起动时为止。当然也可通过相关的计算来确定。
4.1.2降压起动失败跳闸
降压起动失败跳闸有两种情况。两种情况成因是不同的。
(1)在未切至全电压时即跳闸 这种情况往往是电动机端电压不足造成的,此时从监测到电压情况便可判断。造成端电压过低的原因是:一方面可能是变电所至配电室供电线路过长,另一方面可能是降压电抗(或电阻)值偏大,致使电动机端电压过低,起动转矩不足以克服负荷转矩,电动机如堵转一般,电流始终不衰减,热保护到时动作跳闸,起动失败。
如果是供电线路过长可设法用电容补偿方法,提高配电室母线电压。当然电容器应是可调节的,以免电动机停机时母线电压过高。
如果是电抗过大,则设法减小电抗值,使得母线电压与电动机端电压均有妥当的数值,各方面工作都正常。
(2)降压过程是成功的,在投切至全电压运行时跳闸 在电动机从降压阶段至全电压工作的切换过程中,有一供电间隙(如Y—△起动),此时因电动机内有乘磁,它的电磁场的情况与停机是不同的,有自己的极性方向,类似发电机。当合至电网时由于相位不一致,有时会造成大的冲击,其电流甚至会超过全电压起动的情况,出现意料不到的断路器过流动作,或接触器失压跳闸。这种状况往往是有时起动能成功,有时起动要失败,有很大的偶然性。成功的原因是两个相位接近或完全相同,相位差就很小,二次起运冲击电流很小,起动便能成功。
这种情况,100kw以上的电动机发生的较多,因为其乘磁能量大。遇到这种情况应使用电抗器降压,用短接电抗来达到全电压起动目的。其过程中间没有供电间隙,就不会产生上述情况。
4.1.3短延时跳闸
电动机起动过程中,跳闸时间不足1s的为短延时跳闸。其异常现象不多见,上述熔断器不良是其中之一。另外,带有接地保护的断路器,其漏电动作整定值偏小,因电动机的馈赠电线路在敷设中绝缘受伤,漏电流值偏大,有时会导致接地保护动作。为防止误动作,接地保护通常有0.2~0.5s的短延时,此时,便反映为短延时动作跳闸。这种情况在新线路上不易发生,在旧的线路上此类故障比较多,一般而言,通过绝缘检查是能发现此故障的。
此外,短延时跳闸原因是上一级保护误动作。如图4—2所示,QF1的整定值是正确的,而QF整定值比QF1大,但有Mn等电动机负荷的存在,当M1起动时,有6 IN起动电流存在,QF保护越级动作,此往往表现为短延时,同时Mn等电动机也从运行中跳闸,表象很清楚,很容易识别。对策是提高QF的整定值。
4.1.4长延时跳闸
跳闸动作时间在5s以上的为长延时跳闸。其原因多在电动机一端。
(1)电动机端电压不足 在一些码头、水源地等场所,由于种种原因,无法设置变电所。这些电动机离变电所配电室较远,电动机容量又较大,在起动时电动机控制中心的母线电压不是太低,接触器能可靠合闸。但电动机端电压不足,不能拖动相关的机泵运转,相当于堵转状态,时间一长,热保护便动作跳闸。
长延时跳闸更容易发生在电动机容量大。供电线路长,双采取了降压起动的场合。有些制造商根据电动机容量较大的状况,出厂时配置了降压起动装置,使用者误以为降压起动设备有比无好,也就用上去了。其结果是电动机端电压更低,问题更突出。当电动机与其电动机控制中心相距较远,例如大于200m时,其线路本身也能限制起动电流值,那时就不一定需要降压起动了。当然这是要经过计算下结论的。
电动机端电压要保证多少数值才能确保机泵的起动,理论上是可以通过计算求得的。如在初次起动时,就有可能起动失败。这时需要监测电动机端电压,当电动机端电压在60%及以下时,应采取措施。优先的办法是在电动机端并联电容,如前面所述的那样。但电容量不必太大,按电动机功率因数0.8为依据,补偿至0.95为宜,这也是供电设计规范中所推崇的就地补偿方式。这样不但改善了电动机端电压水平,而且也补偿了功率因数。如在选择电动机时不清楚起动电流倍数,就只能适当地放大一些导线截面,以减少线路的阻抗和电压降。
