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电动机论文模板(10篇)
时间：2023-03-16 17:32:55
导言：作为写作爱好者，不可错过为您精心挑选的10篇电动机论文，它们将为您的写作提供全新的视角，我们衷心期待您的阅读，并希望这些内容能为您提供灵感和参考。
篇1
电动机具有结构简单，运行可靠，使用方便，价格低廉等特点。为保证时机的正常工作对运行的电动机要按电动机完好质量标准的要求进行检查，运行中的电动机与被拖动设备的轴心要对正，运行中无明显的振动，一定要保持通风良好、风翅等要完整无缺。要时刻观察和测量电动机电网电压和正常工作电流，电压变化不应超过额定电压的±5%，电动机的额定负荷电流不能经常超过额定电流，以防时机过热，同时检查电机起动保护装置的动作是否灵活可靠。检查电动机各部分温升是否正常，还要经常检查轴承温度，滑动轴承不得超过度，滚动轴承不得超过70度，滚动轴承运转中的声音要清晰、无杂音。对于电动机的运转环境要做到防砸、防淋、防潮。对于环境不良，经常挪动、频繁起动、过载运行等要加强日常维护和保养，及时发现和消除隐患。
一、电动机电气常见故障的分析和处理
（一）时机接通后，电动机不能起动，但有嗡嗡声
可能原因：（1）电源没有全部接通成单相起动；（2）电动机过载；（3）被拖动机械卡住；（4）绕线式电动机转子回路开路成断线；（5）定子内部首端位置接错，或有断线、短路。
处理方法：（1）检查电源线，电动机引出线，熔断器，开关的各对触点，找出断路位置，予以排除；（2）卸载后空载或半载起动；（3）检查被拖动机械，排除故障；（4）检查电刷，滑环和起动电阻各个接触器的接合情况；（5）重新判定三相的首尾端，并检查三相绕组是否有灿线和短路。
（二）电动机起动困难，加额定负载后，转速较低。
可能原因：（1）电源电压较低；（2）原为角接误接成星接；（3）鼠笼型转子的笼条端脱焊，松动或断裂。
处理方法：（1）提高电压；（2）检查铭牌接线方法，改正定子绕组接线方式；（3）进行检查后并对症处理。
（三）电动机起动后发热超过温升标准或冒烟
可能原因：（1）电源电压过低，电动机在额定负载下造成温升过高；（2）电动机通风不良或环境湿度过高；（3）电动机过载或单相运行；（4）电动机起动频繁或正反转次数过多；（5）定子和转子相擦。
处理方法：（1）测量空载和负载电压；（2）检查电动机风扇及清理通风道，加强通风降低环温；（3）用钳型电流表检查各相电流后，对症处理；（4）减少电动机正反转次数，或更换适应于频繁起动及正反转的电动机；（5）检查后姨症处理。
（四）绝缘电阻低
可能原因：（1）绕组受潮或淋水滴入电动机内部；（2）绕组上有粉尘，油圬；（3）定子绕组绝缘老化。
处理方法：（1）将定子，转子绕组加热烘干处理；（2）用汽油擦洗绕组端部烘干；（3）检查并恢复引出线绝缘或更换接线盒绝缘线板；（4）一般情况下需要更换全部绕组。
（五）电动机外壳带电：
可能原因：（1）电动机引出线的绝缘或接线盒绝缘线板；（2）绕组端部碰机壳；（3）电动机外壳没有可靠接地
处理方法：（1）恢复电动机引出线的绝缘或更换接线盒绝缘板；（2）如卸下端盖后接地现象即消失，可在绕组端部加绝缘后再装端盖；（3）按接地要求将电动机外壳进行可靠接地。
（六）电动机运行时声音不正常
可能原因：（1）定子绕组连接错误，局部短路或接地，造成三相电流不平衡而引起噪音；（2）轴承内部有异物或严重缺油。
处理方法：（1）分别检查，对症下药；（2）清洗轴承后更换新油为轴承室的1/2-1/3。
（七）电动机振动
可能原因：（1）电动机安装基础不平；（2）电动机转子不平衡；（3）皮带轮或联轴器不平衡；（4）转轴轴头弯曲或皮带轮偏心；（5）电动机风扇不平衡。
处理方法：（1）将电动机底座垫平，时机找水平后固牢；（2）转子校静平衡或动平衡；（3）进行皮带轮或联轴器校平衡；（4）校直转轴，将皮带轮找正后镶套重车；（5）对风扇校静。
二、电动机机械常见故障的分析和处理
（一）定、转子铁芯故障检修
定、转子都是由相互绝缘的硅钢片叠成，是电动机的磁路部分。定、转子铁芯的损坏和变形主要由以下几个方面原因造成。
（1）轴承过度磨损或装配不良，造成定、转子相擦，使铁芯表面损伤，进而造成硅钢片间短路，电动机铁损增加，使电动机温升过高，这时应用细锉等工具去除毛刺，消除硅钢片短接，清除干净后涂上绝缘漆，并加热烘干。
（2）拆除旧绕组时用力过大，使倒槽歪斜向外张开。此时应用小嘴钳、木榔头等工具予以修整，使齿槽复位，并在不好复位的有缝隙的硅钢片间加入青壳纸、胶木板等硬质绝缘材料。
（3）因受潮等原因造成铁芯表面锈蚀，此时需用砂纸打磨干净，清理后涂上绝缘漆。
（4）因绕组接地产生高热烧毁铁芯或齿部。可用凿子或刮刀等工具将熔积物剔除干净，涂上绝缘溱烘干。
（5）铁芯与机座间结合松动，可拧紧原有定位螺钉。若定位螺钉失效，可在机座上重钻定位孔并攻丝，旋紧定位螺钉。
（二）轴承故障检修
转轴通过轴承支撑转动，是负载最重的部分，又是容易磨损的部件。
（1）故障检查
运行中检查：滚动轴承缺油时，会听到骨碌骨碌的声音，若听到不连续的梗梗声，可能是轴承钢圈破裂。轴承内混有沙土等杂物或轴承零件有轻度磨损时，会产生轻微的杂音。
拆卸后检查：先察看轴承滚动体、内外钢圈是否有破损、锈蚀、疤痕等，然后用手捏住轴承内圈，并使轴承摆平，另一只手用力推外钢圈，如果轴承良好，外钢圈应转动平稳，转动中无振动和明显的卡滞现象，停转后外钢圈没有倒退现象，否则说明轴承已不能再用了。左手卡住外圈，右手捏住内钢圈，用力向各个方向推动，如果推动时感到很松，就是磨损严重。
（2）故障修理
轴承外表面上的锈斑可用00号砂纸擦除，然后放入汽油中清洗；或轴承有裂纹、内外圈碎裂或轴承过度磨损时，应更换新轴承。更换新轴承时，要选用与原来型号相同的轴承。
（三）转轴故障检修
（1）轴弯曲
若弯曲不大，可通过磨光轴径、滑环的方法进行修复；若弯曲超过0.2mm，可将轴放于压力机下，在拍弯曲处加压矫正，矫正后的轴表面用车床切削磨光；如弯曲过大则需另换新轴。
（2）轴颈磨损
轴颈磨损不大时，可在轴颈上镀一层铬，再磨削至需要尺寸；磨损较多时，可在轴颈上进行堆焊，再到车床上切削磨光；如果轴颈磨损过大时，也在轴颈上车削2-3mm，再车一套筒趁热套在轴颈上，然后车削到所需尺寸。
（3）轴裂纹或断裂
轴的横向裂纹深度不超过轴直径的10%-15%，纵向裂纹不超过轴长的10%时，可用堆焊法补救，然后再精车至所需尺寸。若轴的裂纹较严重，就需要更换新轴。
篇2
论文关键词：高阻抗差动保护匝数比
论文摘要：本文阐述了大型电动机高阻抗差动保护原理及整定原则和整定实例。分析了CT匝数比误差对高阻抗差动保护的影响，并介绍了匝数比误差的测量方法。
1概述
高阻抗差动保护的主要优点：1、区外故障CT饱和时不易产生误动作。2、区内故障有较高的灵敏度。它主要作为母线、变压器、发电机、电动机等设备的主保护，在国外应用已十分广泛。高阻抗差动保护有其特殊性，要保证该保护的可靠性，应从CT选型、匹配、现场测试、保护整定等多方面共同努力。现在我国应制定高阻抗差动保护和相应CT的标准，结合现场实际情况编制相应的检验规程，使高阻抗差动保护更好的服务于电网，保证电网安全。
2高阻抗差动保护原理及定值整定原则
2.1高阻抗差动保护的动作原理：
（1）正常运行时：原理图见图1，I1=I2ij=i1-i2=0.因此，继电器两端电压：Uab=ij×Rj=0.Rj-继电器内部阻抗。
电流不流经继电器线圈，也不会产生电压，所以继电器不动作。
（2）电动机启动时：原理图见图2，由于电动机启动电流较大，是额定电流的6～8倍且含有较大的非周期分量。当TA1与TA2特性存在差异或剩磁不同，如有一个CT先饱和。假设TA2先饱和，TA2的励磁阻抗减小，二次电流i2减小。由于ij=i1-i2导致ij上升，继电器两端电压Uab上升。这样又进一步使TA2饱和，直至TA2完全饱和时，TA2的励磁阻抗几乎为零。继电器输入端仅承受i1在TA2的二次漏阻抗Z02和连接电缆电阻Rw产生的压降。
为了保证保护较高的灵敏度及可靠性，就应使Uab减少，也就是要求CT二次漏阻抗降低。这种情况下，继电器的整定值应大于Uab，才能保证继电器不误动。
（3）发生区内故障：原理图见图3，i1=Id/n(n－TA1电流互感器匝数比)ij=i1-ie≈i1Uab=ij×Rj≈i1Rj此时，电流流入继电器线圈、产生电压，检测出故障，继电器动作。由于TA1二次电流i1可分为流向CT励磁阻抗Zm的电流ie和流向继电器的电流ij。因此，励磁阻抗Zm越大，越能检测出更小的故障电流，保护的灵敏度就越高。
2.2高阻抗差动保护的整定原则及实例
（1）整定原则：
a)、保证当一侧CT完全饱和时，保护不误动。
式中：U－继电器整定值；US－保证不误动的电压值；IKMAX－启动电流值；
b)、保证在区内故障时，CT能提供足够的动作电压：
Uk≥2US（3）
式中：Uk－CT的额定拐点电压。
