(yōu)的重載起動方式。它的缺點(diǎn)是起動時間較長。
(3)轉(zhuǎn)矩加突跳控制起動與轉(zhuǎn)矩控制起動一樣也是用在重載起動的場合。所不同的是在起動的瞬間用突跳轉(zhuǎn)矩,克服拖動系統(tǒng)的靜轉(zhuǎn)矩,然后轉(zhuǎn)矩平滑上升,可縮短起動時間。但是,突跳會給電網(wǎng)發(fā)送尖脈沖,干擾其它負(fù)荷,使用時應(yīng)特別注意。
(4)電壓控制起動是用在輕載起動的場合,在保證起動壓降的前提下使電動機(jī)獲得最大的起動轉(zhuǎn)矩,盡可能地 縮短起動時間,是最優(yōu)的輕載軟起動方式。
2.4軟起動器的適用場合
(1)生產(chǎn)設(shè)備精密,不允許起動沖擊,否則會造成生產(chǎn)設(shè)備和產(chǎn)品不良后果的場合;
(2)電動機(jī)功率較大,若直接起動,要求主變壓器容量加大的場合;
(3)對電網(wǎng)電壓波動要求嚴(yán)格,對壓降要求≤10% UN的供電系統(tǒng);
(4)對起動轉(zhuǎn)矩要求不高,可進(jìn)行空載或輕載起動的設(shè)備。
嚴(yán)格地講,起動轉(zhuǎn)矩應(yīng)當(dāng)小于額定轉(zhuǎn)矩50%的拖動系統(tǒng),才適合使用軟起動器解決起動沖擊問題。對于需重載或滿載起動的設(shè)備,若采用軟起動器起動,不但達(dá)不到減小起動電流的目的,反而會要求增加軟起動器晶閘管的容量,增加成本;若操作不當(dāng),還有可能燒毀晶閘管。此時只能采用變頻軟起動。因?yàn)檐浧饎悠髡{(diào)壓不調(diào)頻,轉(zhuǎn)差功率始終存在,難免過大的起動電流;而變頻器采用調(diào)頻調(diào)壓方式,可實(shí)現(xiàn)無過流軟起動,且可提供1.2~2倍額定轉(zhuǎn)矩的起動轉(zhuǎn)矩,特別適用于重載起動的設(shè)備。但是變頻器的價格就要比軟起動器的價格高得多了。
3 異步電動機(jī)的調(diào)壓調(diào)速
異步電動機(jī)的調(diào)壓調(diào)速屬低效調(diào)速方式,因?yàn)樵谡{(diào)速過程中始終存在轉(zhuǎn)差損耗,因此調(diào)壓調(diào)速有很大的限制,不是任何一臺普通的籠型電機(jī)加上一套晶閘管調(diào)壓裝置,就可以實(shí)現(xiàn)調(diào)壓調(diào)速的。
首先必須改變電動機(jī)的外特性,新的外特性必須使電動機(jī)有一個寬廣的穩(wěn)定的調(diào)速范圍。一般要采用高轉(zhuǎn)差率電機(jī),交流力矩電機(jī)或在繞線式電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組中串接電阻的方法,并且要加上轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制,才能進(jìn)行穩(wěn)定的調(diào)速。
其次是要將調(diào)速過程中由于轉(zhuǎn)差功率引起的轉(zhuǎn)子的溫升很好地導(dǎo)出機(jī)外,才能實(shí)現(xiàn)長期穩(wěn)定工作。這里可采取旋轉(zhuǎn)熱管結(jié)構(gòu),也可采取特殊風(fēng)道冷卻結(jié)構(gòu),都是行之有效的方法。
在電力電子技術(shù)高度發(fā)展的今天,變頻調(diào)速裝置的價格已不再昂貴的情況下,再考慮調(diào)壓調(diào)速,似乎已無多大的現(xiàn)實(shí)意義了。
4結(jié)論
(1)電子式軟起動器結(jié)構(gòu)簡單,較之傳統(tǒng)的/Y起動器,自耦變壓器起動器具有無觸點(diǎn)、無噪音、重量輕、體積小,起動電流及起動時間可控制,起動過程平滑等優(yōu)點(diǎn),并且維護(hù)工作量小。當(dāng)電動機(jī)空載或輕載時,節(jié)能效果顯著,特別適用于短時滿載,長時間空載的負(fù)載。
(2)對于高轉(zhuǎn)差電機(jī),實(shí)心轉(zhuǎn)子電機(jī),力矩電機(jī)等,尤其是在帶風(fēng)機(jī)、水泵類負(fù)載時,有較好的調(diào)速性能,但不適用于普通的籠型電機(jī)調(diào)速。
關(guān)鍵詞:永磁同步電動機(jī);應(yīng)用特性;研究
引言
