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        三相異步電動機的起動與調(diào)速控制及故障處理

        2017-03-27 15:15:06孫浩
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2017年4期
        關(guān)鍵詞:調(diào)速故障原因處理方法

        孫浩

        摘 要:三相異步電動機,以其結(jié)構(gòu)簡單,運行可靠,價格低廉,制造方便,極為廣泛的應(yīng)用于各行各業(yè)。根據(jù)轉(zhuǎn)子繞組結(jié)構(gòu)的不同,可分為籠型轉(zhuǎn)子和繞線型轉(zhuǎn)子,它們的運行特性和調(diào)速方法有著很大的不同。

        關(guān)鍵詞:起動方式;調(diào)速;故障原因;處理方法

        1 三相異步電動機的起動方式

        1.1 籠型異步機直接起動

        該方法是,將異步機直接接到具有定子額定電壓的電源上,優(yōu)點:起動轉(zhuǎn)矩大,起動時間短,操作控制設(shè)備簡單。缺點:起動電流大(一般是電機額定電流4~7倍)。如果電網(wǎng)的容量不是很大,則會影響同一電網(wǎng)上,其他電氣設(shè)備的工作。另外,過大的起動電流,使電機和線路上的損耗增加,尤其是起動時間漫長,起動頻繁損耗更大,電機發(fā)熱更嚴重。所以當啟動電流引起電網(wǎng)的電壓降超過15%時,應(yīng)該采用其他方法限制起動電流。

        1.2 籠型機減壓啟動

        該方法是將異步機定子端電壓降低,由于,起動電流和定子端電壓成正比,故起動電流下降。但是異步機的轉(zhuǎn)矩和定子端電壓的平方成正比,所以轉(zhuǎn)矩下降很多。故只適用于對啟動轉(zhuǎn)矩要求不高的場合。

        1.2.1 △-Y降壓啟動

        該方法是,將運行時定子繞組三角形聯(lián)接的異步機,在起動的時候接成星形,待電機轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后,再改為三角形運行。起動電流為直接起動的1/3,轉(zhuǎn)矩是直接起動的1/3。本方法只適用于:運行時三角形鏈接額定電壓380V的電動機。

        1.2.2 自耦變壓器降壓啟動

        起動時將電源接到變壓器的高壓側(cè),電動機接到變壓器的低壓側(cè),根據(jù)所需的啟動轉(zhuǎn)矩和容許的起動電流的大小,選擇變壓器低壓側(cè)的抽頭,起動完畢后,將自耦變壓器切除,電機全壓運行。優(yōu)點:不受電動機定子繞組接線方式的限制。缺點:啟動設(shè)備比較昂貴。

        1.3 繞線轉(zhuǎn)子異步機的起動

        A轉(zhuǎn)子回路串電阻起動 B轉(zhuǎn)子回路串頻敏變阻器起動

        起動時在轉(zhuǎn)子回路中串入適當?shù)碾娮?,可以使轉(zhuǎn)子回路的功率因數(shù)提高,有功電流分量增加,從而提高啟動轉(zhuǎn)矩同時限制起動電流,并且可以讓電機以最大轉(zhuǎn)矩起動。

        頻敏變阻器的特點是,隨著轉(zhuǎn)子電流頻率的下降變阻器的電阻自動減小,當電機起動完畢后頻敏變阻器阻值變?yōu)樽钚?,從而相當于自動從轉(zhuǎn)子回路切除。

        2 三相異步電動機的調(diào)速

        三相異步電動機的轉(zhuǎn)速公式為n=60*f*(1-s)/P,所以可以從(1)改變極對數(shù)P;(2)改變電源頻率f;(3)改變轉(zhuǎn)差率s三方面進行。

        2.1 變極調(diào)速

        在電源頻率為恒定的情況下,改變電動機的極對數(shù),就可以改變旋轉(zhuǎn)磁場和轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。一般常用的有雙速,三速和四速電機,但是它們的尺寸比同容量的異步機稍大,并且運行性能稍差,電機的出線端子比較多,需要用接觸器進行換接。但是在僅需要等級調(diào)速時,此法依然是非常好的方法。

