馬忠波

（甘肅有色冶金職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 金昌 737100）

電機(jī)屬于工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中非常重要的機(jī)械設(shè)備，對(duì)工業(yè)生產(chǎn)的安全性、穩(wěn)定性會(huì)產(chǎn)生直接影響，一旦出現(xiàn)電機(jī)的故障問(wèn)題或是安全問(wèn)題，將會(huì)導(dǎo)致工業(yè)生產(chǎn)的整體工作受到影響，甚至還會(huì)引發(fā)嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。為預(yù)防電機(jī)短路故障的發(fā)生，應(yīng)重點(diǎn)按照故障的特點(diǎn)與情況強(qiáng)化PLC 自控系統(tǒng)的防護(hù)設(shè)計(jì)，健全防護(hù)模式和機(jī)制，有效規(guī)避出現(xiàn)電機(jī)短路故障問(wèn)題。

1 電機(jī)短路故障問(wèn)題原因

電動(dòng)機(jī)運(yùn)行期間經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)故障問(wèn)題，短路故障最為常見(jiàn)，對(duì)設(shè)備的性能、安全與穩(wěn)定運(yùn)行都會(huì)產(chǎn)生直接的影響。通常情況下出現(xiàn)電機(jī)短路故障問(wèn)題的原因，就是在設(shè)備啟動(dòng)環(huán)節(jié)很短時(shí)間之內(nèi)，電流快速性地提升，達(dá)到最高數(shù)值時(shí)就可能會(huì)比電機(jī)本身的額定電流高很多，容易引發(fā)短路故障。另外，也可能是在出現(xiàn)電壓事故問(wèn)題、雷擊事故問(wèn)題之后使得主絕緣結(jié)構(gòu)擊穿，在絕緣被損壞或是出現(xiàn)老化現(xiàn)象之后就會(huì)引發(fā)電機(jī)的短路故障。與此同時(shí)，電機(jī)設(shè)備運(yùn)作期間受到溫度因素的影響出現(xiàn)故障，尤其是在內(nèi)部溫度變化均勻之后，容易導(dǎo)致電機(jī)出現(xiàn)嚴(yán)重的絕緣問(wèn)題，出現(xiàn)短路故障現(xiàn)象，很難進(jìn)行預(yù)防與控制。

2 電機(jī)短路故障PLC自控系統(tǒng)防護(hù)問(wèn)題

PLC 屬于可編程控制器，工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)用相關(guān)自控系統(tǒng)，能夠推動(dòng)電機(jī)設(shè)備的有效運(yùn)行，起到一定的控制作用和監(jiān)測(cè)作用，可以形成對(duì)電機(jī)的良好防護(hù)作用。但是，系統(tǒng)在運(yùn)行的過(guò)程中，需要等待電流處于穩(wěn)定狀態(tài)值之后才能采樣，很容易出現(xiàn)延時(shí)現(xiàn)象，不能準(zhǔn)確了解短路故障問(wèn)題發(fā)生原因，無(wú)法合理使用控制措施。尤其是在電機(jī)設(shè)備發(fā)生嚴(yán)重短路故障問(wèn)題之后，自控系統(tǒng)無(wú)法實(shí)時(shí)性、動(dòng)態(tài)性地監(jiān)控分析，難以起到防護(hù)作用，引發(fā)嚴(yán)重后果，導(dǎo)致企業(yè)出現(xiàn)經(jīng)濟(jì)損失。而PLC 自控系統(tǒng)在電機(jī)短路故障防護(hù)工作中應(yīng)用效果不足、應(yīng)用水平低的原因，就是相關(guān)自控系統(tǒng)的性能較低，缺乏一定的可靠性與穩(wěn)定性，不能有效更新、改進(jìn)系統(tǒng)的運(yùn)行，無(wú)法形成良好的故障防護(hù)作用，對(duì)故障問(wèn)題的嚴(yán)格控制、有效規(guī)避造成不利的危害[1]。