CT的额定拐点电压也称饱和起始电压:此电压为额定频率下的正弦电压加于被测CT二次绕组两端，一次绕组开路，测量励磁电流，当电压每增加10%时，励磁电流的增加不能超过50％。
c)、校验差动保护的灵敏度：在最小运行方式下，电动机机端两相短路时，灵敏系数应大于等于2。
式中Iprim－保证继电器可靠动作的一次电流；n、Us－同前所述；m－构成差动保护每相CT数目；Ie－在Us作用下的CT励磁电流；Iu－在Us作用下的保护电阻器的电流；Rs－继电器的内阻抗。
（2）、整定实例：
电动机参数：P=7460KW；Ir=816A。CT参数：匝数比n＝600；Rin=1.774Ω；Uk=170V。
CT二次侧电缆参数：现场实测Rm=4.21Ω。
差动继电器（ABB-SPAE010）参数:整定范围0.4-1.2Un；Un=50、100、200可选；Rs=6K。
计算Us:US=IKMAX(Rin+Rm)/n=10Ir(Rin+Rm)/n=10×816(1.774+4.21)/600=81.38V
选取Us=82V
校验Uk：Uk=170VUs在85V以下即可满足要求。
确定继电器定值：选取Un=100;整定点为0.82;实际定值为82V。
校验灵敏度：通过查CT及保护电阻器的伏安特性曲线可得在82V电压下的电流：Ie=0.03AIu=0.006AIprim=n(Us/Rs+mIe+Iu)=600(82/6000+2×0.03+0.006)=47.8A。
由此可见，高阻抗差动保护的灵敏度相当高，这也是该保护的主要优点之一。
3高阻抗差动保护的应用
3.1高阻抗差动保护在应用中除了应注意：
（1）、CT极性及接线应正确；（2）、二次接线端子不应松动；（3）、不应误整定；(4)、CT回路应一点接地等。还应注意：（1）、CT二次应专用；（2）、高阻抗差动保护所用CT是一种特别的保护用CT。为了避免继电器的误动作，对CT有三个要求：励磁阻抗高、二次漏抗低和匝数比误差小。高阻抗差动保护用的CT设计要点是：依据拐点电压及拐点电压下的励磁电流来确定铁芯尺寸。对于高阻抗差动保护用CT的特性匹配至关重要，在实际选用时应采用同一厂家，同一批产品性相近、匝数比相同的CT。
3.2下面主要探讨CT匝数比误差对高阻抗差动保护的影响
（1）匝数比n为二次绕组的匝数与一次绕组匝数的比值。匝数比的误差εt定义如下：
εt＝(n-Kn)/Kn（6）
式中，Kn－标称电流比。
国外标准中规定此种CT的匝数比误差为±0.25％。
（2）匝数比误差要小：
当电动机启动时（见图2），电流互感器TA2未饱和，CT的二次电流接近于匝数比换算得来的数值，这是由于TA2未饱和时励磁阻抗较高的原因。一般情况下高阻抗差动保护用CT励磁阻抗为几十千欧姆的数量级。如果匝数比的分散性很大，TA1和TA2的二次电流i1和i2不能互相抵消，该差值电流ij流经继电器线圈，即成为产生误动作的原因。
（3）、匝数比误差规定为±0.25％，对于不同匝数比CT不尽合理。匝数较大CT容易满足该规定并且能保证保护不发生误动作。匝数较小CT即使满足该规定，在电动机启动时的差电压也较大，足以造成保护误动作。
下面列举两个例子：
a).两侧CT匝数比均满足±0.25％。假设：n1=3609(正误差)；n2=3591(负误差)。
匝数比误差产生的不平衡电流：ij=(10×3600/3591-10×3600/3609)=0.05A
继电器两端不平衡电压：Uj=ij×Rs=0.05×6000=300V
Uj大于继电器整定值，保护在这种情况下将不可避免的发生误动作。
b).两侧CT匝数比相对误差满足±0.25。假设：n1=3609；n2=3600。
匝数比误差产生的不平衡电流：
ij=(10×3600/3600-10×3600/3609)=0.025A
继电器两端不平衡电压：Uj=ij×Rs=0.025×6000=150V
Uj小于继电器整定值，可满足工程要求。
例2：所有参数与整定计算实例相同。
a).两侧CT匝数比均满足±0.25％。
设：n1=601(正误差)；n2=599(负误差)。
匝数比误差产生的不平衡电流：
Uj远大于继电器整定值（82V），保护将发生误动作。
b).两侧CT匝数比相对误差满足±0.25％，假设：n1=601n2=600
匝数比误差产生的不平衡电流：
Uj=ij×Rs=0.0226×6000=135V
Uj仍大于继电器整定值，保护将发生误动作。
通过上述两例足以说明对于高阻抗差动保护CT选择的苛刻条件，选择时应遵守CT匝数比误差相近的原则。建议在整定原则中增加继电器整定电压应大于由于匝数比误差产生的差电压，以保证高阻抗差动保护的可靠性。
3.3匝数比误差的测量
测量的方法有两种：
第一种：在CT二次侧短路状态下，测量流经额定一次电流i1时的比值差f1,设此时励磁电流为i0，则f1=－εt－i0/i1
二次回路连接与二次绕组阻抗相等的负荷，在额定一次电流的1/2电流下测量比值差f2,这时仍设励磁电流为i0,则f2=－εt－2i0/i1
匝数比误差为：εt＝f2－2f1
篇3
相应对策：①尽量消除工艺和机械设备的跑冒滴漏现象；②检修时注意搞好电机的每个部位的密封，例如在各法兰涂少量704密封胶，在螺栓上涂抹油脂，必要时在接线盒等处加装防滴溅盒，如电机暴漏在易侵入液体和污物的地方应做保护罩；③对在此环境中运行的电机要缩短小修和中修周期，严重时要及时进行中修。
1.2由于轴承损坏，轴弯曲等原因致使定、转子磨擦（俗称扫膛）引起铁心温度急剧上升，烧毁槽绝缘、匝间绝缘，从面造成绕组匝间短路或对地“放炮”。严重时会使定子铁心倒槽、错位、转轴磨损、端盖报废等。轴承损坏一般由下列原因造成：①轴承装配不当，如冷装时不均匀敲击轴承内圈使轴受到磨损，导致轴承内圈与轴承配合失去过盈量或过盈量变小，出现跑内圈现象，装电机端盖时不均匀敲击导致端盖轴承室与轴承外圈配合过松出现跑外圈现象。无论跑内圈还是跑外圈均会引起轴承运行温升急剧上升以致烧毁，特别是跑内圈故障会造成转轴严重磨损和弯曲。但间断性跑外圈一般情况下不会造成轴承温度急剧上升，只要轴承完好，允许间断性跑外圈现象存在。②轴承腔内未清洗干净或所加油脂不干净。例如轴承保持架内的微小刚性物质未彻底清理干净，运行时轴承滚道受损引起温升过高烧毁轴承。③轴承重新更换加工，电机端盖嵌套后过盈量大或椭圆度超标引起轴承滚珠游隙过小或不均匀导致轴承运行时磨擦力增加，温度急剧上升直至烧毁。④由于定、转子铁心轴向错位或重新对转轴机加工后精度不够，致使轴承内、外圈不在一个切面上而引起轴承运行“吃别劲”后温升高直至烧毁。⑤由于电机本体运行温升过高，且轴承补充加油脂不及时造成轴承缺油甚至烧毁。⑥由于不同型号油脂混用造成轴承损坏。⑦轴承本身存在制造质量问题，例如滚道锈斑、转动不灵活、游隙超标、保持架变形等。⑧备机长期不运行，油脂变质，轴承生锈而又未进行中修。
相应对策：①卸装轴承时，一般要对轴承加热至80℃~100℃，如采用轴承加热器，变压器油煮等，只有这样，才能保证轴承的装配质量。②安装轴承前必须对其进行认真仔细的清洗，轴承腔内不能留有任何杂质，填加油脂时必须保证洁净。③尽量避免不必要的转轴机加工及电机端盖嵌套工作。④组装电机时一定要保证定、转子铁心对中，不得错位。⑤电机外壳洁净见本色，通风必须有保证，冷却装置不能有积垢，风叶要保持完好。⑥禁止多种油脂混用。⑦安装轴承前先要对轴承进行全面仔细的完好性检查。⑧对于长期不用的电机，使用前必须进行必要的解体检查，更新轴承油脂。
1.3由于绕组端部较长或局部受到损伤与端盖或其它附件相磨擦，导致绕组局部烧坏。
相应对策：电机在更新绕组时，必须按原数据嵌线。检修电机时任何刚性物体不准碰及绕组，电机转子抽芯时必须将转子抬起，杜绝定、转子铁芯相互磨擦。动用明火时必须将绕组与明火隔离并保证有一定距离。电机回装前要对绕组的完好性进行认真仔细的检查确诊。
1.4由于长时间过载或过热运行，绕组绝缘老化加速，绝缘最薄弱点碳化引起匝间短路、相间短路或对地短路等现象使绕组局部烧毁。
相应对策：①尽量避免电动机过载运行。②保证电动机洁净并通风散热良好。③避免电动机频繁启动，必要时需对电机转子做动平衡试验。
1.5电机绕组绝缘受机械振动（如启动时大电流冲击，所拖动设备振动，电机转子不平衡等）作用，使绕组出现匝间松驰、绝缘裂纹等不良现象，破坏效应不断积累，热胀冷缩使绕组受到磨擦，从而加速了绝缘老化，最终导致最先碳化的绝缘破坏直至烧毁绕组。
相应对策：①尽可能避免频繁启动，特别是高压电机。②保证被拖动设备和电机的振动值在规定范围内。
2三相异步电动机一相或两相绕组烧毁（或过热）的原因及对策
如果出现电动机一相或两相绕组烧坏（或过热），一般都是因为缺相运行所致。当电机不论何种原因缺相后，电动机虽然尚能继续运行，但转速下降，滑差变大，其中B、C两相变为串联关系后与A相并联，在负荷不变的情况下，A相为三相异步电动机绕组为Y接法的情况：电源缺相后，电动机尚可继续运行，但同样转速明显下降，转差变大，磁场切割导体的速率加大，这时B相绕组被开路，A、C两相绕组变为串联关系且通过电流过大，长时间运行，将导致两相绕组同时烧坏。
篇4
