浅谈智能电动机?；た刂破髟诿嚎笠抵械挠τ?/h1>

时间：2020/12/10阅读：1081

分享：

安科瑞 鲍静君

　　摘要:介绍了矿用电动机智能综合?；て飨低车淖芴褰峁?，采用直接将交流信号整流、滤波、调整、采样的方式变为微控制器能够识别的直流信号，通过对微控制器采集到的直流信号编程判断来实现对电动机的相关保护控制、故障显示与报警以及与上位机的通信。同时还介绍了有关矿井下电动机经常出现的故障及其原因和判断这些故障所使用的检测和?；し椒?。

　　关键词：电动机；智能保护器；结构分析；微控制器；互感器

　　0 引言

　　电动机在运行状态下可能会发生各种各样的故障，这与工作环境、使用方式和维护周期等因素密切相关。特别是在煤矿井下，由于井下环境恶劣，电动机长时间暴露在煤尘、潮湿等恶劣环境中，容易导致电动机散热道堵塞等，经常会出现电动机的烧损[1-3]。因此，电动机智能综合?；て鞯纳杓凭拖缘梅浅Ｖ匾?。

　　1 电动机智能综合?；て鹘峁狗治?/strong>

　　矿用电动机智能综合?；て鞯南低持傅氖峭ü缌骰ジ衅骱偷缪够ジ衅鞫悦嚎缶碌缤┑缦低辰斜溲梗ü藕判蘩淼缏泛托藕挪杉缏罚ˋ/D转换电路），后转换成微控制器能够识别的数字信号；通过对微控制器进行相关编程，对采集到的信号进行处理，判断电动机当前处在什么状态；通过对该状态的判断，经由电动机?；た刂频缏肥迪侄缘缍谋；ず涂刂?。同时由于对煤矿井下电动机的现场巡检并不是很方便，在此设计的电动机智能综合?；て骰挂由嫌刖仙衔换ㄐ诺墓δ堋Ｎ奖憔偷丶觳?，同样需要在?；て魃仙柚玫缍刺允居氡ň缑?，实现良好的人机交互，同时应加上按键调节功能以适应不同电网电压等级下对电动机不同的要求。

　　2 ?；て鞴ぷ髯刺治?/strong>

　　2.1漏电保护

　　煤矿井下电动机及其供电线路常见的漏电故障有：

　?。ǎ保┑缍蛘吖┑缦呗芬虺て诒┞对诔笔肪持?，导致其绝缘电阻下降，流向大地的对地电流变大，从而使电动机及电气设备外壳带电。

　　（２）电动机或者供电线路带电体发生部分现象，致使未受到高度重视的井下人员误触到该处，直接或者间接通过导体工具而致使其中一相接地，造成漏电事故。

　?。ǎ常┑缍蛘吖┑缦呗肪挡糠忠蛭弥美匣?、电压性击穿或者机械损坏等原因而发生一相中的金属性接地或弧光接地。

　　人身触电造成伤亡的危险主要与流经人身的触电电流和流过这些电流时间长短有关系。一般在不考虑电网电容情况下，人体触到一相导线时，30mＡ为允许通过人体的大触电电流，即30mＡ以下不至于发生生命危险。井下在660V时引爆瓦斯的火花电流为50mA以下。所以，漏电临界电流值应该为30mA。

　　在忽略电网对地分布电容情况下，对于中性点不接地系统中人体触电电流计算公式为:式中：Ir为通过人体的电流，单位为Ａ；Ｅ为供电电路的相电压，单位为Ｖ；ｒ为供电电路每相的对地绝缘电阻值，单位为Ω；Rr为人体电阻值，单位为Ω，在煤矿井下一般按照低值为1kΩ计算。

　　对于煤矿井下中性点不接地系统，通常其漏电电流非常小，不易区分故障与否，因此需要添加一个接地的检测电源Ｅ，如图１所示。将附加的直流检测电源Ｅ接入三相系统，如果系统出现漏电现象，那么电流将按照电源正→电网对地绝缘电阻→三相电网系统→电源负流向来运行，由于单回路系统，电流不变，因此通过漏电?；さ缏芳觳獠裳缱瑁伊蕉说牡缪梗盏拇笮〈佣梢约浣又赖缤缘鼐档缱枳柚档谋浠?，进而可以检测到电网是否发生漏电现象。这种方法称为附加直流电源漏电?；ぁ?/p>