3 電機(jī)短路故障的PLC自控系統(tǒng)防護(hù)設(shè)計(jì)措施

為預(yù)防和避免電機(jī)短路故障問(wèn)題對(duì)工業(yè)生產(chǎn)造成不利的影響，筆者建議應(yīng)合理設(shè)計(jì)PLC自控系統(tǒng)防護(hù)模式，不斷增強(qiáng)系統(tǒng)的故障分析、故障研究效果，確?？刂葡到y(tǒng)的防護(hù)水平。主要措施有以下幾個(gè)方面。

3.1 明確應(yīng)用的方法與原理

通常情況下，電機(jī)在長(zhǎng)時(shí)間、高溫狀態(tài)下運(yùn)行，絕緣部件會(huì)快速老化，出現(xiàn)變脆的現(xiàn)象，彈性不斷降低，并且電機(jī)運(yùn)作的過(guò)程中，在熱膨脹影響之下很容易導(dǎo)致絕緣層出現(xiàn)斷裂、剝離等現(xiàn)象，并且定子線圈電流、電樞反應(yīng)橫向漏磁作用之下，會(huì)形成徑向點(diǎn)動(dòng)力，導(dǎo)致線圈槽內(nèi)部區(qū)域的直線上層、下層之間同向并且電流方向一致的情況下，作用力很高，會(huì)向著槽底的方向壓入，如若槽體的內(nèi)部區(qū)域存有縫隙，那么就會(huì)由于振動(dòng)因素出現(xiàn)絕緣層脫落的問(wèn)題，引發(fā)嚴(yán)重的短路故障，多數(shù)故障問(wèn)題集中在槽口的端部區(qū)域，主要原因就是線圈伸出到槽口的直線位置區(qū)域，很容易受到周圍線圈、相同層面異相線圈點(diǎn)動(dòng)力的影響，出現(xiàn)切向交變彎曲力矩，在此過(guò)程中，電磁力數(shù)值的大小和電流平方之間呈現(xiàn)出正比的狀態(tài)，因此在電機(jī)啟動(dòng)期間力矩會(huì)提升很多倍，箍匝線會(huì)出現(xiàn)松動(dòng)現(xiàn)象，端部的絕緣層會(huì)由于線圈振動(dòng)發(fā)生磨損的問(wèn)題，在經(jīng)歷很多次啟動(dòng)之后會(huì)出現(xiàn)單相對(duì)地短路問(wèn)題、相間短路問(wèn)題。與此同時(shí)，也可能會(huì)有大面積短路的現(xiàn)象，原因就是局部有效電弧，導(dǎo)致絕緣層次發(fā)生碳化的問(wèn)題，小電弧在電壓峰值變化的情況下發(fā)生改變，電壓數(shù)值超過(guò)0 的情況下，電弧也會(huì)熄滅，而電弧多次出現(xiàn)之后，會(huì)導(dǎo)致絕緣層完全性的碳化，其中銅導(dǎo)體也很容易熔化，短路電流迅速增高，出現(xiàn)多個(gè)位置短路故障問(wèn)題，如果能夠在發(fā)生問(wèn)題的最初階段及時(shí)發(fā)現(xiàn)、了解，就可以及時(shí)停機(jī)維修，預(yù)防引發(fā)經(jīng)濟(jì)損失或是其他事故問(wèn)題。在此過(guò)程中，應(yīng)重點(diǎn)設(shè)計(jì)PLC 自控系統(tǒng)防護(hù)模式，借助計(jì)數(shù)器設(shè)備利用短路電弧方面的電流脈沖觸發(fā)，使得計(jì)數(shù)器設(shè)備能夠準(zhǔn)確執(zhí)行脈沖數(shù)量的計(jì)數(shù)工作，在脈沖數(shù)據(jù)值達(dá)到設(shè)計(jì)數(shù)值的情況下，自動(dòng)化地停機(jī)處理，預(yù)防出現(xiàn)電機(jī)短路問(wèn)題或是其他的問(wèn)題[2]。