稀土永磁電動機(jī)具有高效節(jié)能的顯著優(yōu)點(diǎn),應(yīng)用范圍正日益遍及國防、航空航天、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活的諸多領(lǐng)域,發(fā)展?jié)摿薮蟆O噍^于電勵磁電動機(jī),稀土永磁電動機(jī)結(jié)構(gòu)特殊且種類多樣,傳統(tǒng)的設(shè)計理論和分析方法已難以適應(yīng)高性能電機(jī)研發(fā)的要求,需要綜合運(yùn)用多學(xué)科理論和現(xiàn)代設(shè)計手段,進(jìn)行創(chuàng)新研究。傳統(tǒng)設(shè)計模式得到的產(chǎn)品,在工況相對固定的應(yīng)用場合,能夠表顯出良好的技術(shù)性能,但在永磁同步電動機(jī)實(shí)際運(yùn)用的過程中,其振動與噪聲始終沒有得到有效解決,甚至?xí)ζ鋵?shí)際運(yùn)行的穩(wěn)定性產(chǎn)生不利的影響。為此,針對永磁同步電動機(jī)設(shè)計當(dāng)中的關(guān)鍵技術(shù)研究十分有必要,同樣也逐漸成為國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)鍵增長點(diǎn)。因此,本文在電機(jī)和電磁場理論的基礎(chǔ)上,結(jié)合實(shí)際工程應(yīng)用問題,對永磁同步電動機(jī)的工作工程中的振動和噪聲問題進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析研究,并提出具體解決改善措施。論文的工作主要集中在以下幾個方面:(1)測試裝置與系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn),選擇11kW的永磁同步電動機(jī),對其振動和噪聲的特性進(jìn)行測試。其中,將非金屬環(huán)合理安裝于9000A的渦流傳感器之上,隨后,同樣將其安裝在軸承端蓋的位置,進(jìn)而對轉(zhuǎn)子動態(tài)特性展開全面測試。(2)永磁同步電動機(jī)振動與噪聲信號的分析,通過對永磁同步電動機(jī)振動和噪聲信號的測試與分析,當(dāng)電動機(jī)處于額定負(fù)載的情況下,其振動信號呈現(xiàn)出一簇脈沖,其電流信號也有所改變,并非正常的正弦時域波形。(3)對噪聲頻譜的分析,當(dāng)11kW永磁同步電動機(jī)處于空載狀態(tài)時,根據(jù)聲壓級頻譜的內(nèi)容可以發(fā)現(xiàn),其中存在兩個峰值。而當(dāng)11kW永磁同步電動機(jī)處于額定負(fù)載的狀態(tài)下,根據(jù)聲壓級頻譜內(nèi)容可以發(fā)現(xiàn),存在三個峰值。而通過噪聲頻譜與振動頻譜的對比和比較,可以發(fā)現(xiàn)對于永磁同步電動機(jī)噪聲產(chǎn)生影響的因素中,軸承振動并非主要矛盾。通過對空載以及額定負(fù)載條件下的聲壓級頻譜對比與比較可以發(fā)現(xiàn),峰值多出一,而具體的原因就是受負(fù)載增加的影響,導(dǎo)致電流與功角隨之提高,進(jìn)而生成了頻率成分。
以下是詳細(xì)實(shí)驗(yàn)過程:
1 永磁同步電動機(jī)應(yīng)用特性的實(shí)驗(yàn)分析――以振動與噪聲為實(shí)驗(yàn)對象
1.1 測試裝置與系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)
選擇11kW的永磁同步電動機(jī),對其振動和噪聲的特性進(jìn)行測試。其中,將非金屬環(huán)合理安裝于9000A的渦流傳感器之上,隨后,同樣將其安裝在軸承端蓋的位置,進(jìn)而對轉(zhuǎn)子動態(tài)特性展開全面測試。
1.2 永磁同步電動機(jī)振動與噪聲信號的分析
通過對永磁同步電動機(jī)振動和噪聲信號的測試與分析,當(dāng)電動機(jī)處于額定負(fù)載的情況下,其振動信號呈現(xiàn)出一簇脈沖,其電流信號也有所改變,并非正常的正弦時域波形[1]。
1.3 對噪聲頻譜的分析