带有热-磁脱扣的电动机保护用断路器热式作过载保护用，结构及动作原理同热继电器，其双金属热元件弯曲后有的直接顶脱扣装置，有的使触点接通，最后导致断路器断开。电磁铁的整定值较高，仅在短路时动作。其结构简单、体积小、价格低、动作特性符合现行标准、保护可靠，故日前仍被大量采用。特别是小容量断路器尤为显著。例如从ABB公司引进的M611型电动机保护用断路器，国产DWl5低压万能断路器(200-630A)、S系列塑壳断路器(100、200、400入)。
电子式过电流继电器通过内部各相电流互感器检测故障电流信号，经电子电路处理后执行相应的动作。电子电路变化灵活，动作功能多样，能广泛满足各种类型的电动机的保护。其特点是：
①多种保护功能。主要有三种：过载保护，过载保护十断相保护，过载保护十断相保护+反相保护。
②动作时间可选择(符合GBl4048．4-93标准)。
标准型(10级)：7．2In(In为电动机额定电流)，4-1Os动作，用于标准电动机过载保护，速动型(10A级)：7．2In时，2-1Os动作，用于潜水电动机或压缩电动机过载保护。慢动型(30级)：7．2In时，9-30s动作，用于如鼓风机电机等起动时间长的电动机过载保护。
③电流整定范围广。其最大值与最小值之比一般可达3-4倍，甚至更大倍数(热继电器为1．56倍)，特别适用于电动机容量经常变动的场合(例如矿井等)。
④有故障显示。由发光二极管显示故障类别，便于检修。
固态继电器它是一种从完成继电器功能的简单电子式装置发展到具有各种功能的微处理器装置。其成本和价格随功能而异，最复杂的继电器实际上只能用于较大型、较昂贵的电动机或重要场合。它监视、测量和保护的主要功能有：最大的起动冲击电流和时间；热记忆；大惯性负载的长时间加速；断相或不平衡相电流；相序；欠电压或过电压；过电流(过载)运行；堵转；失载(机轴断裂，传送带断开或泵空吸造成工作电流下跌)；电动机绕组温度和负载的轴承温度；超速或失速。
上述每一种信息均可编程输入微处理器，主要是加上需要的时限，以确保在电动机起动或运转过程中产生损坏之前，将电源切断。还可用发光二极管或数字显示故障类别和原因，也可以对外向计算机输出数据。
软起动器软起动器的主电路采用晶闸管，控制其分断或接通的保护装置一般做成故障检测模块，用来完成对电动机起动前后的异常故障检测，如断相、过热、短路、漏电和不平衡负载等故障，并发出相应的动作指令。其特点是系统结构简单，采用单片机即可完成，适用于工业控制。
2温度检测型保护装置
双金属片温度继电器它直接埋入电动机绕组中。当电动机过载使绕组温度升高至接近极限值时，带有一触头的双金属片受热产生弯曲，使触点断开而切断电路。产品如JW2温度继电器。
热保护器它是装在电动机本体上使用的热动式过载保护继电器。与温度继电器不同的是带2个触头的碗形双金属片作为触桥串在电动机回路，既有流过的过载电流使其发热，又有电动机温度使其升温，达到一定值时，双金属片瞬间反跳动作，触点断开，分断电动机电流。它可作小型三相电动机的温度、过载和断相保护。产品如sPB、DRB型热保护器。
检测线圈测温电动机定子每相绕组中埋入1-2个检测线圈，由自动平衡式温度计来监视绕组温度。
热敏电阻温度继电器它直接埋入电动机绕组中，一旦超过规定温度，其电阻值急剧增大10-1000倍。使用时，配以电子电路检测，然后使继电器动作。产品如JW9系列船用电子温度继电器。
保护装置与三相交流异步异步电动机的协调配合
为了确保异步电动机的正常运行及对其进行有效的保护，必须考虑异步电动机与保护装置之间的协调配合。特别是大容量电网中使用小容量异步电动机时，保护的协调配合更为突出。
a.过载保护装置与电动机的协调配合
过载保护装置的动作时间应比电动机起动时间略长一点。由附图可见，电动机过载保护装置的特性只有躲开电动机起动电流的特性，才能确保其正常运转；但其动作时间又不能太长，其特性只能在电动机热特性之下才能起到过载保护作用。
过载保护装置瞬时动作电流应比电动机起动冲击电流略大一点。如有的保护装置带过载瞬时动作功能，则其动作电流应比起动电流的峰值大一些，才能使电动机正常起动。
过载保护装置的动作时间应比导线热特性小一点，才能起到供电线路后备保护的功能。
b.过载保护装置与短路保护装置的协调配合一般过载保护装置不具有分断短路电流的能力。一旦在运行中发生短路，需要由串联在主电路中的短路保护装置(如断路器或熔断器等)来切断电路。若故障电流较小，属于过载范围，则仍应由过载保护装置切断电路。故两者的动作之间应有选择性。短路保护装置特性是以熔断器作代表说明的，与过载保护特性曲线的交点电流为Ij，若考虑熔断器特性的分散性，则交点电流有Is及IB两个，此时就要求Is及以下的过电流应由过载保护装置来切断电路，Ib及以上直到允许的极限短路电流则由短路保护装置来切断电路，以满足选择性要求。显然，在Is-IB范围内就很难确保有选择性．因此要求该范围应尽量小。
篇5
随着工业的发展,企业内具有数千台电动机的供配电系统已屡见不鲜。如此庞大的供配电系统发生故障的概率是很高的,一旦发生故障就会造成几十台甚至几百台电动机停止运行。目前电动机再起动的方法及技术有许多种,而且各有千秋,如何根据经济技术比较确定企业需要的电动机再起动方法与技术是一个摆在我们面前的关键问题。
一、供配电系统故障对电动机供电回路的影响
供配电系统故障的不同对电动机供电回路的影响也不一样,再起动处理的方法也应有区别。供配电系统故障分单相接地、两相短路、三相短路、对称及不对称等多种故障形式,但对电动机供电回路的影响主要取决于故障的时间及电压降低的幅度。我们常见的有以下三种情况:
1.瞬时欠压(VoltageSag)是瞬时的电压降低,而不是电压的消失,其过程分为电压降低与电压恢复两部分。供配电系统发生故障的瞬时,由于感应电动机转子的磁链不能突变,原有的电流将继续存在,并在定子绕组端子间感应电压。该感应电压并不立即下降,而且能保持相当长时间,此电压称为残余电压。由于残余电压的存在,如果电源断开后,很快又再次合闸,将出现较大的合闸冲击电流及冲击转矩,冲击大小由合闸瞬间电动机的残余电压大小及相位决定。
2.短时失压与瞬时欠压的区别在于残余电压是否消失。短时失压是电压降低至消失而后电压才恢复。产生的原因主要是继电保护时差配合等原因无法实现快速切除故障。故障发生瞬间,电动机的电流与转矩陡然增大,然后逐渐振荡衰减,而残余电压和转速也开始逐渐下降。电源恢复瞬间,电动机的电流与转矩也会迅速增大,然后逐渐振荡衰减,而转速也开始逐渐上升,经过短时的振荡后稳定在某一数值上。
供配电系统发生短时失压时,低压电动机交流接触器已断开,非再起动的高压电动机均跳闸,电动机转速下降很多,此时BZT等保护可立即动作。母线电压恢复后,电动机再起动技术的处理应是将全部参加再起动的电动机再起动,但采用的电动机再起动方法与技术不同再起动的过程也各异。
3.长期失压是指供配电系统电压消失时间通常大于10秒的故障。当电动机所在的母线发生长期无法恢复的故障时,电动机已全部停止运转。为了防止电动机随供配电系统的恢复同时再起动而造成的设备事故及人身伤亡,必须清除全部电动机的再起动信息。
二、电动机再起动方法
1.无控式再起动方法
在供配电系统故障后电压恢复瞬时,按电动机的运行信息,立即将所有参加再起动的电动机全部同时再起动既为无控式再起动方法。该方法电路简单,使用电器元件很少,费用低,但存在不少缺点。比如:受到供配电系统容量的限制不能完成全部运行电动机均参加再起动;可因电动机残余电压而产生电流及转矩冲击;由于多台电动机同时起动会产生很大的非周期冲击电流,可能造成变压器跳闸,同时也会造成电动机端电压显著下降,电动机最大转矩低于负载转矩,使再起动失败;无法防止短时再次再起动以及再起动时间过长。
2.可控式再起动方法
(1)时差控制式电动机群分批再起动
时差控制式电动机群分批再起动方法是预先将全部参加再起动的电动机分为固定的多个批次,每台电动机固定在一个批次中,每批再起动电动机固定一个再起动时间,各批次再起动时间有一个时差,而且再起动时间越长时差越大。
时差控制式电动机群分批再起动的优点是控制方法简单,主要缺点是时差难以选择。时差选大了会使再起动过程拖延很长时间,最后一批再起动电动机几乎是在完全停转的情况下满载起动,这使得许多电动机因过电流而跳闸;时差选小了会出现相邻批次的再起动电流叠加,造成母线电压下降。
(2)电压控制式电动机群分批再起动
电压控制式电动机群再起动方法也是预先将全部参加再起动的电动机分为固定的许多批次,每台电动机也固定在一个批次中。正常运行时监测电动机群的母线电压,故障后电压恢复时用再起动电动机群的母线电压控制各批电动机完成再起动任务。该方法与电压与电流控制式电动机群再起动方法相比简单一点,但因为在再起动过程中再起动电流的变化很大,而母线电压变化较小,仅用母线电压控制很难实现监测电动机的再起动状态。
(3)电压与电流控制式电动机群分批再起动
与上述两种方法一样,该方法也是预先将全部参加再起动的电动机分为固定的许多批次,每台电动机也固定在一个批次中。正常运行时监测电动机群的母线电压,而在故障后电压恢复时是用再起动电动机群的母线电压与母线总电流共同控制各批电动机完成再起动任务的。