3.1.1 合理選定元件參數(shù)值

設(shè)計(jì)PLC 自控系統(tǒng)電機(jī)短路故障防護(hù)模式的過(guò)程中，假設(shè)電機(jī)的電流是I，LH1 屬于原本的電流互感器，變比是I/I1=K1，LH2 屬于自制類型的電流互感器設(shè)備，I1/I2=K2，Z1 屬于整流管，Z2 屬于穩(wěn)壓管，需要保證R1 ≤（R2+R3），就應(yīng)該將穩(wěn)壓管穩(wěn)定電壓取值設(shè)定成為UZ=4 V。在J 處于斷開(kāi)狀態(tài)的情況下，利用以下公式進(jìn)行計(jì)算：

公式中如果UB≥UZ，那么UC就與UB之間相等，就要設(shè)計(jì)可控硅導(dǎo)通的形式；如果UB＜UZ，那么UC就是0，就要設(shè)計(jì)可控硅關(guān)閉的形式。并且在明確K2 數(shù)值、R1 數(shù)值、R2 數(shù)值的情況下，I2 和R1 的數(shù)值不能過(guò)高，以免出現(xiàn)R1熱度過(guò)高的現(xiàn)象，避免熱量過(guò)大而燒毀。通常情況下，如果電機(jī)的額定電流在350 A左右，那么，就要將I2的數(shù)值取為40 mA，R1數(shù)值設(shè)定成為100 Ω，R2數(shù)據(jù)值設(shè)定成為1 kΩ，R3 數(shù)值設(shè)定成為2 kΩ。在電機(jī)設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，J處于斷開(kāi)的狀態(tài)，啟動(dòng)的過(guò)程中J處于閉合的狀態(tài)，并且R3的數(shù)據(jù)值、R4 的數(shù)據(jù)值直接影響著短路脈沖電流觸發(fā)數(shù)據(jù)值，因此，應(yīng)按照實(shí)際情況進(jìn)行取值，增強(qiáng)PLC自控系統(tǒng)的防護(hù)水平、防護(hù)科學(xué)性，以免影響系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定度。

3.1.2 運(yùn)行階段的參數(shù)取值

電機(jī)設(shè)備在實(shí)際運(yùn)行方面電流一般處于非常穩(wěn)定的狀態(tài)，觸發(fā)數(shù)值可以設(shè)定很小的標(biāo)準(zhǔn)，但是，可能會(huì)受到電網(wǎng)過(guò)電壓等各類偶然因素的影響出現(xiàn)問(wèn)題，因此應(yīng)該將數(shù)值設(shè)定在I=1.5IN，其中的IN 代表的是額定電流，計(jì)數(shù)器的相關(guān)數(shù)值應(yīng)該設(shè)定成K=5，保證可以預(yù)防出現(xiàn)系統(tǒng)誤動(dòng)的現(xiàn)象，同時(shí)還需將所選取的數(shù)據(jù)值利用公式進(jìn)行計(jì)算分析和處置，保證所選的數(shù)值能夠符合標(biāo)準(zhǔn)[3]。

