1 電動機(jī)保護(hù)器故障判定原則
1.1 故障分類
可以將電動機(jī)的故障類型分為兩大類,即對稱性故障和非對稱性故障。對稱性故障分為短路、過壓、功率低下等。這類故障對于電動機(jī)的機(jī)械轉(zhuǎn)力影響非常大,易損壞機(jī)器。甚至可損壞電阻絲。而非對稱性故障的判斷標(biāo)準(zhǔn)是是否接地。
1.2 故障信息的收集和分析
關(guān)于電動機(jī)保護(hù)器的故障成因以及特征應(yīng)該在故障發(fā)生時做到及時的數(shù)據(jù)收集工作,這成了智能型電動機(jī)保護(hù)器能否正常工作的關(guān)鍵所在。當(dāng)故障在三相對稱的工作狀態(tài)下,應(yīng)該采取對于電流幅度的限制進(jìn)行對電動機(jī)的保護(hù)。如果進(jìn)入非對稱的工作狀態(tài),可以考慮通過幅度電流保護(hù)電動機(jī)所形成的熱動力。
1.2 電動機(jī)保護(hù)機(jī)制
1.2.1 短路保護(hù)保護(hù)方案
如果電動機(jī)發(fā)生故障是短路,那樣必須迅速作出處理,因?yàn)槿绻搪冯娏鬟^大,會瞬間產(chǎn)生巨大的電流電壓,將一瞬間燒毀電動機(jī),造成巨大損失,所以有關(guān)于電動機(jī)的短路保護(hù),必須能迅速進(jìn)行。當(dāng)故障發(fā)生時,電動機(jī)能快速檢測到故障點(diǎn),并做出反應(yīng)切斷電源,防止事態(tài)進(jìn)一步惡化。
1.2.2 過壓欠壓故障的解決方案
過壓以及欠壓的故障也是影響電動機(jī)工作的一個主要原因。對于這兩種故障也應(yīng)該及時切斷電源進(jìn)行故障排查。如何區(qū)分過壓還是欠壓具體公式如下:
過壓故障:當(dāng)U>Ugv時,T 欠壓故障:當(dāng)Uxy 針對不同的故障原因,利用公式計(jì)算得出,然后切斷電源后進(jìn)行搶修工作。
1.2.3 過載保護(hù)
過載電壓有一個數(shù)值限定范圍。并且存在一定損毀電動機(jī)設(shè)備的危險。當(dāng)發(fā)生電壓過載的時候,如果在數(shù)值限定范圍內(nèi),可以不切斷電源,但要緊密監(jiān)視。如果數(shù)值很快超過限定范圍,就要及時的停止電動機(jī)工作,讓過載產(chǎn)生的大量熱量迅速散去。如何區(qū)分過載保護(hù)的時間,可以根據(jù)過載電流一定時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量值進(jìn)行判斷。單位時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量越大,允許通過的時間就越短。
1.2.4 接地故障處理
對于電動機(jī)發(fā)生接地故障時,應(yīng)該首先判斷電機(jī)機(jī)組的工作是否正常,如果正常,百分之九十可以判斷為接地故障。故障造成的電流信號和地線信號信息的不同步。利用這個機(jī)理可測得電路的接地故障點(diǎn)。
1.2.5 斷相故障保護(hù)
如果電動機(jī)出現(xiàn)斷相故障,必須引起工作人員的高度重視,因?yàn)閿嘞喙收鲜撬泄收现形:ψ畲蟮囊粋€。斷相故障一旦持續(xù)一段時間必然損壞電動機(jī),所有基本的故障原因通常有以下兩點(diǎn):(1)供電電源線故障。供電電源線一旦直接斷開,將會造成斷相故障。(2)定子的電源線圈纏繞問題,會造成斷相故障。
2 電動機(jī)保護(hù)器關(guān)于電流信號采集的設(shè)計(jì)
2.1 電流設(shè)計(jì)的采集分析
