電氣控制系統中電動機的節能保護

趙長敬

（唐山唐鋼氣體有限公司，河北 唐山 063000）

電動機是機械設備的主要動力輸出裝置，隨著工業生產步伐的加快，它的應用作用被更好的彰顯出來。電動機的振動故障問題會導致設備內部繞組出現松動，進而容易引發電氣事故，縮短設備使用壽命。嚴重的電動機振動故障問題還會對同一系統內的其他設備運行產生影響，給生產實踐帶來嚴重的經濟損失。因此，必須掌握高壓電動機的常見故障類型和故障原因，采用有效的診斷和處理方法，及時解決電動機故障問題，確保系統的穩定運行。同時為了保障電動機的安全穩定性，在電氣控制系統中設置一定的保護措施，主要針對的是電動機運行中可能出現的短路、過載、漏電等問題，避免電動機出現損壞或是壽命受損。在電氣控制系統運行的過程中，一旦發下異常情況，它就會發出預警，提醒工作人員進行檢查。電氣控制系統的應用可以極大的降低電動機損壞的風險。

1 電氣控制系統簡述

電氣控制系統的應用范圍十分廣泛，幾乎涵蓋了所有高壓和低壓電氣設備，但需注意的是，對于不同的電氣設備，電氣控制系統所采用的控制電路往往存在較大的差異。電氣控制系統的控制電路主要包括供電回路、保護回路、信號回路、自動和手動回路、制動停車回路以及自鎖和閉鎖回路等多項內容，在系統運行的過程中，通過各個回路的協調為電氣設備的穩定運行創造一個良好的條件。電氣控制系統的功能主要包括以下幾個方面：其一，自動控制。所有電氣設備的運行都需要電源的支持，這樣就不可避免的會涉及到高電壓或大電流等高危情況，在這樣的情況下，為了保障實際操作的安全性，必須盡可能排除人為因素，即設置一套自動控制系統主要負責高電壓和大電流的分、合閘。比較典型的情況就是設備管出現故障時，通過電氣控制系統將電路切斷，為維修工作創造條件。其二，電氣設備保護。在電氣設備運行的過程中，電氣控制系統可以對設備運行中的各項參數進行監控，一旦發現異常，即時作出反饋，一方面啟動保護措施避免設備遭到破壞，另一方面提醒工作人員進行檢查和維修工作。其三，監視。電氣控制系統能夠對電氣設備是否處于通電狀態進行判斷，基于此，工作人員在進行電氣設備操作時，就可以通過電氣控制系統中的監視系統將電信號轉化為視聽信號，協調幫助工作人員對電氣設備進行監測。現階段，隨著科學技術的發展，傳統電氣控制系統正呈現出智能化和自動化的發展趨勢，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，在電氣設備運行狀態監測和保護中發揮出了更加優秀的效果。

2 電動機故障原因

2.1 軸承部件的溫度過高

軸承是高壓設備運轉的關鍵部件，但這一部件也是機械故障多發的部分，需要能對這種故障成因以及發展有全面的掌握。在判斷故障類型以及故障成因的階段中，要能對故障有透徹的分析，進而在判斷故障的時候有精準高效的效果。實際造成軸承結構溫度偏高的因素較多，首先，如果高壓設備所使用的潤滑油中含有一定量雜質就增加軸承運轉中的摩擦力，使軸承溫度升高。其次，在使用高壓設備的階段中出現啟動頻率過于頻繁、設備運行以及裝載方式選擇不當，都可能會導致設備發生躥軸類型振動，并對設備的彈夾造成損毀，最終致使設備出現溫度升高的問題。第三，現代高壓設備為了防止軸承出現溫度過高的問題，在設備中還安裝有冷卻器組件，但如果在冷卻器運行狀態下出現了進水量偏低或者是進水管路結垢的問題，那么就會影響冷卻器組件作用的發揮，導致軸承的溫度難以得到控制。

2.2 齒輪傳動故障

（1）故障形式。齒輪傳動的過程中，常因運維不當產生多種形式的故障，并且故障形式會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）振動特點。齒輪發生故障后，齒輪振動效果會受到影響，分析齒輪振動影響因素，分別分析齒輪在常規和非常規狀態下的振動表現，了解振動水平存在的不同，在此期間，借助嚙合頻率、幅值調制、倍頻成分、頻率調制的差異具體掌握振動信號受不同類型故障影響的表現。