(2)电动机反转 有一些机泵,正转与反转,起动转矩是不一样的。例如大型冷却塔风机,反转时尽管能起动成功,但负荷电流始终超过额定电流,热保护自然要动作。发生此情况,可检查一下转向是否正确,发生电流偏大,转向有误,只要将电动机馈线相位变一下,使电动机正向转动即可。
(3)机泵安装有误 有一些风机,其叶轮角度是可调的。叶轮角度不同时,风机提供的风量是不同的,所需电动机功率也是不同的。原来需要的风量不大,而风机安装时叶轮角度调节成了大风量时的角度,与所提供的电动机不协调,便造成长时期过载而导致热保护动作,起动失败。
另外,还有一些属于电动机及其机泵联结上不妥的场合,也会造成上述情况,上述情况可请制造商来处理解决。
(4)热保护选用不正确 有一些风机,如大直径类型的,起动惯量大,必须的时间达10s或更长。普通的热继电器如是10A级的可确保在7.2IN、10s内不动作,超过10s便难以保证了。如果发生此种情况,可改用20级(动作时间20s)或30级(动作时间30s)。
4.2电动机常见故障及排除方法
异步电动机的故障可分为机械故障和电气故障两类。机械故障如轴承、铁心、风叶、机座、转轴等故障,一般比较容易观察与发现;电气故障主要是定子绕组、电刷等导电部分出现的故障。由于电动机的结构型式、制造质量、使用和维护情况的不同,往往可能出现同一故障有不同外观现象,或同一外观现象引起不同的故障。因此要正确判断故障,必须先进行认真细致的观察、研究和分析。然后进行检查与测量,找出故障所在,并采取相应的措施予以排除。
1、 调查
首先了解电机的型号、规格、使用条件及使用年限,以及电机在发生故障前的运行情况,如所带负荷的大小、温升的高低、有无不正常的声音、操作情况等等,并认真听取操作人员的反映。
2、 察看故障现象
察看的方法要按电机故障情况灵活掌握,有时可以把电动机上电源进行短时运转,直接观察故障情况,再进行分析研究。有时电机不能上电源,通过仪表测量或观察来进行分析判断,然后再把电机拆开,测量并仔细观察其内部情况,找出其故障所在。
异步电动机常见的故障现象,产生故障的可能原因及故障处理方法如表所示。
异步电动机的常见故障及排除方法
故障现象
造成故障的可能原因
处理方法
电源接通后电动机不能起动
(1)电源断电或电源开关接触不良;
(2)熔丝烧断,控制设备接线或二次回路接线错误;
(3)定子绕组接线错误;
(4)定子绕组断路、短路或接地,绕线电机转子绕组断路;
(5)负载过重或传动机械有故障或传动机构被卡住;
(6)绕线电动机转子回路断开(电刷与滑环接触不良,变阻器断路,引线接触不良等);
(7)电源电压过低
(1)检查电源,开关接触不良应进行修理或更换;
(2)更换保险丝,检查控制设备接线或二次回路接线;
(3)检查接线,纠正错误;
(4)找出故障点,排除故障;
(5)检查传动机构及负载;
(6)找出断路点,并加以修复;
(7)检查原因并排除
电动机温升过高或冒烟
(1)负载过重或启动过于频繁;
(2)三相异步电动机断相运行;
(3)定子绕组接线错误;
(4)定子绕组接地或匝间、相间短路;
(5)鼠笼电动机转子断条;
(6)绕线电动机转子绕组断相运行;
(7)定子、转子相擦;
(8)通风不良;
(9)电源电压过高或过低
(1)减轻负载,减少启动次数;
(2)检查原因,排除故障;
(3)检查定子绕组接线,加以纠正;
(4)查出接地或短路部位,加以修复;
(5)铸铝转子必须更换,铜条子可修复或更换;
(6)找出故障点,加以修复;
(7)检查轴承,看转子是否变形,进行修理或更换;
(8)检查通风道是否畅通,对不可反转的电动机检查其转向;
(9)检查原因并排除
电机振动