電流數(shù)據(jù)的采集方式是通過對電動機(jī)運(yùn)行時進(jìn)行數(shù)據(jù)收集的。對于正弦交流信號的周期進(jìn)行了解的同時在負(fù)周期進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集。將電壓信號直接傳輸給單片機(jī)。在負(fù)周期內(nèi),采取整波整流的傳輸方式,將信號傳輸出去,然后在正周期的范圍內(nèi)進(jìn)行采樣分析。這樣保證了數(shù)值的準(zhǔn)確性以及真實(shí)性。關(guān)于電動機(jī)電流設(shè)計(jì)的信號采集分析應(yīng)該包括:電流傳感器、采樣電阻、信號收集器、精密電路傳輸以及模擬電路開關(guān)。
2.2 電流分析處理
2.2.1 數(shù)據(jù)采集分析
數(shù)據(jù)電流的采集應(yīng)該采取間隔抽樣法。對于工頻在50Hz以內(nèi)的電流,應(yīng)該以半個電流為周期,設(shè)定一個周期內(nèi)的采樣次數(shù)為20次,利用好AT8860單片機(jī)的工作機(jī)理,在12MHz時,確定機(jī)器每個周期的時間。采取1000個節(jié)點(diǎn)為一個周期的指令。保證在每個電流周期內(nèi)能完成20次的數(shù)據(jù)采集任務(wù)。
2.2.2 數(shù)據(jù)的處理
關(guān)于收集上來的數(shù)據(jù)應(yīng)該進(jìn)行及時的處理,對于每個周期內(nèi)采集上來的20個數(shù)據(jù),利用數(shù)學(xué)建模進(jìn)行科學(xué)的分析。對于分析的數(shù)據(jù)繪制成曲線圖,分析曲線圖確定故障的原因。
3 關(guān)于電動機(jī)保護(hù)器的設(shè)計(jì)
3.1 硬件主芯片的選取 AT8860單片機(jī)是一種低功耗、高效率的微型處理器??梢酝卣沟?4位Flash閃存。與工業(yè)級的各類產(chǎn)品和接口完全兼容。另外AT8860的靜態(tài)操作執(zhí)行邏輯,可以選擇節(jié)電模式,在電動機(jī)閑暇時間可以使CPU達(dá)到最低功耗,節(jié)約電能。并且對于QAM以及接口的設(shè)定可以中斷因故障產(chǎn)生的操作。
3.2 欠壓保護(hù)電路的設(shè)計(jì)
對于電壓的故障保護(hù)模式,應(yīng)該在電動機(jī)運(yùn)行的同時進(jìn)行電路系統(tǒng)的檢測。避免因?yàn)殡妱訖C(jī)在運(yùn)行時因?yàn)檫^壓或欠壓的故障而出現(xiàn)對于電動機(jī)的損害。這時應(yīng)該將額定的電壓380V電壓變成額定的電壓值。當(dāng)實(shí)際的電壓值發(fā)生巨大變化時,變換的值應(yīng)該呈線性關(guān)系。為了滿足單片機(jī)的收集數(shù)據(jù)要求,可以大規(guī)模的利用電阻分壓機(jī)制,對兩端等效電壓進(jìn)行電阻分壓。保證誤差在可控范圍之內(nèi),并且控制電壓對于等效電阻的影響,應(yīng)該及時的采取電壓保護(hù)措施,讓電壓跟隨電路的變化而變化,但浮動不要超過欠壓保護(hù)的限定范圍。經(jīng)過分壓之后的電壓信號,必然將交流電流變成了整流且波動的直流信號。電壓的故障率也應(yīng)該采取電壓比較的方式,對整個周期內(nèi)的電壓值進(jìn)行限定。當(dāng)數(shù)據(jù)達(dá)到110%以上時,應(yīng)該保證電流不受到外界的干擾,通過AT8860單片機(jī)對電流進(jìn)行傳輸。判斷時候形成故障。
3.3 對三相電流以及電壓數(shù)據(jù)求和
判斷是否出現(xiàn)接地故障,確保放大電壓值為零。如果發(fā)生接地故障,可以將輸入端進(jìn)行邏輯層面的接地。
3.4 對于EEROM的選擇