3.1.3 啟動(dòng)環(huán)節(jié)數(shù)值的設(shè)定

電機(jī)設(shè)備的啟動(dòng)階段內(nèi)部參數(shù)會(huì)在時(shí)間推移的情況下發(fā)生變化，啟動(dòng)電流、電磁轉(zhuǎn)矩和負(fù)載的重量存在直接聯(lián)系，無(wú)法準(zhǔn)確、合理地將各個(gè)時(shí)刻電流數(shù)據(jù)值計(jì)算出來(lái)，應(yīng)通過(guò)示波器的定時(shí)讀數(shù)措施，獲得相應(yīng)的電流、時(shí)間關(guān)系圖。獲得關(guān)系圖之后應(yīng)按照實(shí)際情況明確分析最初啟動(dòng)一秒鐘的時(shí)間范圍電流有著迅速地改變，之后平穩(wěn)性降低，所以可以將啟動(dòng)最初一秒鐘以后的電流副值當(dāng)作是計(jì)數(shù)器設(shè)備的觸發(fā)數(shù)據(jù)值，通常設(shè)定在2.9IN～3.4IN 之間，按照負(fù)載重量差異性合理性地設(shè)定。應(yīng)用的過(guò)程中也應(yīng)該注意，盡量利用實(shí)測(cè)的措施明確I觸發(fā)數(shù)值，為保證在出現(xiàn)電弧的情況下可以可靠進(jìn)行計(jì)數(shù)器設(shè)備的觸發(fā)，減少系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間，應(yīng)做好實(shí)測(cè)實(shí)驗(yàn)分析工作、模擬實(shí)驗(yàn)分析工作，將計(jì)數(shù)器的K數(shù)值設(shè)定在70左右，明確I觸發(fā)數(shù)據(jù)值以后需按照公式內(nèi)容計(jì)算R4 的數(shù)值，確保相應(yīng)的PLC 自控系統(tǒng)的防護(hù)應(yīng)用效果、應(yīng)用水平[4]。

3.1.4 做好可靠性的實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)

工作中應(yīng)嚴(yán)格分析、驗(yàn)證研究系統(tǒng)的可靠性特點(diǎn)，利用廢棄類型的電機(jī)設(shè)備執(zhí)行匝間的相對(duì)地分析工作、相間短路試驗(yàn)分析工作，利用試驗(yàn)研究的形式、分析的措施等，明確電機(jī)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，無(wú)論匝間或者是相對(duì)地，都需要做好短路電流脈沖計(jì)數(shù)的相關(guān)工作，尤其是在啟動(dòng)狀態(tài)方面，如果I=3IS，并且K=70，那么，系統(tǒng)方面的相對(duì)地短路電流脈沖就符合可靠性的標(biāo)準(zhǔn)，但是，匝間短路的電流脈沖不具備一定的可靠性，因此，在完成實(shí)驗(yàn)分析工作之后需結(jié)合電機(jī)短路的特點(diǎn)與狀況，合理使用PLC自控系統(tǒng)，完善相應(yīng)的防護(hù)模式和防護(hù)機(jī)制，促使各項(xiàng)工作良好實(shí)施[5]。

3.2 完善系統(tǒng)設(shè)計(jì)模式

電機(jī)短路故障的PLC 自控系統(tǒng)防護(hù)設(shè)計(jì)的工作中應(yīng)完善其中的系統(tǒng)設(shè)計(jì)模式，健全輸入采樣的模塊、程序執(zhí)行的模塊、輸出刷新的模塊，增強(qiáng)系統(tǒng)的應(yīng)用水平，發(fā)揮系統(tǒng)在電機(jī)短路故障預(yù)防、控制、防護(hù)過(guò)程中的作用價(jià)值。1）在設(shè)計(jì)輸入采樣模塊的過(guò)程中，應(yīng)重點(diǎn)將控制電機(jī)的命令輸入到采樣模塊中，利用PLC系統(tǒng)進(jìn)行所采集信息的分析、解讀、研究，之后將模塊、影響區(qū)、裝置等各類信息輸出，合理進(jìn)行命令傳送的情況下，利用電機(jī)繼電器設(shè)備合理接收其中的信號(hào)內(nèi)容，精確、準(zhǔn)確地輸入電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)值、開(kāi)關(guān)量模塊數(shù)值，利用先進(jìn)的自控系統(tǒng)反饋電機(jī)的運(yùn)作狀況數(shù)值，反復(fù)、循環(huán)地處理，便于有關(guān)工作部門(mén)利用PLC自控系統(tǒng)的防護(hù)模式掌握電機(jī)的運(yùn)作狀況，實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)地監(jiān)控處理，及時(shí)了解電機(jī)短路的故障問(wèn)題和安全隱患，保證防護(hù)設(shè)計(jì)的科學(xué)化程度。2）設(shè)計(jì)電機(jī)短路故障原因分析的模塊，科學(xué)化、動(dòng)態(tài)地分析故障發(fā)生原因，預(yù)防出現(xiàn)延時(shí)問(wèn)題，合理監(jiān)控電機(jī)設(shè)備啟動(dòng)過(guò)程中的電流狀態(tài)，如若有電流過(guò)高的現(xiàn)象，就應(yīng)自動(dòng)停機(jī)，避免出現(xiàn)嚴(yán)重的短路后果，使得系統(tǒng)可以安全、穩(wěn)定地運(yùn)作[6]。

