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摘要:電源缺相易造成電動(dòng)機(jī)燒損,不僅嚴(yán)重危害電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行,而且造成維護(hù)困難。在不添加缺相保護(hù)器前提下,同時(shí)不改變?cè)性O(shè)備性能,對(duì)電動(dòng)機(jī)控制電路做適當(dāng)調(diào)整,實(shí)現(xiàn)缺相保護(hù)功能,有效保護(hù)電動(dòng)機(jī)。該法簡(jiǎn)單易行,成本極低。
關(guān)鍵詞:三相電動(dòng)機(jī);缺相故障;保護(hù)電路;電路改進(jìn);故障對(duì)比
三相電動(dòng)機(jī)作為一種不可或缺的設(shè)備,在天車、消防泵、水泵、風(fēng)泵、油泵、空氣壓縮機(jī)、大型車床等有著廣泛的應(yīng)用。三相電動(dòng)機(jī)為大多數(shù)設(shè)備提供著動(dòng)力,一個(gè)現(xiàn)代化的工廠甚至需要幾百到上萬(wàn)臺(tái)電動(dòng)機(jī),因此三相電動(dòng)機(jī)的事故率嚴(yán)重影響著工業(yè)生產(chǎn)的效率、安全和維護(hù)成本。然而在各種設(shè)備在出廠設(shè)計(jì)和制造過程中,三相電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)和運(yùn)行控制電路,大部分采用降壓?jiǎn)?dòng)(即星-三角形啟動(dòng)、自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)等),決大多數(shù)在控制方面僅僅考慮電壓不足時(shí)的保護(hù)[1],沒有考慮當(dāng)三相交流電出現(xiàn)缺相時(shí)如何對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制保護(hù)。然而,電源缺相,對(duì)三相電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)和運(yùn)行危害很大,極易造成電動(dòng)機(jī)燒損,常常給生產(chǎn)帶來(lái)不便,造成企業(yè)損失。在長(zhǎng)期實(shí)際維護(hù)中,對(duì)三相電機(jī)故障原因進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析,故障原因占比如圖1所示。其中,三相電機(jī)缺相故障占比達(dá)到71%,三相電機(jī)缺相是造成電動(dòng)機(jī)損毀的主要原因[2],其造成的安全隱患和經(jīng)濟(jì)損失不可輕視。如何進(jìn)行三相電機(jī)的缺相保護(hù)是工業(yè)維護(hù)的重中之重。現(xiàn)在,對(duì)三相電動(dòng)機(jī)的缺相保護(hù)已較多采用電子電路缺相保護(hù)、集成電路缺相保護(hù)等[3、4],但這些保護(hù)方法,電路復(fù)雜價(jià)格較貴,不利于降低企業(yè)成本。本文選擇一種三相電機(jī)永不缺相啟動(dòng)和運(yùn)行的控制線路[5]應(yīng)用在三相電機(jī)中,在不添加缺相保護(hù)器的前提下,同時(shí)不改變?cè)性O(shè)備性能,對(duì)三相電動(dòng)機(jī)控制電路稍調(diào)整,就達(dá)到缺相保護(hù)功能的方式,有效保護(hù)三相電動(dòng)機(jī)。
1缺相保護(hù)原理