對于系統(tǒng)中EEROM的設(shè)備,應(yīng)該進(jìn)行合理的應(yīng)用,因?yàn)檫@些數(shù)據(jù)的經(jīng)常性變動,所以要求關(guān)于EEROM得到的數(shù)據(jù)不能丟失,傳統(tǒng)的RAM以及ROM儲存方式已經(jīng)不能滿足現(xiàn)如今電動機(jī)保護(hù)器設(shè)計(jì)的要求,采用新型的EEROM可以對于實(shí)時產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫。滿足關(guān)于保護(hù)器的設(shè)計(jì)要求。
3.5 環(huán)境溫度檢測保護(hù)器的設(shè)計(jì)
電動機(jī)保護(hù)器根據(jù)環(huán)境溫度進(jìn)行檢測,當(dāng)周圍的環(huán)境溫度因?yàn)樨?fù)載等原因熱量超出限定值的時候,環(huán)境溫度檢測保護(hù)器就會報警。該設(shè)備的工作原理是利用R6級別的熱敏電阻,實(shí)時檢測電動機(jī)保護(hù)器周圍的情況。將集成電路中的D2,D1的分壓器對熱敏電阻進(jìn)行分壓設(shè)計(jì)。保證熱敏電阻對除了電動機(jī)之外的熱量不那么敏感提高D1,D2對溫度的抗干擾能力。在正常運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下要保證D1,D2兩端的低電壓。確認(rèn)CPU的狀態(tài)是否合理。對于異常數(shù)據(jù)反饋給AT8860的時候能及時預(yù)警。
3.6 脫扣輸出電路的設(shè)計(jì)
單片機(jī)作為一個脈沖信號,應(yīng)該直接作用與驅(qū)動脫扣器。將接口處的電路功率在工作時候放大到一定倍數(shù),這樣能有效的防止外部設(shè)備對于信號的干擾,除此之外還應(yīng)該給脫扣輸出設(shè)備增加抗干擾措施,防止出現(xiàn)問題。讓正常情況下的RCO電平,能夠以D1,D2為基礎(chǔ)對于單穩(wěn)態(tài)的信號進(jìn)行阻止。讓脫扣處的160式線圈能夠平穩(wěn)輸出電壓。保證CPU接受的脈沖信號的準(zhǔn)確性,如果集成電路開發(fā)板處于高阻值狀態(tài),應(yīng)該對D2進(jìn)行充電,保證電壓在限定范圍內(nèi)。
4 結(jié)語
對于電動機(jī)在日常運(yùn)行時出現(xiàn)的各種故障,應(yīng)該在各種外界條件排除之后,考慮電動機(jī)保護(hù)器的影響水平。提出具體的保護(hù)措施。當(dāng)電動機(jī)在平衡狀態(tài)下,應(yīng)該考慮負(fù)載的影響,在非平衡狀態(tài)下要考慮電流電壓對于電動機(jī)工作的影響。并且文章對電動機(jī)最為常見的幾種故障進(jìn)行分析,保證在設(shè)計(jì)電動機(jī)保護(hù)器的過程中能夠理解故障的原理,設(shè)計(jì)上能做出針對性的解決方案。對于可能出現(xiàn)的電動機(jī)故障,無法排除時,先切斷電源,再尋求解決方案,千萬不要抱有僥幸心態(tài)繼續(xù)使用電動機(jī),防止損壞電動機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。文章也從電動機(jī)保護(hù)器的角度闡述了有關(guān)于保護(hù)機(jī)制的設(shè)計(jì),在整流和分流的過程中,如何將采集上來的異常數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和分析。將電流數(shù)據(jù)多倍放大,滿足電流周期的數(shù)據(jù)采集,實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)分析。
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