        2.2 變頻調(diào)速

        現(xiàn)代化的變頻器功能非常強大,所以異步機變頻調(diào)速系統(tǒng),既具有優(yōu)良的性能,又能發(fā)揮結(jié)構(gòu)簡單,運行可靠的優(yōu)越性。具體來說,有如下優(yōu)點:(1)在電動機額定轉(zhuǎn)速以下,可以實現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速,使電動機的轉(zhuǎn)速特性非常硬。(2)在電動機額定轉(zhuǎn)速以上,可以實現(xiàn)恒功率調(diào)速,使調(diào)速的范圍變寬。(3)變頻起動時,電機可以在最大轉(zhuǎn)矩下起動,且起動電流倍數(shù),比直接啟動時要小得多,從而減小了定子繞組端部的電磁應(yīng)力,延長了電機使用壽命。(4)通過對變頻器參數(shù)的合理設(shè)置,可以使異步機變頻調(diào)速系統(tǒng),適用于風機泵類,傳送帶等各類負載。并且獲得近乎于完美的特性補償。而且根據(jù)需要,設(shè)定電動機的轉(zhuǎn)速,進而實現(xiàn)了節(jié)能。

        2.3 變轉(zhuǎn)差率調(diào)速

        此法是只適用于繞線轉(zhuǎn)子電動機,其優(yōu)點是方法簡單,調(diào)速范圍廣,缺點是在工作的時候,要在調(diào)速電阻中,消耗一定的電功率。所以主要用于中小功率的異步機中,例如:橋式起重機的主副起升電動機。

        3 三相異步電動機的常見故障及處理方法

        3.1 起動困難或者根本無法起動的原因

        電源方面:三相電源缺相或者電源電壓過低。電動機方面:定子繞組有斷線,接地或者短路?;\型轉(zhuǎn)子導(dǎo)條斷裂,繞線轉(zhuǎn)子有斷線,接地或者短路,由于集電環(huán)過度磨損,導(dǎo)致轉(zhuǎn)子繞組缺相。軸承損壞嚴重導(dǎo)致“悶車”。當軸承損壞不太嚴重時,有可能導(dǎo)致啟動或者運行時,轉(zhuǎn)子發(fā)生相對運動致使電機氣隙增加,使電機“無力”。定子繞組接線錯誤:三相繞組首末端接反,三角運行的繞組接成了星形。電動機軸承或者端蓋組裝不當。負載方面:機械負載過載嚴重,生產(chǎn)機械的制動未放松,導(dǎo)致電機“悶車”。

        3.2 電動機溫升過高的原因

        電源方面:三相電源缺相。電源電壓過低,在負載不變的前提下,導(dǎo)致電機過載運行。電動機方面:電機使用環(huán)境溫度過高,進風口被雜物堵塞,風扇葉損壞,或者冷卻風機故障停機。定子繞組局部短路,接地,星角接線錯誤。電動機欠壓滿載。電源電壓過高。定子轉(zhuǎn)子在電機工作時相互摩擦“掃膛”。

        3.3 運行的時候劇烈震動的原因

        電機基礎(chǔ)不平或者緊固不牢靠。電機和被拖動的負載的機械軸,不在同一條水平線上。軸承嚴重磨損。轉(zhuǎn)子或帶輪不平衡。轉(zhuǎn)軸彎曲。造成電機轉(zhuǎn)子偏心。

        3.4 電動機運行時,始終達不到額定轉(zhuǎn)速的原因

        電源電壓過低。電動機缺相運行。運行時定子繞組,本應(yīng)該接成三角形,卻誤接成星形。電動機嚴重過載。軸承損壞。籠型轉(zhuǎn)子導(dǎo)條斷裂,定子繞組匝間短路或者接地。

        3.5 故障處理實例

        3.5.1 某天機床報警:主油泵電動機過載。該油泵電動機為15kW 4極電動機,采用星-角起動運行方式,起動時正常,轉(zhuǎn)到角運行時,該電機保護器就“跳閘”。對電動機本身和其動力電纜,以及保護器和三相電源檢查,未發(fā)現(xiàn)問題。檢查接觸器的時候,發(fā)現(xiàn)角運行接觸器,有一相主觸點燒損,更換同型號接觸器后,機床正常運行。

        3.5.2 某天公司100噸天車,在開主起升的時候,其繞線轉(zhuǎn)子電動機發(fā)出高聲的“吼叫”。不過對相關(guān)的接觸器,三相電源,空氣開關(guān)等檢查,未發(fā)現(xiàn)問題。該主起升,有一個液壓的機械抱閘,當起動時,抱閘必須先放松,但是在試車的時候,抱閘并未動作,經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)抱閘電機熔斷器損壞了兩個,更換后,天車正常工作。