根據(jù)三相交流異步電機(jī)啟動(dòng)和運(yùn)行控制原理要求,在原有三相電機(jī)控制線路基礎(chǔ)上稍作調(diào)整,使其控制線路具有缺相保護(hù)作用[6],電路如圖2(a)所示。圖2(a)中SB1啟動(dòng)常開按鈕,SB2停機(jī)常閉按鈕,KA繼電器,KM接觸器,F(xiàn)U熔斷器,F(xiàn)R熱繼電器。1)啟動(dòng)原理如圖2所示,先將按鈕(SB1)觸頭閉合,A相電源流經(jīng)繼電器(KA)線圈取B相電源得電,使得串聯(lián)在繼電器(KA)觸頭閉合,同時(shí)A相電源經(jīng)過接觸器(KM)線圈與繼電器(KA)閉合觸頭取C相電源得電,接觸器(KM)工作,電機(jī)就啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)。2)停止原理按下按鈕(SB2)觸頭斷開,A相電源就斷開。繼電器(KA)與接觸器(KM)的線圈無(wú)法取A相電源而失電,則接觸器無(wú)法工作,電機(jī)無(wú)法啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)。3)缺相停機(jī)原理若A、B、C缺A相,KA、KM的線圈電源取A、C相,接觸器繼電器失電,電機(jī)就無(wú)法啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)。若A、B、C缺B相,KA的線圈電源取A、B相,KA失電無(wú)法工作,常開觸頭不動(dòng)作,KM線圈就無(wú)法通過KA常開觸頭取C相電源,電機(jī)就無(wú)法啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)。若A、B、C缺C相,接觸器KM線圈電源是取C、A相電源,接觸器失電電機(jī)就無(wú)法啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)。總之,三相交流電源缺任何一相,電機(jī)都無(wú)法啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)電源缺相時(shí)達(dá)到有效控制電動(dòng)機(jī),使電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行,起到缺相保護(hù)器作用。
2三相電機(jī)保護(hù)電路改進(jìn)及應(yīng)用
三相異步電動(dòng)機(jī)缺相時(shí),電動(dòng)機(jī)將無(wú)法啟動(dòng)。轉(zhuǎn)子左右擺動(dòng),有強(qiáng)烈的尖叫聲。對(duì)電動(dòng)機(jī)造成磨損。當(dāng)電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行中電源缺相時(shí),如不降低負(fù)載,電動(dòng)機(jī)的定子電流勢(shì)必增加,引起過熱,長(zhǎng)時(shí)運(yùn)行致使三相電機(jī)燒毀。在分析三相電機(jī)缺相保護(hù)原理基礎(chǔ)上,對(duì)某機(jī)務(wù)段約120臺(tái)各型三相電動(dòng)機(jī)(其中37kW以上的三相交流異步電動(dòng)機(jī)有35臺(tái),25kW的三相異步電動(dòng)機(jī)85臺(tái)),運(yùn)用三相電機(jī)永不缺相啟動(dòng)和運(yùn)行的控制線路技術(shù)進(jìn)行改造,歷時(shí)一年多竣工;經(jīng)性能鑒定,完全符合各類大功率三相電機(jī)的控制要求,已正式投入使用。在很大程度上克服了三相電機(jī)缺相時(shí)對(duì)電動(dòng)機(jī)本身的傷害,消除了缺相損壞三相電動(dòng)機(jī)對(duì)機(jī)車檢修,日常維護(hù)的影響。線路簡(jiǎn)單,改造方便,材料便宜,該技術(shù)實(shí)用性較強(qiáng),完全可以滿足大規(guī)模三相電動(dòng)機(jī)改造的要求。以其空氣壓縮機(jī)為例,改造僅僅加裝一只繼電器,不改變?cè)性O(shè)備性能,對(duì)三相電動(dòng)機(jī)控制電路稍調(diào)整,就達(dá)到缺相保護(hù)功能的方式,有效保護(hù)電動(dòng)機(jī)。如圖2(b)所示,虛紅框內(nèi)為改裝部分。
3應(yīng)用效果
經(jīng)改造的線路簡(jiǎn)單,僅增加很少電子元件;占用空間小,不改變?cè)须娖髡w布局;投資小,有效保護(hù)電機(jī),使用效果良好。
3.1經(jīng)濟(jì)效果