3.3 合理設(shè)計(jì)防護(hù)模式

系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行期間應(yīng)重點(diǎn)進(jìn)行短路電弧電流脈沖數(shù)量的統(tǒng)計(jì)分析，借助計(jì)數(shù)器完成工作，通過(guò)穩(wěn)壓管穩(wěn)定電壓數(shù)據(jù)值的分析和研究，合理設(shè)計(jì)整流管部件、電流互感器部件、穩(wěn)壓器部件等，合理分析電機(jī)的運(yùn)作原理，充分研究和考慮各個(gè)元件的參數(shù)情況，獲取到短路脈沖電流的觸發(fā)數(shù)值，增強(qiáng)系統(tǒng)在預(yù)防電機(jī)短路故障方面的防護(hù)效果，準(zhǔn)確分析研究電機(jī)設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)、啟動(dòng)參數(shù)，掌握設(shè)備啟動(dòng)過(guò)程中的電流變化狀態(tài)，明確分析電流數(shù)值、轉(zhuǎn)差率數(shù)值、電磁轉(zhuǎn)矩?cái)?shù)值、負(fù)載數(shù)值等，全面掌握啟動(dòng)環(huán)節(jié)電流變化狀態(tài)的情況下，測(cè)定各個(gè)時(shí)間段的電流變化情況，通過(guò)實(shí)際檢測(cè)方式、模擬檢測(cè)的方式處理，保證數(shù)據(jù)信息的精確度。為保證PLC 自控系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中精確地進(jìn)行電機(jī)設(shè)備短路脈沖計(jì)數(shù)處理，增強(qiáng)匝間短路方面的電流脈沖計(jì)數(shù)效果和準(zhǔn)確度，應(yīng)完善系統(tǒng)的運(yùn)行模式、運(yùn)作機(jī)制，提出相應(yīng)的短路故障防護(hù)要求、防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，凸顯故障問(wèn)題的防護(hù)作用和價(jià)值，有效杜絕隱患問(wèn)題，降低電機(jī)短路故障現(xiàn)象的發(fā)生率，增強(qiáng)相關(guān)的故障分析與預(yù)防工作效果[7]。

3.4 合理設(shè)計(jì)程序

電機(jī)短路故障的PLC 自控系統(tǒng)防護(hù)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，應(yīng)保證各個(gè)程序的完善性，科學(xué)設(shè)計(jì)程序的情況下增強(qiáng)相應(yīng)故障防護(hù)的有效性，避免產(chǎn)生嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。