在再起动过程中始终检测再起动电动机群的母线电压与母线总电流,如母线电压与母线总电流满足了再起动要求就立即起动下一批电动机,直至再起动完成。
(4)电压与电流计算式电动机群分批再起动
电压与电流计算式电动机群分批再起动对电动机群没有固定的分批,供配电系统电压恢复后,该方法立即将停运的电动机按重要性及负载性质等条件排好再起动的顺序,根据预先设定的再起动最大电流Im及母线恢复电压计算出第一批应再起动的电动机的容量及台数,并立即再起动第一批机群。然后检测再起动电动机群的母线电压及母线总电流,根据检测结果计算出下一批应再起动的电动机的容量和台数,并立即再起动该批电动机,以此类推,直至全部电动机再起动结束。
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引言
电机电脑节电无触点软起动器是近年来在国内出现的新技术，具有节电效率高，软起动特性好等特点。对于我公司这样的大型企业，在动力设备中的应用，节能降耗的意义将十分重大。我公司具有中、小型异步电动机600余台，装机容量7000KW。电能消耗是一笔大的数目。例如：一厂区锅炉房使用软起动器后，2台75KW加压水泵，一个采暖期运行4300小时，就可节电79200Kwh；一台37KW的粉碎机，一个采暖期可节电2800Kwh。节约电能的同时维修费用也降低。
一、电动机软起动器的节电原理
在生产实际当中，一些电气设备经常处于空载或轻载状态下运行，轻载或空载的电动机在额定电压的工作条件下，效率和功率因数均很低，造成电能大量浪费。
衡量电动机节电性能的重要指标为电机空载或轻载时最低运行电压的大小，即功率因数CosΦ的大小。为了说明电动机在不同负载的情况下运行，电压U与功率因数CosΦ的关系，以Y132S-4型，5.5KW三相异步电动机为例。
CosΦ的大小反应了负载的变化。软起动器正是利用微机技术，用单片机作CPU，用可控硅作为执行元件，实时检测电流和电压滞后角，即功率因数Φ角，输入给单片机，单片机根据最佳控制算法，输出触发脉冲，调整可控硅的导通角，即可调整可控硅的输出电压，使空载或轻载运行时降低电机的端电压，可使电机的铁损大大减小，同时也可减小电机定子铜损，从而减小电机空载或轻载时的输入功率，也就减小了电机有功和无功损耗，提高了功率因数，实现了节电控制。
二、电动机软起动技术
电动机传统的起动方式有全压起动和将压起动，软起动是一种完全区别于全压和降压起动的新的起动方式，是电子过程控制技术。所谓软起动，是以斜坡控制方式起动，使电动机转速平滑，逐步提高到额定转速。按照电动机起动电流大小进行分类，全压和降压起动属于大电流起动方式，软起动属于小电流起动方式。
全压起动，起动电流是额定电流的4-7倍，起动冲击电流是起动电流的1.5-1.7倍；起动电流大，起动转矩不相应增大，Ts=KtTn＝K(0.9-1.3)Tn。
降压起动，可部分减小起动电流，起动转矩下降到额定电压的K2倍。降压起动是轻载起动，有起动冲击电流、起动电流及二次冲击电流；二次冲击电流同样对配电系统有麻烦。
全压和降压起动的大电流，致使电动机谐波磁势增大，增大后的谐波磁势又加剧了附加转矩，附加转矩是电机起动时产生震动和噪音的原因。
全压和降压起动，都要受单位时间内起动次数的限制。电动机本身的发热主要建立在短时间大电流时。如通过6倍额定电流，温升为8-15℃/S；起动装置的自耦变压器或交流接触器起动引起堆积热；如交流接触器一般要求起动次数每分钟不超过10次。而软起动器可频繁操作，具有①电动机起动电流小，温升低；②软起动器采用的无触点电子元件，除大功率可控硅外，工作时温升很低。
此外，软起动器还具有多种保护功能，配合硬件电路，软件设计有过载、断相、欠压、过压等保护程序，动作可靠程度高。归纳起来，软起动器很好的解决了全压和降压起动电流过大及其派生的许多问题。
三、软起动器在动力设备上的应用
软起动器箱内面板上设有两个速率微动开关，分别对应四种起动速率：重载、次重载、次轻载、轻载，起动时间分别是90S、70S、65S、60S。使用时根据起动负载选相应的起动速率。例如我公司供水泵电动机的起动：供水泵电动机起动的阻转矩，主要由水的静压、惯性、管道阻力、水泵的机械惯性和静动摩擦等构成。水的阻力，水泵的机械惯性、阻力均与水泵的转速，加速度及叶轮的直经有关，速度低时阻力小。水的静压阻力与扬程有关，水泵起动时，由于水管中止回阀的作用，静压与摩擦不同时起作用，有利于起动。供水泵起动阻转矩为额定转矩的30％，属于轻载起动。在实际应用中供水泵电机轻载运行者居多，节电潜力大。
引风机用电动机的起动：其起动转矩与离心式水泵类似，阻转矩都与转速成正比，但是，风机与水泵的结构不同，风机的转动惯量比水泵大的多，空气的流动性比水小，如果风机不关风阀起动，将因空气升能，管道阻力，摩擦阻力等因素，致使风机起动比水泵难，起动加速的时间较长，风机起动属重载起动。
风机输送的流体——烟气的温度也是影响风机负荷量大小的重要因素。温度不同，烟气的容量及密度变化大，温度低时，烟气似凝滞状态，风机负荷量增大。锅炉开炉之初，炉膛内温度低，一般需要30分钟炉温才能升上来，这段时间里，引风机处于超负荷运行阶段。如：一台引风机配用电机22KW，输送的烟气温度200℃，容量7.3N/m3。如输送烟气温度20℃时，负载功率：
N＝KYQH/η＊1/ηt＝27.78KW
式中：
K——电机容量储备系数，对引风机取1.3。
Y——流体容量(N/m3)
Q——风机流量(m3/h)
H——全压(Kgf/m2)
η、ηt——风机效率
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2.电动机起动前的检查与试运行检查
2.1启动前的检查。
2.1.1新安装的或停用三个月以上的电动机，用兆欧表测量电动机各项绕组之间及每项绕组与地(机壳)之间的绝缘电阻，测试前应拆除电动机出线端子上的所有外部接线。通常对500V以下的电动机用500V兆。
欧表测量，对500～3000V电动机用1000V兆欧表测量其绝缘电阻。按要求，电动机每1KV工作电压，绝缘电阻不得低于1MB·Ω，电压在1kV以下、容量为了1000KW及以下的电动机，其绝缘电阻应不低于0.5MB·Ω。如绝缘电阻较低，则应先将电动机进行烘干处理，然后再测绝缘电阻，合格后才通电使用。
2.1.2检查二次回路接线是否正确，二次回路接线检查可以在未接电动机情况下先模拟动作一次，确认各环节动作无误，包括信号灯显示正确与否。检查电动机引出线的连接是否正确，相序和旋转方向是否符合要求，接地或接零是否良好，导线截面积是否符合要求。
2.1.3检查电动机内部有无杂物，用干燥、清洁的200~300KPa的压缩空气吹净内部(可使用电吹风机或手风箱等来吹)，但不能碰坏绕组。
2.1.4检查电动机铭牌所示电压，频率与所接电源电压、频率是否相符，电源电压是否稳定(通常允许电源电压波动范围为±5％)，接法是否与铭牌所示相同。如果是降压起动，还要检查起动设备的接线是否正确。
2.1.5检查电动机紧固螺栓是否松动，轴承是否缺油，定子与转子的间隙是否合理，间隙处是否清洁和有无杂物。检查机组周围有无妨碍运行的杂物，电动机和所传动机械的基础是否牢固。
2.1.6检查保护电器(断路器、熔断器、交流接触器、热继电器等)整定值是否合适。动、静触头接触是否良好。检查控制装置的容量是否合适，熔体是否完好，规格、容量是否符合要求和装接是否牢固。
2.1.7电刷与换向器或滑环接触是否良好，电刷压力是否符合制造厂的规定。
2.1.8检查启动设备是否完好，接线是否正确，规格是否符合电动机要求。用手扳动电动机转子和所传动机械的转轴(如水泵、风机等)，检查转动是否灵活，有无卡涩、摩擦和扫膛现象。确认安装良好，转动无碍。
2.1.9检查传动装置是否符合要求。传动带松紧是否适度，联轴器连接是否完好。
2.1.10检查电动机的通风系统、冷却系统和系统是否正常。观察是否有泄漏印痕，转动电动机转轴，看转动是否灵活，有无摩擦声或其它异声。
2.1.11检查电动机外壳的接地或接零保护是否可靠和符合要求。
2.2电动机试运行过程中检查。
2.2.1启动时检查。
2.2.1.1电动机在通电试运行时必须提醒在场人员注意，传动部分附近不应有其它人员站立，也不应站在电动机及被拖动设备的两侧，以免旋转物切向飞出造成伤害事故。
2.2.1.2接通电源之前就应作好切断电源的准备，以防万一接通电源后电动机出现不正常的情况时(如电动机不能启动、启动缓慢、出现异常声音等)能立即切断电源。使用直接启动方式的电动机应空载启动。由于启动电流大，拉合闸动作应迅速果断。
2.2.1.3一台电动机的连续启动次数不宜超过3～5次，以防止启动设备和电动机过热。尤其是电动机功率较大时要随时注意电动机的温升情况。
2.2.1.4电动机启动后不转或转动不正常或有异常声音时，应迅速停机检查。
2.2.1.5使用三角启动器和自耦减压器时，软启动器或变频启动时必须遵守操作程序。
2.2.2试运行时检查。
2.2.2.1检查电动机转动是否灵活或有杂音。注意电动机的旋转方向与要求的旋转方向是否相符。