        3.5.3 某天對公司內(nèi)的機床,進行例行檢查時發(fā)現(xiàn),某數(shù)控龍門銑,主軸異步離心冷卻風機,工作時振動嚴重,并且過不多時,其保護空開就“跳閘”。將其拆下后,接線試車發(fā)現(xiàn),風機不僅振動嚴重,而且轉(zhuǎn)速也時高時低。于是斷定是軸承損壞,更換軸承后,風機正常工作。

        3.6 三相異步電動機的保護措施

        3.6.1 短路保護

        當電動機發(fā)生短路故障時,必須及時可靠地切斷電源。否則過大的短路電流將會很快燒毀電機,動力線路或者其他設(shè)備。對于500V以下的低壓電動機一般采用斷路器的瞬動電磁脫扣器進行保護。

        3.6.2 過載保護

        通常采用熱繼電器或者斷路器的熱脫扣器,進行過載保護,亦稱為過負荷保護。熱繼電器常和中間繼電器接觸器等,組成過負荷保護裝置。

        3.6.3 缺相保護

        三相異步電動機運行時,因為某種原因一相電壓突然丟失,造成電動機兩相運行的“單相”運行狀態(tài),叫缺相。常用的缺相保護方法有下列4種:

        (1)采用帶缺相保護裝置的熱繼電器進行保護。(2)欠電流繼電器保護。(3)專用的電動機保護器進行保護。(4)零序電壓繼電器進行保護。

        3.6.4 失電壓和欠電壓保護

        失壓和欠壓保護,是為了防止電動機,在過低電壓下繼續(xù)運行,而燒毀的裝置。它可以在電壓消失或者過低時,斷開電動機的電源,同時可以防止,在電源電壓突然恢復(fù)時,電動機自啟動。其常用的是,交流接觸器的電磁機構(gòu),減壓啟動器,或者斷路器上的失壓和欠壓脫扣器,及電壓繼電器保護。

        3.7 維修心得

        只有做到,知己知彼,才能百戰(zhàn)不敗,所以基礎(chǔ)理論知識是非常重要的。比如:電機廠,為了充分利用鐵磁材料,一般將異步電機的額定電壓,定在磁路的磁化曲線膝點附近。電源電壓升高,將會導(dǎo)致主磁路飽和,而且升高的程度越大,主磁路的磁飽和現(xiàn)象就越嚴重。這樣將導(dǎo)致,鐵損的增加和激磁電流波形,嚴重畸變,并且幅值大幅增加。過大的激磁電流疊加,在正常的負荷電流上,使電動機銅損快速增加,最后導(dǎo)致溫度大幅升高。異步電機的運行轉(zhuǎn)矩,是和加載其端子上的電壓平方成正比。如果電源電壓過低的話,為了平衡轉(zhuǎn)軸上的負載轉(zhuǎn)矩,電動機將會從電源吸取更大的電流來完成,這樣電機很快就過載。異步電機運行時,對電源電壓的平衡度要求比較高,一般規(guī)定相電壓的不對稱值,不得超過額定值的5%。并且對線電流進行監(jiān)視,其不平衡度,不能超過其額定電流的10%。當電源平衡時,定子三相繞組由正序或者負序磁動勢,產(chǎn)生正向或者反向,推移的三相合成磁動勢,當電源不平衡時,正序和負序磁動勢同時存在,并且合成的磁動勢,將是一個橢圓形。伴隨著不平衡度的增加,橢圓形磁動勢的長軸更長,短軸更短,這樣將會破壞異步機,原有的運行模式,造成電動機的損壞。同樣,實際維修經(jīng)驗,也非常重要,某天某機床的某個油泵電機,因缺相“跳閘”。但是檢查相關(guān)部件和電源時,未發(fā)現(xiàn)問題,只要一送電,斷路器就跳,后來發(fā)現(xiàn),位于床身上的某個航空插座,內(nèi)部的引腳被燒損,改接到其他備用引腳后,故障消除。

        4 結(jié)束語

        只有理論聯(lián)系實際,在實踐中不斷積累經(jīng)驗,才能實現(xiàn)質(zhì)的飛躍。

        參考文獻

        [1]湯 .電機學(xué)(第四版)[M].北京:機械工業(yè)出版社,2011:41-42, 173,218.

        [2]孫克軍,楊春穩(wěn).常用電機與變壓器技術(shù)[M].北京:機械工業(yè)出版社,2008:73,75,80,91.

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