图１附加直流电源漏电?；?/p>

　　漏电闭锁同样是一种重要的漏电?；し椒?，顾名思义，漏电闭锁是指当检测到线路发生漏电时，需要闭锁住电闸，防止人员送电之后因漏电而发生事故。当三相系统未通电情况下，通过附加直流电源方法可以检测到电网对地绝缘电阻阻值的变化，从而判断是否发生漏电现象。在三相电网未通电情况下，如图２所示，接触器ＫＭ主触点断开，接触器ＫＭ常闭触点将附加直流电源接入系统，如果发生漏电，则电压Ｕ发生变化，从而触发漏电?；さ缏范?，达到漏电闭锁?；さ哪康?。

图２附加直流电源漏电闭锁

　　2.2过载?；?/p>

　　常见的电动机运行方式主要有长时间运行、短时间运行及重复短时间运行三种，在这三种运行方式下，电动机的发热情况各不相同。因此，同一台电动机按短时间运行方式或者重复短时间运行方式使用时可以允许有较大的输出，即可短暂地过载，而采用长时间运行方式时电动机不可长期过载运行。为了确保电动机长期稳定运行，不会因为短时间的过载而发生停止运行的现象，这就要求电动机要有一定的过载能力。异步电动机的过载能力通常用大力矩Ｍｍ除以额定力矩ＭＨ得到的商ＫＭ来表示，如式所示。

　　中小型电动机的KM＝１.６～１.８，中型及大型电动机的KM＝１.８～２.５，有特殊要求的电动机ＫＭ可以达到２.０～３.０或更大。

　　在这里，通常将电动机过载?；ぬ匦远ㄒ逦旱缍墓乇妒肫涔乇；ざ魇奔渲涞墓叵?。如图３所示为电动机的过载?；ぬ匦郧?。

图３电动机过载?；ぬ匦郧?/p>

　　从图３可以看出，不同的?；ぬ匦郧哂涤幸桓龉餐奶氐憔褪牵缍荒茉诒；ぬ匦郧叩淖蟛嗾９ぷ?，曲线１、２、３中的每一条与曲线４之间的区域为无效区域，即该区域不能被充分利用。曲线３是以上三种曲线中接近曲线４的，也就是反时限过载?；ぬ匦孕Ч?。

　　反时限过载?；さ墓乇妒垂收系缌鞔笮∮牍乇；さ亩魇奔涑煞幢?，电流的大小决定了动作时间的走势。因此电动机的过载整定时间应该为某一电流值的某一倍数下的动作时间。

　　电动机过载运行状态指的是当其运行电流大于额定电流时的工作状态，电动机过载时会引起电动机的铜耗急剧增加，从而使得电动机的绕组发热导致电动机烧损，因此可以间接检测电动机的运行电流来判断电动机的发热情况，实现电动机过载的?；?。因为这种方法检测的对象是电流，能适应于一切电气负载，而且其调整灵活、维修方便，所以得到了广泛的应用。因此，在本设计中，根据煤矿井下情况，选用C＝２时的度反时限过载?；し椒ǘ缘缍斜；?。

　　2.3短路?；?/p>

　　由于电动机发生短路故障时将会带来非常严重的后果，因此，在设置电动机综合保护器中的短路?；な庇Ω檬撬俣媳；?。电动机的启动电流往往非常之大，接近短路时候的电流。所以，电动机的短路整定电流倍数应该大于使电动机稳定启动的大电流，通常取电动机额定电流时的８-10倍，将时限设置为躲过电动机启动时瞬间冲击电流的时间，这个时间一般大于0.04。

　　电动机在运行时通常还会发生堵转故障，堵转故障发生时通过电动机的电流同样非常大，为区分堵转故障电流和电动机正常启动瞬间的电流，一般将使电动机稳定启动的大电流作为堵转保护的整定值，将时限设置为通常电动机在重载情况下启动的时间，这个时间一般为８～16ｓ。电动机的堵转?；び攵搪繁；す餐钩闪说缍亩搪繁；?。