直接經(jīng)濟(jì)效益:該段現(xiàn)有37kW以上的大功率三相交流異步電動(dòng)機(jī)有35臺(tái),25kW的三相異步電動(dòng)機(jī)85臺(tái)。如果從市場(chǎng)重新購(gòu)買缺相保護(hù)器需要成本7.45萬(wàn)元以上,每臺(tái)缺相保護(hù)器單價(jià)為(600~700)元。通過技術(shù)改造,只需調(diào)整電機(jī)控制線路,加裝一只繼電器,每只繼電器單價(jià)為95元,共計(jì)1.1萬(wàn)元,從而節(jié)約設(shè)備配件購(gòu)置成本約6萬(wàn)元。設(shè)備改進(jìn)前該機(jī)務(wù)段全年總計(jì)發(fā)生大小三相電機(jī)故障71起,其中三相電機(jī)缺相造成的設(shè)備故障總計(jì)51起占到了電機(jī)故障的71%,該段設(shè)備車間在維修該類電機(jī)的技術(shù)力量薄弱,一般外委修理,一臺(tái)37kW三相電機(jī)修理費(fèi)用為2000元以上(每千瓦的維修費(fèi)用為60元),每年直接造成的經(jīng)濟(jì)損失就約8萬(wàn)元,其中部分三相電機(jī)用于機(jī)車上需檢修的重要設(shè)備,如天車、空氣壓縮機(jī)等。在技術(shù)改造前,此類電機(jī)共發(fā)生故障12起,造成的誤工停時(shí)費(fèi)用為2000元/d臺(tái)。修復(fù)一臺(tái)故障三相電機(jī)需要3d,產(chǎn)生的誤工停時(shí)費(fèi)6000元,間接因電機(jī)故障產(chǎn)生的誤工停時(shí)費(fèi)每年約7萬(wàn)元??梢?,改造后效益顯著。安全效益:技術(shù)改造以前,由于各類設(shè)備上的三相電機(jī),在電源缺相情況下,發(fā)生各類電機(jī)故障甚至發(fā)生三相電機(jī)燒毀,嚴(yán)重影響設(shè)備的安全運(yùn)行。而技術(shù)改造后,設(shè)備正常運(yùn)行得到了有效的保證,從根本上杜絕了因?yàn)殡娫慈毕喽鸬母黝惾嚯姍C(jī)事故。技術(shù)改造產(chǎn)生了良好的安全效果。
3.2改進(jìn)前后三相電機(jī)故障對(duì)比
三相電機(jī)控制線路改造前,各類設(shè)備因電源缺相,頻繁發(fā)生電機(jī)燒損的現(xiàn)象,在三相電機(jī)中各類故障中占約71.4%。通過認(rèn)真執(zhí)行三相電動(dòng)機(jī)缺相保護(hù)改進(jìn)工作,初步改造后電動(dòng)機(jī)缺相故障降到了全年26件,三相電機(jī)缺相故障占比降至約54%。之后,經(jīng)過了全面改造三相電動(dòng)機(jī)的質(zhì)量有了顯著提高,效果十分明顯,試行階段統(tǒng)計(jì),全年三相電機(jī)缺相故障共發(fā)生3件(占比約12%),其中臨修2件,超范圍修1件(燒損1件,技術(shù)故障2件),故障件數(shù)大幅度下降,設(shè)備改進(jìn)完畢并通過,全面性能鑒定后(約120臺(tái)),正式投入使用,全年未發(fā)生一次因缺相造成的三相電機(jī)損毀,三相電機(jī)缺相故障率降至0%,總計(jì)減少開支15萬(wàn)元,改造前后,各種原因下的三相電動(dòng)機(jī)故障次數(shù)分布如圖3所示。
4結(jié)語(yǔ)
理論與實(shí)際相結(jié)合,在分析三相電機(jī)缺相保護(hù)原理基礎(chǔ)上,采取低成本思路,在原有三相電機(jī)控制線路基礎(chǔ)上稍作調(diào)整,使其控制線路具有缺相保護(hù)作用。通過這次技術(shù)改造,該段三相電機(jī)使用情況良好,未再發(fā)生因缺相造成的故障現(xiàn)象,改造后電機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定可靠。既實(shí)現(xiàn)全電機(jī)的缺相保護(hù),又節(jié)約經(jīng)濟(jì)成本21萬(wàn)余元,故這種三相電機(jī)缺相保護(hù)電路簡(jiǎn)便、可靠、成本極低,具有市場(chǎng)推廣價(jià)值。
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作者:高波 耿蕓仙 單位:云南省計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究院
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