(1)风扇叶片损坏和转子不平衡;
(2)带轮不平衡或轴伸弯曲;
(3)电机与负载轴线不对;
(4)电机安装不良,基础不牢、钢度不够或固定不紧
(5)负载突然过重
(1)校正平衡;
(2)检查并校正;
(3)检查、调整机组的轴线;
(4)检查安装情况及底脚螺栓;
(5)减轻负载
运行时有异声
(1)定子转子相擦;
(2)轴承损坏或润滑不良;
(3)电动机两相运行;
(4)风叶碰机壳
(5)绕组接地或相间短路;
(6)绕组匝间短路
(1)检查轴承。看转子是否变形,进行修复或更换;
(2)更换轴承,清洁轴承;
(3)查出故障点并加以修复;
(4)检查并消除故障;
(5)(6)检查并修理;
电动机带负载时转速过低
(1)电源电压过低;
(2)负载过大;
(3)鼠笼电动机转子断条;
(4)绕线电动机转子绕组接触不良或断开;
(5)支路压降过大,电动机出线端电压过低。
(6)接线错误,如将定子绕组的△接线误接成Y形
(1)检查电源电压;
(2)核对负载;
(3)铸铝转子必须更换,铜条子可修复或更换;
(4)检查电刷压力,电刷与环接触情况及转子绕组
(5)更换截面较大的导线,尽量减小电动机与电源的距离;
(6)更换接线方法
电动机外壳带电
(1)电源线与接地线搞错,接地线的毛刺与外壳相碰,接地线线头脱落,接地线失效和接零的零线中断(接不良或接地电阻太大);
(2)绕组受潮,绝缘损坏或老化;
(3)相线触及外壳,有脏物,引出线或接线盒的接头的绝缘损伤而接地。
(1)按规定接好地线,消除接地不良处;
(2)对受潮的绕组进行烘干处理,绝缘损坏或老化的绕组应予以更换;
(3)先查接线盒桩头,再查保护钢笔管管口和接头的绝缘情况,若以损坏,应套上绝缘管和包扎绝缘布,必要时进行浸漆处理。清除脏物。重接引出线
电动机的绝缘电阻过低
(1)长期搁置不用或浸水,造成绝缘受潮;
(2)长期运行绕组积尘太多,尤其是绕组上沉积导电性粉尘,使绝缘电阻大幅度降低;
(3)引出线和接线盒的绝缘损坏;
(4)绕组过热而造成绝缘老化
(1)可用烘烤的办法恢复绝缘性能;
(2)拆开电动机进行彻底清扫;
(3)重新包扎损坏部位;
(4)重新浸漆或重绕绕组
4.3电动机运行中的监视与维护
电动机在运行时,要通过听、看、闻等及时监视电动机,以期当电动机出现不正常现象时能及时切断电源,排除故障。具体项目如下:
(1)听电动机在运行时发出的声音是否正常。电动机正常运行时,发出的声音应该是平稳、轻快、均匀、有节奏的。如果出现尖叫、沉闷、摩擦、撞击、振动等异声时,应立即停机检查。观察电动机有无振动、噪声和异常气味 电动机若出现振动,会引起与之相连的负载部分不同心度增高,形成电动机负载增大,出现超负荷运行,就会烧毁电动机。因此,电动机在运行中,尤其是大功率电动机更要经常检查地脚螺栓、电动机端盖、轴承压盖等是否松动,接地装置是否可靠,发现问题及时解决。噪场声和异味是电动机运转异常、随即出现严重故障的前兆,必须随时发现开查明原因而排除。
(2)通过多种渠道经常检查。检查电动机的温度及电动机的轴承、定子、外壳等部位的温度有无异常变化,尤其对无电压、电流指示及没有过载保护的电动机,对温升的监视更为重要。电动机轴承是否过热,缺油,若发现轴承附近的温升过高,就应立即停机检查。轴承的滚动体、滚道表面有无裂纹、划伤或损缺,轴承间隙是否过大晃动,内环在轴上有无转动等。出现上述任何一种现象,都必须更新轴承后方可再行作业。注意电动机在运行中是否发出焦臭味,如有,说明电动机温度过高,应立即停机检查原因。