（3）試驗系統及系統故障。齒輪傳統系統在試驗臺進行性能測試，試驗臺的組成部分，不可見內容即電流、速度、傳感器、轉矩、電壓等，其中，距離控制柜三米的位置即電流和傳感器，這兩個裝置主要用來監測信號；傳感器靈敏度為5.2A/V，頻率范圍在0和1050Hz之間，110kHz數采系統，高效測量不同條件下的電流值。故障類型測試的過程中，組織不同的故障試驗，試驗種類主要有四類，不同種類故障測試工作開始之前，事先預測基準值，在故障循序引入的前提下開始試驗，要想全面獲知雙譜分析法在不同類故障中的特點，通過應用不同齒輪進行特點總結，試驗進行時，對齒輪逐一標號，設置采集頻率為110kHz，采集點為1602×103，數據長度約為s。雙譜分析法參與計算時，應用數據幀為102×103的點離散傅里葉變換，這對噪聲消除具有良好的效果，同時，還能有效預防頻譜泄露，大大提高頻率分量準確性。

2.3 振動故障

在交流類型異步電機設備正常運行狀態下，設中的核心組件會處于高速旋轉狀態下，并且也會伴隨高頻率的振動。而這種高頻率類型的振動也會使交流類型異步電機設備的中的螺絲部件松動，影響設備整體結構穩定性，甚至還會促促使地基下沉。其次，在交流類型異步電機設備高頻振動的影響下，聯軸器部件上的螺絲也會發生松動，聯軸器部件發生頂死摩擦，端蓋部分也有可能發生破裂。

3 電氣控制系統中電動機的保護環節分析

（1）短路保護。結合實踐來看，當前階段大部分電動機師事故都是由于發熱引起的，而這種現象產生的原因多為電動機線路絕緣皮損壞形成的短路。短路故障會導致電動機工作回路中出現瞬時大電流，使電動機被燒毀。由此可見，針對電動機的短路保護十分必要。在電氣控制系統中，針對電動機短路問題，最常采取的保護措施即為加設熔斷器、過流繼電器以及自動開關等設備。將上述設備加入到電路中，可以在電路中出現瞬時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，過流繼電器和自動開關的應用較為廣泛。

（2）過電流保護。過電流常常出現在電氣設備啟動時，此時若需要帶動的外在過大，就會引發瞬時過電流現象。過電流本身影響不大，但是容易導致電氣控制回路出現短路，進而損壞電氣設備。對于過電流問題，最有效的保護和預防方法就是在電路中安裝過流繼電器和自動開關，采用串聯的方式，這樣以來，如果電氣設備啟動的時候出現瞬時電流造成的短路，就可以即時切斷供電回路，保護電動機不受損壞。

（3）過載保護。除了短路以外，過載也會導致電動機發熱，若是長期處于過載狀態下，電動機繞組線圈中就會集聚大量的熱量無法散去，最終造成電動機的損壞。針對這一問題，最有效的保護措施就是加裝熱繼電器，對電動機運行過程中的熱量情況進行動態監測，同時設置一定的范圍，一旦熱量超限，即切斷回路，保護電動機不受傷害。

（4）欠電壓保護。在電動機運行的過程中，若是出現電壓降低的情況，電流就會大幅度增加，若是長時間維持這種狀態，電動機會產生大量的熱量，最終燒毀設備。出現這種現象的原因是在外載以輸出功率不變的情況下，電壓降低就會導致電流增大。針對這一問題最有效的保護方式是安裝欠電壓繼電器和自動開關，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。在電動機運行的過程中，若是突然停電，電壓會瞬間歸零，若是再次通電，電動機就會自動啟動，此時其內部就會產生瞬時電流，導致電動機出現損壞。此外，在同一個電氣系統中同時存在多個電動機，在所有電動機同時啟動時，就會平分電壓，此時可能出現單個電動機電壓不足的情況，產生大電流，導致電動機持續發熱出現損壞。因此，在電網斷電的情況下，應該及時關閉電動機，這樣就可以避免電源恢復時電動機自啟。

4 結語

綜上所述，電動機在運行的過程中，經常因各類因素出現諸如短路、過電流、過載等故障問題，因此有必要在電氣控制系統中設置一定的保護環節，針對這些可能出現的問題為電動機提供保護，避免其出現損壞，影響到電氣設備的正常運行。