車煥　郜世磊

摘 要：電動機在運行時常發(fā)生堵轉、三相相間短路、對稱過載等對稱性故障，為了判斷故障的種類。為了及時判斷電動機故障，本文利用MATLAB自帶的Simulink工具箱對異步電動機的常見對稱性故障進行仿真，給出仿真圖形，為電動機的故障處理打下基礎。

關鍵詞：Matlab；電動機故障；仿真

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A

0.概述

電動機的故障分為對稱性故障和非對稱性故障，其中對稱性故障包括三相相間短路、對稱過載、堵轉等。這種故障的主要特點是電機的三相電流還是對稱的，但電流值的大小卻增大很多，過大的電流將導致電機內的發(fā)熱量聚增。如果電機長期工作，會導致電機的絕緣老化，絕緣等級降低，嚴重時會發(fā)生火災。因此掌握電動機發(fā)生故障時電流的變化規(guī)律能夠準確判斷電動機發(fā)生了什么故障并有針對性地進行處理，本文用MATLAB軟件中的Simulink工具箱對異步電動機的這些常見對稱性故障進行仿真，給出了各種情況下故障電流的波形圖，為電動機的故障處理打下基礎。

1.仿真模型的建立

Simulink是MATLAB中用來對動態(tài)系統(tǒng)進行建模、仿真和分析的軟件包，其無需編寫程序，利用許多現(xiàn)成的模塊實現(xiàn)仿真，應用起來非常方便。因此本文利用Simulink工具箱對三相鼠籠交流異步電動機發(fā)生各種對稱性故障時的電流波形圖進行仿真，建立的仿真模型如圖1所示。

2.仿真結果

2.1 對稱過載故障仿真

仿真時在電動機啟動時給其施加180N·m的負載轉矩，假設該電機在啟動0.8s后發(fā)生過載故障，其負載轉矩將增加到額定負載轉矩的兩倍。圖2為電動機發(fā)生過載故障時定子電流的仿真波形圖。

仿真波形圖表明，電動機發(fā)生過載故障后，其三相電流還是對稱的，只是各相電流增大至額定電流的1.3倍，所以所過載故障屬于對稱故障。發(fā)生過載故障時電流的增大倍數(shù)并不大，所以電動機過載運行時不至于對電機立刻造成損壞，但是電機如果長期處于過載運行狀態(tài)，電機的絕緣容易老化，電機的使用壽命要降低。

2.2 三相相間短路故障

在電機的各種短路故障中，單相短路故障發(fā)生的頻率最高占大多數(shù)，兩相短路發(fā)生的情況較少，三相短路產生的機會最少。但是雖然三相短路很少發(fā)生，電動機如果發(fā)生三相短路，其電流增加很大，對電機的損壞非常嚴重。所以有必要對三相短路故障的電流進行分析。圖3為短路發(fā)生在電機啟動后0.8s時電機電流的仿真波形圖。

仿真波形圖表明，當電動機發(fā)生三相短路故障時，各相電流是對稱的，其大小增大至額定電流值的9.2倍，由此可見發(fā)生三相短路時電流增大的倍數(shù)非常大，有必要及時診斷出這種故障并盡快切斷電路，以免對電機造成損壞。

2.3 堵轉故障

當電機的負載轉矩急劇增大或者電動機出現(xiàn)機械故障時，電動機的轉速下降很快甚至極聚下降為零，這時電動機將發(fā)生堵轉故障。發(fā)生堵轉時，電動機的轉速很低，所以電動機的反電勢很低，從而造成定子繞組電流增大。假設電動機啟動后1s時發(fā)生堵轉，那么它的電流仿真波形圖如圖4所示。

仿真波形圖表明，發(fā)生堵轉故障后電動機的負載由額定轉矩瞬間增至額定轉矩的4倍，電動機轉速迅速由790rpm降至零，電流升至額定電流的4.8倍。這個電流雖然不是很大，但如果維持時間較長，電機內的溫升還是上升較快，從而使電機發(fā)生損壞。

結論

由仿真結果可知，電動機發(fā)生各種對稱故障時電流的變化規(guī)律是不同的。當電機在實際中發(fā)生故障時，我們可以根據(jù)電流的變化初步判斷電機發(fā)生了哪種故障，并有針對性地進行處理。

參考文獻

[1]徐小來，王莉，謝一靜.基于Matlab的異步電動機定子繞組故障仿真[J].電氣應用，2005，24（9）：23-24.