2.2.2.2检查电源电压是否正常。对于380V异步电动机，电源电压不宜高于400V，也不能低于360V。
2.2.2.3记录起动时母线电压、起动时间和电动机空载电流。注意电流不能超过额定电流。
2.2.2.4检查电动机所带动的设备是否正常，电动机与设备之间的传动是否正常。
2.2.2.5检查电动机运行时的声音是否正常，有无冒烟和焦味。
2.2.2.6用验电笔检查电动机外壳是否有漏电和接地不良。
2.2.2.7检查电动机外壳有无过热现象并注意电动机的温升是否正常，轴承温度是否符合制造厂的规定(对绝缘的轴承，还应测量其轴电压)。
2.2.2.8检查换向器、滑环和电刷的工作是否正常，观察其火花情况(允许电刷下面有轻微的火花)。
2.2.2.9检查电动机的轴向窜动(指滑动轴承)是否超过表2的规定。测量电动机的振动是否超过表3的数值(对容量为40KW及以下的不重要的电动机，可不测量振动值)。
3.电动机发生故障的原因分析
电动机发生故障的原因可分为内因和外因两类：
3.1故障外因。
3.1.1电源电压过高或过低。
3.1.2起动和控制设备出现缺陷。
3.1.3电动机过载。
3.1.4馈电导线断线，包括三相中的一相断线或全部馈电导线断线。
3.1.5周围环境温度过高，有粉尘、潮气及对电机有害的蒸气和其它腐蚀性气体。
3.2故障内因。
3.2.1机械部分损坏，如轴承和轴颈磨损，转轴弯曲或断裂，支架和端盖出现裂缝。所传动的机械发生故障(有摩擦或卡涩现象)，引起电动机过电流发热，甚至造成电动机卡住不转，使电动机温度急剧上升，绕组烧毁。
3.2.2旋转部分不平衡或联轴器中心线不一致。
3.2.3绕组损坏，如绕组对外壳和绕组之间的绝缘击穿，匝间或绕组间短路，绕组各部分之间以及换向器之间的接线发生差错，焊接不良，绕组断线等。
3.2.4铁芯损坏，如铁芯松散和叠片间短路。或绑线损坏，如绑线松散、滑脱、断开等。
3.2.5集流装置损坏，如电刷、换向器和滑环损坏，绝缘击穿。震摆和刷握损坏等。
4.电动机起动失败的原因分析与对策
以典型电路，即其一次回路的短路保护是使用断路器QF(或熔断器)，控制电器接触器K，热继电器FT作过载保护(有时FT接在电流互感器二次侧回路中)为例，来介绍电动机起动失败的异常现象，并分析其起动失败的原因及采取的对策。
4.1电动机的控制与保护。
4.1.1电动机一起动立即跳闸，即瞬时跳闸。断路器QF瞬动跳闸，会使人怀疑是否发生了短路故障，一般而言，设备安装完毕，在有关的开关柜内先将导电物等清除干净，再作绝缘耐压试验，各部位都符合要求后方可带电试车。所以短路故障可能较少，而且凡发生短路故障均有迹象可查，或有火花，或有焦烟气味，同时兼有异常声音，事后再作绝缘试验，能发现绝缘已损坏。最迷惑不解的是一切都好，但断路器仍然发生瞬动跳闸，此时应确认断路器选择的脱扣电流值是否合理。如40KW的电动机，其额定电流约80A。在选择用断路器时，选用脱扣电流100A似乎可以了，而且瞬时电流倍数为10，可达1000A，足以躲开电动61N的起动电流，似乎不应该有问题。但如果考虑下列因素之后，原因便清楚了。
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。
4.1.2.1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。
4.1.2.2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，其电流甚至会超过会电压起动的情况，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，用短路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错误动作。如图1所示，QFl的整定值是正确的，而QF整定值比QFl大，但有Mn等电动机负荷的存在，当M1起动时，有6IN起动电流存在，QF保护越级动作，此往表现为短延时，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。
4.2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。
4.2.1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。
4.2.2察看故障现象。察看的的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，通过仪表商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。
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：
4.3.1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、平均、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。
4.3.2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。
4.3.3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，更换油等。电动机在运行中，进风口周围至少3m内不允许有尘土、水渍和其他杂物，以防止吸入电机内部，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。
4.3.4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。
4.3.5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。
4.3.6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。
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电动机的故障大体分为两部分：一部分是机械的原因。例如轴承和风机的磨损或损坏：另一部分是电磁故障，二者互有关连。如轴承损坏，引起电动机的过载，甚至堵转，而风叶损坏，使电动机绕组散热困难，温升提高，绝缘物老化。电磁故障的原因很多，如电动机的过载、断相、欠电压和短路都足以使电动机受损和毁坏。过载、断相、欠电压运行都会使绕组内的电流增大，发热量增加(导体的发热量是和电流的平方成正比的)，而短路造成的危害就更大。短路的原因是电动机本身的绝缘材料质量差或电动机受潮(在农村是经常发生的，例如受雨淋或落水)，以致于绕组的相间击穿，引起短路。此外，还有电动机置于有酸碱物的场所，因受腐蚀而损坏绝缘。
一、电动机的过载及其保护
电动机的过载除上述原因外，还有：
a.电动机周围环境温度过高，散热条件差；
b.电动机在大的起动电流下缓慢起动；
c.电动机长期低速运行；
d.电动机频繁起动、制动、正反转运行及经常反接制动。
电动机的过载由于电流增大，发热剧增，从而使其绝缘物受到损害，缩短了其使用寿命甚至被烧毁。
从电动机的结构来看，鼠笼型电机的定子铁心置放绕组的槽内必须有良好的绝缘物，绕组(铜线)表面有绝缘漆层，绕线式电动机转子绕组与定子绕组一样，绕组与铁心槽衬以绝缘物，三个端线所接的铜滑环，环间，环与转轴之间也是彼此绝缘的。为了保证电动机的相间、带电体与外壳的绝缘，通常是使用各种耐热等级的绝缘材料的。各种绝缘都有一定的耐受工作温度的指标。IEC85规定A级(105℃)、E级(120℃)、B级(130℃)、F级(155℃)……。八十年代，IEC216提出了一个新的耐热标准，称为温度指数TI(TemperatureIndex)以此代替IEC85。TI是按阿尼罗乌丝(Arrhenins)公式t=10a＋b/T计算的。式中：t—寿命[小时(h)]
T—绝缘材料使用的温度(℃)
a、b—与材料有关的常数
例如：某电动机使用的绝缘材料a=－2，b=1034，使用温度T=164℃
得t=10－2＋(1034/642)=104.30=2000h
它表示此绝缘物使用于164℃时，其使用寿命为20000小时。
如果把使用温度提高8℃，则T=164＋8=172℃
t=10－2＋(1034/172)=104=10000h
它说明很早以来，电工技术工作者提出的绝缘材料的使用温度每增加8℃，其使用寿命就减半是有理论和实践依据的。
电动机的过载保护安秒(I－t)曲线(反时限)
1.电动机的过载特性
2.保护电器的保护特性
3.电动机的起动电流特性
保护器的I－t曲线在电动机过载特性之内，但两曲线间距不必拉得过大，以便做到既不使电动机因为过载造成温升增大影响寿命，又充分利用电动机本身的最大耐受过载能力。根据生产和科学实践，对电动机的保护特性已由IEC947—4《低压开关设备和控制设备。低压机电式接角器和电动机起动器》作出了新的规定(我国的GB14048.4等效于IEC标准)，对无温度补尝的保护电器：