(3)保持电动机的清洁,特别是接线端和绕组表面的清洁。不允许水滴、油污及杂物落到电动机上,更不能让杂物和水滴进入电动机内部。要定期检修电动机,清洁内部,更换润滑油等。电动机在运行中,进风口周围至少3米内不允许有尘土、水渍和其他杂物,以防止吸人电机内部,形成短路介质,或损坏导线绝缘层,造成匣间短路,电流增大,温度升高而烧毁电动机。所以,要保证电动机有足够的绝缘电阻,以及良好的通风冷却环境,才能使电动机在长时间运行中保持安全稳定的工作状态。
(4)要定期测量电动机的绝缘电阻,特别是电动机受潮时,如发现绝缘电阻过低,要及时进行干燥处理。
(5)对绕线式电动机,要经常注意电刷与滑环间的火花是否过大,如火花过大。要及时做好清洁工作,并进行检修。
(6)保持电动机在额定电流下工作 电动机过载运行,主要原因是由于拖动的负荷过大,电压过低,或被带动的机械卡滞等造成的。若过载时间过长,电动机将从电网中吸收大量的有功功率,电流便急剧增大,温度也随之上升,在高温下电动机的绝缘便老化失效而烧毁。因此,电动机在运行中,要注意检查传动装置运转是否灵活、可靠;连轴器的同心度是否标准;齿轮传动的灵活性等,若发现有滞卡现象,应立即停机查明原因排除故障后再运行。
(7)检查电动机三相电流是否平衡 ,其三相电流任何一相电流与其他两相电流平均值之差不允许超过10%,这样才能保证电动机安全运行。如果超过则表明电动机有故障,必须查明原因及时排除。
(8)启动设备正常工作和电动机启动设备技术状态的好坏,对电动机的正常启动起着决定性的作用。实践证明,绝大多数烧毁的电动机,其原因大都是启动设备工作不正常造成的。如启动设备出现缺相启动,接触器触头拉弧、打火等。而启动设备的维护主要是清洁、紧固。如接触器触点不清洁会使接触电阻增大,引起发热烧毁触点,造成缺相而烧毁电动机;接触器吸合线圈的铁芯锈蚀和尘积,会使线圈吸合不严,并发生强烈噪声,增大线圈电流,烧毁线圈而引发故障。因此,电气控制柜应设在干燥、通风和便于操作的位置,并定期除尘。经常检查接触器触点、线圈铁芯、各接线螺丝等是否可靠,机械部位动作是否灵活,使其保持良好的技术状态。
5 结语
随着电动机及控制设备的不断发展,电动机及控制设备的技术性能也日益完善。如变频器除具有转矩提升、转差补偿、转矩限定、直流制动、多段速度设定、S型运行、频率跳跃、瞬时停电再起动,重试等功能外,还有:转矩矢量控制,实现高起动转矩;低干扰控制方式(低干扰型控制电源、矢量分段PWM控制、软开关);通信功能、RS485接口,可选用各种总线,且容量范围大、电压等级多。由此可见,电动机的保护往往与控制设备及其控制方式有一定关系,即保护中有控制,控制中有保护。如电动机直接起动时,往往产生4—7倍额定电流的起动电流。若由接触器或断路器来控制,则电器的触头应能承受起动电流的接通和分断考核,即使是可频繁操作的接触器也会引起触头磨损加剧,以致损坏电器;对塑壳式断路器,即使是不频繁操作,也很难达到要求。因此,使用中往往与起动器串联在主回路中一起使用,此时由起动器中的接触器来承载接通起动电流的考核,而其他电器只承载通常运转中出现的电动机过载电流分断的考核,至于保护功能,由配套的保护装置来完成。
此外,对电动机的控制还可以采用无触点方式,即采用软起动控制系统。电动机主回路由晶闸管来接通和分断。有的为了避免在这些元件上的持续损耗,正常运行中采用真空接触器承载主回路(并联在晶闸管上)负载。这种控制有程控或非程控;近控或远控;慢速起动或快速起动等多种方式。另外,依赖电子线路,很容易做到如电子式继电器那样的各种保护功能。最后指出不管采用何种保护装置,必须考虑过载保护装置与电动机、过载保护装置与短路保护装置的协调配合。还需要我们在实际工作中不断积累经验,判断电动机及控制设备存在的问题与故障处理,找出故障原因并加以分析,及时采取对策,以保证电动机及传动设备的正常运行。
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