　　在本设计中采用对电流的鉴幅式?；ぴ恚渲锌梢远远搪返缌鞅；ぶ到猩瓒ǎ允视τ诓煌牡缤燃吨?。

　　2.4断相与三相不平衡保护

　　引起电动机烧损的另一个原因就是三相不平衡，严重的三相不平衡则可能产生断相，占10％以上烧损的电动机是由这两种原因引起的，在做电动机综合?；て魇保饬街智榭鲂肟悸?。从广义上来说，电动机绕组上的输入电流达到一定程度的不对称即为三相不平衡，这便是所谓的故障状态，更为严重的电动机绕组电流不对称状态就是电动机的断相运行状态。

　　三相不平衡或者断相故障增加了变压器及输电的铜损。三相不平衡电流对系统铜损的影响为：

　　假设R是电动机系统三相电路与变压器绕组之间的电阻之和，如果三相电流平衡，假设IA=10A，IB＝10A，IC＝10A，那么总铜损为102R+102R+102R＝300R；如果三相电流不平衡，假设IA=5Ａ，IB＝10A，Ｉ＝15，那么总铜损为52R＋102R＋152R＝350R，比平衡状态的铜损增加了50R，也就是增长了17％；在严重情况下，也就是断一相的情况下，假设IA＝15，IB＝0A，I＝15，那么总铜损为152Ｒ＋0＋152Ｒ＝450R，是平衡状态时铜损的1.5倍；在严重情况下，也就是断两相情况下，假设IA＝0A，IB＝0A，IC＝30A，那么总铜损为０＋０＋302R＝900R，是平衡状态时铜损的３倍。由此可见，三相不平衡或者断相对电动机的损坏是相当大的，对其进行检测是*的。

　　当三相电流平衡时，三相电流的值是相等的，当不平衡时，每相将会发生相应变化。本设计中，根据以上原理通过式计算方式来确定三相电流的不平衡度。式中：ω 为三相电流不平衡度；Imax为三相线电流中电流大值；Imin为三相线电流中电流小值。

　　由此，根据式（３）计算出的不平衡度可以判断三相不平衡的程度，当计算结果为满级时，则说明电路中已经发生断相故障，此时应该立即执行相应?；ざ?。

　　2.5欠压和过压保护

　　欠压和过压?；な敲嚎缶卤?保护类型之一。当电网电压下降到额定电压的75％ 时即被称为欠压，此时?；て鞫缘缍斜；ぱ邮碧?；同样，当电网电压超过115％的额定电压时即被称为过压，此时?；て鞫缘缍斜；ぱ邮碧?。采用鉴幅式保护原理对 电动机进行欠压和过压?；?。鉴幅式保护原理是指将采 集到的电网电压参数进行整流、滤波，通过对 A/D转换器结果进行判断之后执行相应延时保护动作。

　　3安科瑞ARD系列智能电动机?；て鹘樯苡胱酆涎⌒?/strong>

　　3.1产品简介

　　ARD该系列低压电动机?；て鳎哂泄?、断相、不平衡、欠载、接地/漏电、堵转等?；すδ??？捎虢哟テ鳌⒌缍鸲鞯鹊缙髟钩傻缍刂票；さピ?，具有远程自动控制、现场直接控制、面板指示、信号报警、现场总线通信等功能。应用范围：可广泛应用于煤矿、石化、冶炼、电力、建筑等行业的配电领域。

　　3.2产品选型

　　产品功能

说明：“√”表示具备“■”表示可选

　　4 结论

　　本文结合煤矿井下实际情况，设计了一款矿用电动机智能综合?；て?。设计方案切合实际要求，实现了电动机在电网中出现漏电、欠压、过压、三相不平衡、断相、 过载、短路等故障状态时的检测与?；すδ?，确保了系统的可靠性、准确性、抗干扰性和灵敏性。

上一篇： 浅谈智慧消防在智慧城市中的应用

下一篇： 基于物联网技术的智慧消防的建设与应用