1.0In>2h不动作
1.2In≤2h动作
7.2In：2s<Tp≤10s、4s<Tp≤10s、6s<Tp≤20s、9s<Tp≤30s(也分4组，与上面的1.5In的4组相对应)。
在八十年代，我国曾有科技人员对绕组采用B级绝缘(允许工作温度为130℃)的电动机，进行了实测(即不动作和动作的时间极限，此极限表明不会引起绝缘水平下降的电流与时间的最大值)：
以上实测值是在几台电动机上测试的，不够全面，但它表明，这个标准还是比较实际的(6In是老标准)旧标准把6In作为可返回特性的电流，它相当于电动机的起动电流，经可返回时间(在通以6In时的延时时间，后将电流返回1倍In或0.9In，此段时间内保护电器不允许动作，这种可返回特性的规定是为了躲过电动机的起动，它的可返回时间应大于电动机的起动时间，旧标准的可返回时间分1s、3s、8s、13s几种)。鉴于把起动电流定在6倍和可返回时间固定在上述的4种已不能完全反映现实情况(例如Y型鼠笼型电动机的起动电流倍数就有5、5.5、6、6.5、6.8、7的六种)，因此我国的GB14048.4(等效采用IEC947－4)统一规定为7.2倍，并对不同的起动时间规定了延时时间Tp。美国NEMA(美国全国电气制造商协会)1993年的MG－1标准对电动机的过载和失速(相当于电动机的堵转和刚起动——笔者注)保护作了新的规定：“输出功率不超过500HP(马力，相当于368kW—笔者注)，额定电压不超过1kV的多相电动机，在正常工作温度初次起动，耐受1.5倍全额电流的时间应不等于2min”，又规定：“功率输出不超过500HP，额定电压不超过1kV的多相电动机，在正常温度初次起动时，应能耐锁定转子电流的失速时间不少于12s”，从以上标准和对我国绝大多数的电动机的起动时间的统计来看，选1.5In为2min，7.2In为2s<Tp≤10s是适合的。当然，如果失速或起动时间超过10s也可取其他的Tp值。怎样进行电动机的过载保护?现在对电动机的过载保护采用最多的是热继电器，也有相当数量采用有复式脱扣器(热动和电磁脱扣器，后者用于短路保护)的断路器。对于重载起动的电动机(起动时间为一般电动机的数倍)，如果使用一般的热继电器，常常会在起动过程中发生误动作(跳闸)，使电动机无法起动。因此需要选用带速饱和电流互感器或限流电阻的热继电器，这种型式是通过速饱和电流互感器或限流电阻使起动电流成比例地缩小，就可以大大延长电动机的起动时间，保证正常起动，还有采取起动时将热继电器短接，起动完毕再将热继电器投入运行——完全短路法。此外，对带速饱和互感器的热继电器，起动时将互感器二次绕组短接，起动完毕后再使之投入等方法，来满足重载起动电动机的需要。
二、电动机的短路保护(电动机保护电器瞬时动作电流整定值)电动机在短路情况下的保护，通常选用断路器，有的地方也使用熔断器。一些文献提到，断路器的瞬时动作电流整定值应能躲过电动机的全起动电流。Isct—断路器瞬时动作电流整定值A；k—可靠系数，它考虑了电动机起动电流的误差和断路器瞬动电流的误差，k一般取1.2；I''''st—全起动电流值，也称尖峰电流A。所谓全起动电流，是包括周期分量和非周期分量两部分。非周期分量的衰减时间约为30ms左右，而一般的非选择性断路器的全分断时间在20ms之内，因此必须把非周期分量考虑进去。I’st为1.7～2倍的电动机起动电流I’st。在诸多文献中，如《建筑电气设计手册》规定Isct≥(1.7～2)Ist，而《工业与民用配电设计手册》规定Isct=1.7Ist，有的手册则规定Icst为2～2.5倍的电动机起动电流。低压电器标准，如JB1284《低压断路器》的编制说明中认为，根据实验和统计，保护鼠笼型电动机的断路器，其瞬动电流是整定在8～15倍电动机的额定电流的，而绕线式电动机应整定在3～6倍电动机额定电流。8～15倍鼠笼型电动机额定电流是一个范围，具体的数值还需要考虑电动机的型号、容量、起动条件等等因素。以下，我们分析一下，鼠笼型电动机起动时的全起动电流(类峰电流)。
1.起动电流的低功率因数，过渡过程的非周期分量的存在。在这种情况下，周期分量的幅值尽管稳定，但受非周期分量的影响，故有尖峰电流流过(功率因数低，表示电感L大，时间常数T=L/R大，非周期分量Imsin(Ψ—)e－t/T值大，非周
期分量的衰减慢)。当起动电流的COS=0.3时，尖峰电流为起动电流(有效值)的2倍左右；
2.残余电压的影响而产生的瞬间再合闸的尖峰电流。电动机切断电源后再接通时，当切断电源而电动机尚未停下，就带有残余电压。这种残余电压不仅是由于有剩磁而产生，而且还由于次级线圈(转子)有残余电流而形成，所存在的残余电压与再合闸时的电源电压在某一相位时的叠加，就会产生尖峰电流。其大小与电动机完全停止后再起动相比，要大(残余电压＋电源电压)比电源电压倍，这种尖峰电流虽然仅出现1－2周波，但足以使断路器的瞬时脱扣器动作。因为1、2两个原因，可出现下列情况：
(1)电动机直接起动
由于COS为0.3，尖峰电流为(6In)的2倍，等于In(有效值)故塑壳式断路器的瞬时脱扣器整定电流值最小值为8.5In，(In为电动机的额定电流)
(2)星—三角(Y－Δ)起动
也假设为COS0.3，当从Y起动到Δ运转的一瞬间(1～2周波)，尖峰电流(峰值)约为额定电流(有效值)的19倍，则断路器必须把瞬时动作电流整定到14In?以上。
(3)自耦减压起动时
COS=0.3，电动机起动电流为6In，由于有尖峰电流的存在，原来按80％抽头的正常起动电流为3.84In，现提高到7.7In，按65％抽头的正常起动电流为4.3In，现提高到5In。
(4)瞬时再起动
按COS为0.3，起动电流为6In，考虑到残余电压的影响，尖峰电流为最大，是额定电流的24倍(6×2×2)(峰值)，其有效值为=16.97≈17，因而断路器的瞬时脱扣器的整定电流必须在电动机额定电流的17倍以上。从以上分析可知，正是电动机的型号、结构、起动方式等的不同，导致尖峰电流的出现，由此而推出Isct在8～15倍In之内(个别的还可达到17倍In)，对于瞬时动作电流可调的断路器，其调节范围按8～15倍In考虑，而大量的塑壳式断路器(不可调)，取其平均值12In，误差
采用熔断器保护电动机的瞬动，熔断器的熔体电流可由下式确定：
Irin≥Ist比α
式中：Ist—电动机的起动电流A；
α—决定起动状况和熔断器的系数，一般为2～3之间。
三、关于鼠笼型电动机的断相保护电动机的断相分为两类，一是电动机外部的电源线断线；二是电动机内部定子绕组的断线，而电动机内部接线又分为星形联结和三角形连接两种。因此提到断相必须分清是那一种性质，另外，所谓断相保护，是指正在运行中的电动机。
1.被保护的电动机的定子绕组是星形联结，断相运行时，一般说未断的两相电流会增大。由于电压的不平衡，至少有一相电流增大。因是星形联结，线电流等于相电流，所以对于星形联结的电动机，选用一般的三极热继电器或三极保护电动机型的断路器，是能够起到有效保护的。
2.被保护的电动机的定子绕组是三角形联结，当电动机发生断相时会有两种情况产生：
a.电动机外部的电源线断线(如熔断器——相熔断)，I2ph=2Iph，I2=I3=I1ph＋I2ph=1.5I2ph此时线电流与相电流之间已不是的关系，线电流已经不能正确反映相电流的大小，即不能有效地反映电动机绕组是否已处于过载状态。当电动机在额定负载下断相运行时，I1ph=I3ph=0.58In(In为电动机的额定电流)，I2ph=2Iph=1.16In，I2=I3=1.5I2ph=1.5×1.6In=1.73In。此时如果选用一般的三极热继电器(或断路器)，勉强可以起保护作用但是当负载在额定负载的65％下断线运行时会动作，时间长了可能烧毁电动机。为解决保护问题，应采用带断相保护的热继电器，如JR20、T系列、3UA系列等。
b.电动机的定子绕组为三角形联结，绕组断了一相，此时就出现：I2=I3=IphI1=Iph
可以看到，有一相线电流与未断线前是一样的，因此，可以选用一般的三极热继电器来保护。
四、关于电动机的欠电压保
当低压配电和用电电路因发生故障而使网络电压大幅度降低时，就会使正常运转的电动机出现疲倒、堵转、使大批电动机产生几倍的过电流甚至短路。此时必须使用保护电器将故障电压切断，以便保护电动机(特别是功率为30kV及以上的电动机)及其线路。
电压降低到足以使电动机疲倒、堵转的电压，称为临界电压。在临界电压出现时，低压保护电器恰好会动作就称为欠电压保护。
当电网电压低于电动机的临界电压，保护装置方始动作，称为失压保护，失压保护是欠电压保护的一种。根据理论计算，在额定负载(满负荷)时，
鼠笼型电动机的临界电压Uk=0.67Ue；(Ue为电动机的额定电压)；
绕线型电动机的临界电压Uk=0.71Ue。
如果负载率是50％，则
鼠笼型电动机的临界电压Uk=0.5Ue；
绕线型电动机的临界电压Uk=0.525Ue。