3.4.1 合理設(shè)計(jì)主程序

主程序設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)明確要求從輸入單元檢測(cè)輸入量，準(zhǔn)確進(jìn)行KM閉合狀態(tài)的判斷。如若已經(jīng)處于閉合的狀態(tài)，就證明電機(jī)設(shè)備開(kāi)始運(yùn)作，此情況下不能按下啟動(dòng)按鈕；如果沒(méi)有處于閉合狀態(tài)，就證明電機(jī)設(shè)備已經(jīng)停機(jī)，可以進(jìn)行啟動(dòng)操作。在此之后系統(tǒng)還需明確是否已經(jīng)按下啟動(dòng)按鈕，如果已經(jīng)按下就要繼續(xù)之后的程序，如果沒(méi)有按下就要重新檢測(cè)分析。在已經(jīng)按下啟動(dòng)按鈕之后，需要針對(duì)電機(jī)設(shè)備的啟停情況合理檢測(cè)分析，如果電機(jī)設(shè)備正常啟動(dòng)，就可以判斷成為成功使用；如果沒(méi)有正常啟動(dòng)，就需要進(jìn)入到保護(hù)的界面，全面掃描是否存在短路故障問(wèn)題、安全隱患問(wèn)題，通過(guò)科學(xué)化的檢測(cè)方式、合理性的故障處理方式增強(qiáng)電機(jī)設(shè)備的運(yùn)作效果，使其能夠安全、穩(wěn)定地運(yùn)行，保證系統(tǒng)的良好應(yīng)用。在主程序設(shè)計(jì)的過(guò)程中，應(yīng)完善其中的短路故障檢測(cè)分析功能，保證三相電流的有效檢測(cè)，一旦發(fā)現(xiàn)有短路故障的風(fēng)險(xiǎn)隱患就要迅速啟動(dòng)保護(hù)模式，進(jìn)行報(bào)警并亮起故障指示燈，確保后續(xù)程序的良好運(yùn)行，準(zhǔn)確判斷故障，準(zhǔn)確進(jìn)行掃描，合理進(jìn)行保護(hù)，形成良好的故障防控作用[8]。

3.4.2 合理設(shè)計(jì)子程序

為保證PLC 自控系統(tǒng)具備一定的電機(jī)短路故障的保護(hù)作用，應(yīng)做好子程序的設(shè)計(jì)工作。首先，合理設(shè)計(jì)欠壓保護(hù)類型的子程序，要求子程序在運(yùn)行期間準(zhǔn)確采集分析不同相的電壓數(shù)據(jù)值，求取平均值信息，之后和整定值之間相互對(duì)比分析，如果平均數(shù)值比整定值小，那么就要跳轉(zhuǎn)到保護(hù)子程序，實(shí)現(xiàn)欠壓保護(hù)的目的，做出相應(yīng)的報(bào)警，亮起欠壓故障指示燈，如若沒(méi)有出現(xiàn)故障，就可以結(jié)束循環(huán)；如果有故障問(wèn)題，就應(yīng)強(qiáng)化故障控制的力度。其次，重點(diǎn)設(shè)計(jì)啟動(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)方面保護(hù)的子程序，在這個(gè)程序之內(nèi)需要準(zhǔn)確、全面進(jìn)行三相電流數(shù)量的采集處理，如若有啟動(dòng)環(huán)節(jié)電流數(shù)值高于整定值的現(xiàn)象，或者是在符合整定時(shí)間要求之后電流數(shù)值高于整定值，就要跳轉(zhuǎn)到保護(hù)動(dòng)作方面的子程序，確保起到一定的啟動(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的保護(hù)作用，做出報(bào)警操作，便于工作部門(mén)結(jié)合實(shí)際情況有效進(jìn)行電機(jī)短路故障防護(hù)處理[9]。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，電機(jī)設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中受到諸多因素的影響，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)短路故障問(wèn)題，對(duì)整體系統(tǒng)的運(yùn)行、設(shè)備的穩(wěn)定應(yīng)用都會(huì)造成不利影響。因此，在電機(jī)設(shè)備運(yùn)行工作中，需結(jié)合電機(jī)短路故障的發(fā)生特點(diǎn)、發(fā)生情況，完善PLC自控系統(tǒng)的保護(hù)模式、保護(hù)功能，合理設(shè)定各類取值的指標(biāo)，嚴(yán)格預(yù)防出現(xiàn)故障問(wèn)題，起到短路故障防護(hù)和預(yù)防作用。