當(dāng)11kW永磁同步電動機(jī)處于空載狀態(tài)時,根據(jù)聲壓級頻譜的內(nèi)容可以發(fā)現(xiàn),其中存在兩個峰值。而當(dāng)11kW永磁同步電動機(jī)處于額定負(fù)載的狀態(tài)下,根據(jù)聲壓級頻譜內(nèi)容可以發(fā)現(xiàn),存在三個峰值。而通過噪聲頻譜與振動頻譜的對比和比較,可以發(fā)現(xiàn)對于永磁同步電動機(jī)噪聲產(chǎn)生影響的因素中,軸承振動并非主要矛盾。通過對空載以及額定負(fù)載條件下的聲壓級頻譜對比與比較可以發(fā)現(xiàn),峰值多出一個,而具體的原因就是受負(fù)載增加的影響,導(dǎo)致電流與功角隨之提高,進(jìn)而生成了頻率成分。
2 改善永磁同步電動機(jī)應(yīng)用特性的具體措施
2.1 有效降低力波
第一,繞組選擇要科學(xué)。在選擇定子繞組的過程中,最好選擇諧波磁動勢不高的,像是正弦繞組,能夠有效地降低噪聲。第二,將定子槽與轉(zhuǎn)子槽的開口寬度減小。通過半閉口槽亦或是閉口槽能夠使氣隙磁導(dǎo)諧波有效降低。與此同時,為了能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)矩脈動的降低,就需要采用槽開口寬度增大的方式。第三,氣隙磁通密度適當(dāng)減少。因?yàn)閺较蛄蜌庀洞琶芷椒匠尸F(xiàn)出正比例關(guān)系,而振幅和徑向力同樣呈正相關(guān)關(guān)系。除此之外,升功率和振幅平方近似呈正比例的關(guān)系[2]。在這種情況下,磁通的密度如果相對較高,那么不僅只是聲功率隨之提高,同樣還會影響系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)的效果,分叉與混沌現(xiàn)象的發(fā)生幾率會更高。然而,一旦減小氣隙磁密,還會使電動機(jī)的自重增加。在這種情況下,應(yīng)當(dāng)綜合考慮多種因素來進(jìn)行設(shè)計。
2.2 磁場應(yīng)對稱
在永磁同步電動機(jī)實(shí)際運(yùn)行的過程中,如果轉(zhuǎn)子偏心很容易引起低階徑向力,導(dǎo)致電動機(jī)自身的噪聲不斷增加[3]。在這種情況下,不僅要對加工工藝與裝配工藝進(jìn)行合理地控制,同樣采取定子并聯(lián)繞組的方式,也能夠避免因轉(zhuǎn)子不同心而帶來的噪聲,這樣就能夠確保各級磁通處于一致狀態(tài),有效地規(guī)避了磁拉力出現(xiàn)的不平衡性,使得振動與噪聲的產(chǎn)生幾率下降。
2.3 斜槽與斜極的控制
對于永磁同步電動機(jī)來說,將其定子鐵心以斜槽的形式制作出來,能夠確保徑向力波始終沿著電動機(jī)的長度方向軸線來移動[4]。這樣一來,其沿著軸線方向的平均徑向力就會隨之下降,同時,附加轉(zhuǎn)矩以及噪聲也會隨之降低,然而,實(shí)際的附加損耗卻并不會下降。
2.4 定子動態(tài)振幅與聲振幅的合理減少
第一,要科學(xué)增加阻尼。可以在永磁同步電動機(jī)的定子鐵心以及機(jī)座中適當(dāng)?shù)赝可献枘岵牧希c此同時,使用清漆亦或是環(huán)氧樹脂,實(shí)現(xiàn)定子疊片的有效粘結(jié)[5]。基于此,應(yīng)當(dāng)對定子鐵心以及機(jī)座間存在的間隙進(jìn)行及時填充,這樣也能夠使電動機(jī)阻尼不斷增加。第二,聲輻射效率的減少。在對永磁同步電動機(jī)聲輻射功率進(jìn)行計算的過程中,主要是相對聲強(qiáng)輻射系數(shù)和無窮大平板聲強(qiáng)公式相乘[6]。其中,相對聲強(qiáng)輻射的系數(shù)和電動機(jī)的定子長徑比以及振動模態(tài)階數(shù)等存在緊密的聯(lián)系。為此,在立波階數(shù)的增加,使聲強(qiáng)輻射系數(shù)減少,可以有效地控制噪聲。
3 結(jié)束語
綜上所述,永磁同步電動機(jī)在實(shí)踐應(yīng)用中的作用十分重要,所以,對其應(yīng)用特性的研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。電動機(jī)振動過大不僅會對運(yùn)行可靠程度帶來負(fù)面影響,同樣還會引發(fā)噪聲。因而,文章將稀土永磁同步電動機(jī)作為重點(diǎn)研究對象,并且以振動和噪聲兩個特性為例,闡述了控制這兩種特性的可行性方式,以期為永磁同步電動機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)提供有價值的參考依據(jù),充分發(fā)揮其自身的功用。
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