因此从理论值上看(理想的情况)，无论是鼠笼型或绕线型电动机的欠电压保护值，其上限为0.70Ue，下限值为0.5Ue，而考虑各种误差因素，GB14048.2《低压开关设备和控制设备低压断路器》标准规定，欠电压动作电压值为(70％～35％)Ue。
我们知道，在电动机的起动瞬间(或在全电压下电动机运转时的转矩小于负载转矩时)其电流变得很大，此时的电动机电流I2''''(折合到定子的转子电流)，由于刚起动或堵转，n≈0，S≈1，I12很大，一般可达5～7倍的In。如果电路的电压下降到临界电压的上限值造成堵转时,电动机的电流最大可达5In，时间略长就要烧毁电动机。
前者有残余电压，故有残余电磁转矩的作用，这就是电动机达到停机的惰行时间较长。还可能带来本身的短路，且此时如果电网电压恢复正常，再起动时，会产生很大的冲击电流，扩大故障范围；而在电压完全消失时，或者仅有20％～30％额定电压下，达到停机的时间仅为纯机械的较短惰行时间而已，此时(电动机尚未全停下)即使电压恢复正常，所造成的冲击电流也不大。失压保护的意义在于防止自起动。
瞬时动作—对于不重要的，不影响生产工艺流程的电动机，一旦有低于临界电压者立即动作；一般短延时0.5s左右，短延时动作主要针对欠电压对象，用瞬时动作甩掉一批次要的电动机，而用短延时动作来保住一些主要的电动机。长延时动作—适用于重要的，起动条件不困难的绕线型电动机；可以自起动但技术保安条例不允许自起动的鼠笼型电动机，延时大约5～10s，通常它的整定时间大于5s而小于电动机的全部惰行时间。长延时动作主要针对失压保护，其目的是争取一部分比较重要，而其起动条件又不困难的电动机尽可能不退出运转。
五、电动机保护线路及其保护电器的选择
电动机保护的线路大致有以下四种
1.由热继电器FR，接触器kM和仅有瞬动保护的断路器QF组成，如图4所示。接触器用来起动、停止电动机，热继电器用来保护电动机的过载，而仅有瞬动保护的断路器是保护电动机的短路。
2.由热继电器FR，接触器kM和熔断器FS组成，如图5所示。热继电器保护电动机的过载，接触器起动和停止电动机，熔断器作电动机的短路故障保护。3.由一台接触器kM和一台电动机保护型的断路器QF组成，如图6所示。接触器作为电动机的起动和停止之用，电动机保护型断路器作电动机的过载和短路故障的保护。
4.由一台电动机保护型断路器组成，
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相应对策：①尽量消除工艺和机械设备的跑冒滴漏现象；②检修时注意搞好电机的每个部位的密封，例如在各法兰涂少量704密封胶，在螺栓上涂抹油脂，必要时在接线盒等处加装防滴溅盒，如电机暴漏在易侵入液体和污物的地方应作保护罩；③对在此环境中运行的电机要缩短小修和中修周期，严重时要及时进行中修。
2.由于轴承损坏，轴弯曲等原因致使定、转子磨擦（俗称扫膛）引起铁心温度急剧上升，烧毁槽绝缘、匝间绝缘，从面造成绕组匝间短路或对地“放炮”。严重时会使定子铁心倒槽、错位、转轴磨损、端盖报废等。轴承损坏一般由下列原因造成：①轴承装配不当，如冷装时不均匀敲击轴承内圈使轴受到磨损，导致轴承内圈与轴承配合失去过盈量或过盈量变小，出现跑内圈现象，装电机端盖时不均匀敲击导致端盖轴承室与轴承外圈配合过松出现跑外圈现象。无论跑内圈还是跑外圈均会引起轴承运行温升急剧上升以致烧毁，特别是跑内圈故障会造成转轴严重磨损和弯曲。但间断性跑外圈一般情况下不会造成轴承温度急剧上升，只要轴承完好，允许间断性跑外圈现象存在。②轴承腔内未清洗干净或所加油脂不干净。例如轴承保持架内的微小刚性物质未彻底清理干净，运行时轴承滚道受损引起温升过高烧毁轴承。③轴承重新更换加工，电机端盖嵌套后过盈量大或椭圆度超标引起轴承滚珠游隙过小或不均匀导致轴承运行时磨擦力增加，温度急剧上升直至烧毁。④由于定、转子铁心轴向错位或重新对转轴机加工后精度不够，致使轴承内、外圈不在一个切面上而引起轴承运行“吃别劲”后温升高直至烧毁。⑤由于电机本体运行温升过高，且轴承补充加油脂不及时造成轴承缺油甚至烧毁。⑥由于不同型号油脂混用造成轴承损坏。⑦轴承本身存在制造质量问题，例如滚道锈斑、转动不灵活、游隙超标、保持架变形等。⑧备机长期不运行，油脂变质，轴承生锈而又未进行中修。
相应对策：①卸装轴承时，一般要对轴承加热至80℃~100℃，如采用轴承加热器，变压器油煮等，只有这样，才能保证轴承的装配质量。②安装轴承前必须对其进行认真仔细的清洗，轴承腔内不能留有任何杂质，填加油脂时必须保证洁净。③尽量避免不必要的转轴机加工及电机端盖嵌套工作。④组装电机时一定要保证定、转子铁心对中，不得错位。⑤电机外壳洁净见本色，通风必须有保证，冷却装置不能有积垢，风叶要保持完好。⑥禁止多种油脂混用。⑦安装轴承前先要对轴承进行全面仔细的完好性检查。⑧对于长期不用的电机，使用前必须进行必要的解体检查，更新轴承油脂。
3.由于绕组端部较长或局部受到损伤与端盖或其它附件相磨擦，导致绕组局部烧坏。
相应对策：电机在更新绕组时，必须按原数据嵌线。检修电机时任何刚性物体不准碰及绕组，电机转子抽芯时必须将转子抬起，杜绝定、转子铁芯相互磨擦。动用明火时必须将绕组与明火隔离并保证有一定距离。电机回装前要对绕组的完好性进行认真仔细的检查确诊。
4.由于长时间过载或过热运行，绕组绝缘老化加速，绝缘最薄弱点碳化引起匝间短路、相间短路或对地短路等现象使绕组局部烧毁。
相应对策：①尽量避免电动机过载运行。②保证电动机洁净并通风散热良好。③避免电动机频繁启动，必要时需对电机转子做动平衡试验。
5.电机绕组绝缘受机械振动（如启动时大电流冲击，所拖动设备振动，电机转子不平衡等）作用，使绕组出现匝间松驰、绝缘裂纹等不良现象，破坏效应不断积累，热胀冷缩使绕组受到磨擦，从而加速了绝缘老化，最终导致最先碳化的绝缘破坏直至烧毁绕组。
相应对策：①尽可能避免频繁启动，特别是高压电机。②保证被拖动设备和电机的振动值在规定范围内。
二、三相异步电动机一相或两相绕组烧毁（或过热）的原因及对策
如果出现电动机一相或两相绕组烧坏（或过热），一般都是因为缺相运行所致。在这里不作深刻的理论分析，仅作简要说明。
当电机不论何种原因缺相后，电动机虽然尚能继续运行，但转速下降，滑差变大，其中B、C两相变为串联关系后与A相并联，在负荷不变的情况下，A相电流过大，长时间运行，该相绕组必然过热而烧毁。
三相异步电动机绕组为Y接法的情况：电源缺相后，电动机尚可继续运行，但同样转速明显下降，转差变大，磁场切割导体的速率加大，这时B相绕组被开路，A、C两相绕组变为串联关系且通过电流过大，长时间运行，将导致两相绕组同时烧坏。
这里需要特别指出，如果停止的电动机缺一相电源合闸时，一般只会发生嗡嗡声而不能启动，这是因为电动机通入对称的三相交流电会在定子铁心中产生圆形旋转磁场，但当缺一相电源后，定子铁心中产生的是单相脉动磁场，它不能使电动机产生启动转矩。因此，电源缺相时电动机不能启动。但在运行中，电动机气隙中产生的是三相谐波成分较高的椭圆形旋转磁场，所以，正在运行中的电动机缺相后仍能运转，只是磁场发生畸变，有害电流成分急剧增大，最终导致绕组烧坏。
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在现代化生产过程控制中，执行机构起着十分重要的作用，它是自动控制系统中不可缺少的组成部分。现有的国产大流量电动执行机构存在着控制手段落后、机械传动机构多、结构复杂、定位精度低、可靠性差等问题。而且执行机构的全程运行速度取决于其电机的输出轴转速和其内部减速齿轮的减速比，一旦出厂，这一速度固定不可调整，其通用性较弱。整个机构缺乏完善的保护和故障诊断措施以及必要的通信手段，系统的安全性较差，不便与计算机联网。鉴于以上原因，采用传统的大流量电动执行机构的控制系统，可靠性和稳定性较差。随着计算机网络、现场总线等技术在工业过程中的应用，这种执行机构已远远不能满足工业生产的要求。笔者设计的大流量电动执行机构，采用机电一体化技术，将阀门、伺服电机、控制器合为一体，利用异步电动机直接驱动阀门的开与关。通过内置变频器，采用模糊神经网络，实现阀门的动作速度、精确定位、柔性开关以及电机转矩等控制。该电动执行机构省去了用于控制电机正、反转的接触器和可控硅换向开关模件、机械传动装置和复杂、昂贵的控制柜和配电柜，具有动作快、保护较完善、便于和计算机联网等优点。实际运行表明，该执行机构工作稳定，性能可靠。
2电动执行机构的硬件设计及工作原理
电动执行机构控制系统原理框图如图2-1所示。智能执行机构从结构上主要分为控制部分和执行驱动部分。
控制部分主要由单片机、PWM波发生器、IPM逆变器、A/D、D/A转换模块、整流模块、输入输出通道、故障检测和报警电路等组成。执行驱动部分主要包括三相伺报电机和位置传感器。
系统工作原理：
霍尔电流、电压传感器及位置传感器检测到的逆变模块三相输出电流、电压及阀门的位置信号，经A/D转换后送入单片机。单片机通过8255控制PWM波发生器，产生的PWM波经光电耦合作用于逆变模块IPM，实现电机的变频调速以及阀位控制。逆变模块工作时所需要的直流电压信号由整流电路对380V电源进行全桥整流得到。
控制系统各功能元件的选型与设计：
1)单片机选用INTEL公司生产的8031单片机，它主要通过并行8255口担负控制系统的信号处理：接收系统对转矩、阀门开启、关闭及阀门开度等设定信号，并提供三相PWM波发生器所需要的控制信号；处理IPM发出的故障信号和报警信号；处理通过模拟输入口接收的电流、电压、位置等检测信号；提供显示电动执行机构的工作状态信号；执行控制系统来的控制信号，向控制系统反馈信号；
2)三相PWM波发生器PWM波的产生通常有模拟和数字两种方法。模拟法电路复杂，有温漂现象，精度低，限制了系统的性能；数字法是按照不同的数字模型用计算机算出各切换点，并存入内存，然后通过查表及必要的计算产生PWM波，这种方法占用的内存较大，不能保证系统的精度。为了满足智能功率模块所需要的PWM波控制信号，保证微处理器有足够的时间进行整个系统的检测、保护、控制等功能，文中选用MITEL公司生产的SA8282作为三相PWM发生器。SA8282是专用大规模集成电路，具有独立的标准微处理器接口，芯片内部包含了波形、频率、幅值等控制信息。
3)智能逆变模块IPM为了满足执行机构体积小，可靠性高的要求，电机电源采用智能功率模块IPM。该执行机构主要适用功率小于5．5kW的三相异步电机，其额定电压为380V，功率因数为0．75。经计算可知，选用日本产的智能功率模块PM50RSA120可以满足系统要求。该功率模块集功率开关和驱动电路、制动电路于一体，并内置过电流、短路、欠电压和过热保护以及报警输出，是一种高性能的功率开关器件。
4)位置检测电路位置检测电路是执行机构的重要组成部分，它的功能是提供准确的位置信号。关键问题是位置传感器的选型。在传统的电动执行机构中多采用绕线电位器、差动变压器、导电塑料电位器等。绕线电位器寿命短被淘汰。差动变压器由于线性区太短和温度特性不理想而受到限制。导电塑料电位器目前较为流行，但它是有触点的，寿命也不可能很长，精度也不高。笔者采用的位置传感器为脉冲数字式传感器，这种传感器是无触点的，且具有精度高、无线性区限制、稳定性高、无温度限制等特点。
5)电压、电流及检测检测电压、电流主要是为了计算电机的力矩，以及变频器输出回路短路、断相保护和逆变模块故障诊断。由于变频器输出的电流和电压的频率范围为0～50Hz，采用常规的电流、电压互感器无法满足要求。为了快速反映出电流的大小，采用霍尔型电流互感器检测IPM输出的三相电流，对于IPM输出电压的检测采用分压电路。如图2-2所示。
6)通讯接口为了实现计算机联网和远程控制，选用MAX232作为系统的串行通讯接口，MAX232内部有两个完全相同的电平转换电路，可以把8031串行口输出的TTL电平转换为RS－232标准电平，把其它微机送来的RS－232标准电平转换成TTL电平给8031，实现单片机与其它微机间的通讯。
7)时钟电路时钟电路主要用来提供采样与控制周期、速度计算时所需要的时间以及日历。文中选用时钟电路DS12887。DS12887内部有114字节的用户非易失性RAM，可用来存入需长期保存的数据。
8)液晶显示单元为了实现人机对话功能，选用MGLS12832液晶显示模块组成显示电路。采用组态显示方式。通过菜单选择，可分别对阀门、力矩、限位、电机、通讯和参数等信号进行设置或调试。并采用文字和图形相结合的方式，显示直观、清晰。
9)程序出格自恢复电路为了保证在强干扰下程序出格时系统能够自动地恢复正常，选用MAX705组成程序出格自恢复电路，监视程序运行。如图2-3所示，该电路由MAX705、与非门及微分电路组成。
工作原理为：一旦程序出格，WDO由高变低，由于微分电路的作用，由“与非”门输入引脚2变为高电平，引脚2电平的这种变化使“与非”门输出一个正脉冲，使单片机产生一次复位，复位结束后，又由程序通过P1．0口向MAX705的WDI引脚发正脉冲，使WDO引脚回到高电平，程序出格自恢复电路继续监视程序运行。阀位及速度控制原理
阀位及速度控制原理框图如图3-1所示。
采用双环控制方案，其中内环为速度环，外环为位置环。速度环主要将当前速度与速度给定发生器送来的设定速度相比较，通过速度调节器改变PWM波发生器载波频率，实现电机的转速调节。速度调节器采用模糊神经网络控制算法(具体内容另文叙述)。
外环主要根据当前位置速度的设定，通过速度给定发生器向内环提供速度的设定值。由于大流量阀执行机构在运行过程中存在加速、匀速、减速等阶段。各阶段的时间长短、加速度的大小、在何位置开始匀速或减速均与给定位置、当前位置以及运行速度有关。速度给定发生器的工作原理为：通过比较实际阀位与给定阀位，当二者不相等时，以恒定加速度加速，减速点根据当前速度、阀位值、阀位给定值的大小计算得来。
执行机构各阶段运行速度的计算原理
图3-2为执行机构的典型运行速度图，它由若干段变化速率不同的折线组成。将曲线上速率开始发生改变的那一点称为起始段点，相应的时间称为段起始时间，如图3-2中的t(i)(i＝0，1，2，……)，相应的速度称为段起始速度，如图3-2所示v(i)(i＝0，1，2，…)。
设第i段速度的变化速率为ki，则有：
式中：Δv为两段点之间的速度变化值，Δv＝vi＋1－vi；
Δt为两段之间的时间，Δt＝ti＋1－ti。
显然，当ki＝0时为恒速段，ki＞0时为升速段，ki＜0时为减速段。任意时刻的速度给定值为：
Ts为采样周期。
变化速率ki的取值由给定位置、当前位置以及运行速度的大小确定。
4关键技术问题的解决
该电动执行机构采用了最新的变频调速技术，电机驱动功率小于5．5kW。用户可根据需要设定力矩特性，根据控制的阀设定速度，速度分多转式、直行程、角行程3种方式。控制系统由阀位给定和阀位反馈信号构成的闭环系统，控制特性视运行方式、速度而定，并具有自动过流保护、过载保护、超压、欠压、过热、缺相、堵转等保护功能。
该执行机构解决的关键性技术问题主要有：
1)阀门柔性开关柔性开关主要是为了当阀关闭或全开时，保证阀门不卡死与损伤。执行机构内部的微处理器根据测得的变频器输出电压和电流，通过精确计算，得出其输出力矩。一旦输出力矩达到或大于设定的力矩，自动降低速度，以避免阀门内部过度的撞击，从而达到最优关闭，实现过力矩保护。
2)阀位的极限位置判断阀位的极限位置是指全开和全关位置。在传统执行机构中，该位置的检测是通过机械式限位开关获得的。机械式限位开关精度低，在运行中易松动，可靠性差。在文中，电动执行机构极限位置通过检测位置信号的增量获得。其原理是，单片机将本次检测的位置信号与上次检测的信号相比较，如果未发生变化或变化较小，即认为己达到极限位置，立即切断异步电机的供电电源，保证阀门的安全关闭或全开。省去了机械式限位开关，无需在调试时对其进行复杂的调整。
3)电机保护的实现为了防止电机因过热而烧毁，单片机通过温度传感器连续检测电机的实际运行温度，如果温度传感器检测到电机温度过高，自动切断供电电源。温度传感器内置于电机内部。
4)准确定位传统的电动执行机构在异步电机通电后会很快达到其额定动作速度，当接近停止位置时，电机断电后，由于机械惯性，其阀门不可能立即停下来，会出现不同程度的超程，这一超程通常采用控制电机反向转动来校正。机电一体化的大流量电动执行机构根据当前位置与给定位置的差值以及运行速度的大小超前确定减速点的位置及减速段变化速率ki，使阀门在较低的速度下实现精确的微调和定位，从而将超程降到最低。
5)模拟信号的隔离。
对于变频器的直流电压以及输出的三相电压，它们之间的地址不一致，存在着较高的共模电压，为了保证系统的安全性，必须将它们彼此相互隔离。采用LM358和4N25组成了隔离线性放大电路。如图4-1所示，采用±15V和±12V两组独立的正负电源。若运放A的反相端电位由于扰动而正向偏离虚地，则运放A输出端的电位将降低，因而光电耦合器的发光强度将增强，则使其集射极电压减小，最后使运放A反相端的电位降低，回到正常状态。若A的反相端电位负向偏离虚地，也可以重回到正常状态。从而增强了系统的抗干扰性。
5结束语
该执行机构集微机技术和执行器技术于一体，是一种新型的终端控制单元，其电机是通过内部集成的一体化变频器来控制，因此，同一台智能执行机构可以在一定范围内具有不同的运行速度和关断力矩。该智能执行机构采用了液晶显示技术，它利用内置的液晶显示板，不仅可以显示阀门的开、关状态和正常运行时阀门的开度，还可以通过菜单选择运行参数设定，当系统出现故障时，能显示出故障信息。总之，该执行机构集测量、决断、执行3种功能于一体，顺应了电动执行机构的发展趋势，它的研制成功给电动执行机构的研究开发提供了新的思路。
参考文献
［1］邓兵，等．数字阀门电动执行机构［J］．自动化仪表，2001(1)．
［2］LiuJianhou．Theresearchonreliabilityandenvironmentadaptabilityofelectriccontrolvalveusedinunclearpowerstation［J］．MaintainabilityandSafety，vol．2，Dalian，China，28－31August2001．
