浅谈轮胎生产过程中的电机故障分析及保护

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　　1 前言
    PLC在轮胎业中已基本推广应用,但从应用开发的深度和广度来看,一般还是取代继电逻辑控制及开关量问题,对中等复杂系统以上的控制系统,1台PLC总还有20%～30%的富余软件。为此,对可编程序控制器富余软件的开发应用,也是设计人员必须探讨研究的,这对进一步充分发挥PLC在轮胎生产自动化中的作用,更具有一定的实用意义。
    2 交流异步电动机常见故障分析
/ x0 J" U. k# V3 \    在轮胎生产过程中,电机的损坏情况经常发生,轮胎厂一年总有几十只、多达上百只电机损坏,影响了轮胎的质量和产量,给企业带来一定的经济损失。根据几年来的使用情况,分析其原因,多系保护措施不当。主要有环境条件、线路故障、负载条件、电压高低、操作使用、维修水平和电机自身质量等原因造成的,现对上述原因作简要分析。
    (1)环境条件
    环境对电机的正常运行起着十分重要的作用,电机在极限温度下达不到热平衡时,会因严重发热而烧毁。在轮胎厂的内胎硫化车间和外胎硫化车间,常用蒸汽和过热水,夏季温度比较高。而电机又安装在蒸汽、过热水的管路之间,这些管路的温度在100°C以上,不仅温度高,而且这些管路接口的泄漏很容易喷射到电机上,若不及时处理,将会使电机的绝缘受到不同程度的损坏。我厂用于双模硫化机的电机,每年都有5台左右的电机因绝缘降低而损坏。又如,在胎面挤出生产线上,由于机头上的蒸汽截止阀泄漏,泄漏出的蒸汽被主电机上的散热风机吸入主电机,使55kW直流电机的整流子(换向器)短路,所以轮胎厂应及时解决各管路的泄漏问题。
    (2)电压高低
; z2 w4 m& u& t' p) u2 ?    在某种情况下,电网电压会出现过高过低的情况,在短时间内,电压偏高偏低不会影响电机。但是,若电机长时间在低电压下工作,由于铜耗增加,力矩降低,则电机会由于过载而烧毁;电压过高,定子磁回路饱和,使电流剧增,导致电机烧毁。
& i8 v6 W2 n( `% p. ]+ g    (3)线路故障
! t- x4 D5 a( V8 V5 a- b    三相交流异步电动机在缺二相或三相时,定子绕组里没有形成闭合回路,即没有电流,这时电机不旋转。电机的损坏主要是缺一相引起的,故对电机主回路接触器及线路节点的定期检修是十分必要的。要特别注意起动后运行中的电机断相,一旦遇到这种情况,应立即切断电源,以保护电机。
9 t% ^3 I! B* \0 y- E  G( T    (4)负载条件
    对于造成电机超负载的原因,是一个比较复杂的问题,有重载起动,机械转动中齿轮或铜套失油使电机超负载;也有操作者没有按工艺要求操作使电机超负载,最终使电机设备损坏。
( n/ G6 P7 o; X. S. q: R    (5)电机质量
    对于由电机自身质量而产生的故障,这主要靠电机制造厂和电机修理部门,把好制造质量和修理质量,使电机各项性能达到技术要求,从而减少因此产生的故障。     
　　3 热继电器保护性能的分析
    热继电器是一种传统的应用最为广泛的电机保护器,它是利用电流的热效应使双金属片受热弯曲而推动节点,切断控制电路,使电机停止运行。但是,有些装用热继电器的电控箱电机还是会损坏,我认为不能各种场合一律使用热继电器作为电机的保护器,电机的保护应根据电机在不同的使用场合而选用不同的保护方法,只有这样才能从根本上解决电机的保护。例如,在轮胎帘布裁断机中的供布电机、胎面挤出线的胎面切断电机等,都是频繁起动制动的电机,在夏天比较容易发热烧毁,对于这一类电机,宜选用热敏电阻的温升保护,其效果较为理想。若仍采用热继电器作保护,由于它的频繁起动,较大的起动电流反复冲击热元件,使其性能变差,动作偏离整定值。又如,胎面硫化中所用的热水循环泵、冷却水泵所用的电机,锅炉的引风机电机,钢丝挤出生产线中钢丝牵引电机,都是一类长期运行的电机,由于加热元件长期处于热状态下,同样会使热元件的性能发生变化,使动作值偏离整定值。热继电器要及时准确地动作,就需要定期整定,这对轮胎厂来说也是一件较繁琐的事。所以对长期工作的电机采用电子保护器较为理想。从我厂的电机损坏情况来看,有80%以上都是由于热继电器没动作造成。根据对上述情况的分析,热继电器已不是理想的电机保护器。
& ]" P7 h% u  H: ^2 ~( ]    4 富余软件的电机保护器
    4.1 电机保护器采集工作原理
$ V  {+ a, D4 A& q' `8 S/ _( [    信号取于电机互感器的二次回路,经桥式整流及电容滤波后,在R2上取得电压,晶体管T1的基极和发射极加以正向电压,当电机正常工作或1.1倍额定电流时,调节网络电阻,使晶体三极管Ib、Ube、Ic均很小,晶体三极管截止,R4上的电很低,可控硅截止,R7上的输出电压大约为零。在电机过流或短路时,使晶体管导通,触发可控硅导通,在R7上输出-个高电平去PLC输入点,以控制电机的运行状态。图1为电机保护器信号采集原理图。
    4.2 电机保护器应用梯形图
$ D4 h. G0 B: h    电机保护器程序梯形图如图2所示。图2中采用了日本0MRON的C200H可编程控器地址分配号,按起动按钮00300,经过常闭节点TIM509、00301,使1000 ON自保,电机起动,同时3205内部继电器和定时器TIM509 0N自保。当定时器TIM509常闭延时节点OFF时,电机起动时间完成,电机进入自动保护工作状态,当电机出现过流或短路时,输入点X00400 0N→3206 0N,1000回路中的3206常闭节点OFF→1000输出继电器OFF,电机停止工作。如果在起动时就有短路故障,电流大于电机起动电流,此时00401 0N→3207 0N→1000输出继电器0FF,电机即停止工作。采用PLC对电机进行缺相、过流、短路保护,取消了电流继电器,简化了电动机主回路,提高了电机保护的可靠性。
    5 直流电机的主要故障和故障原因及解决方法
    (1)直流电动机不能启动
( Z$ L2 x( v5 W    表1直流电动机不能启动的原因及解决方法原因解决方法

原 因	解 决 方 法
线路中断 3 U8 v8 ^* Y4 [4 h/ ^	检查线路是否完好，起动器接线是否正确，保险丝是否熔断，励磁欠压继电器是否动作。 $ U1 A5 H/ L8 A2 e! K3 P
起动时负载过重 7 Z( e  u6 A, ~	减去部份负载 , }, l$ @( B, z! W5 f+ r
电刷接触不良	检查刷握弹簧是否松弛
串激绕组接反	按正确接线图接线
线路电压太低 ! {; j1 y% e+ R) b, ~	用万用表测电压，提高电压后在起动 3 [8 l2 O' Z! V6 b( b1 e4 M
轴承损坏或有杂物卡死	停车后，调换轴承，排除杂物 ) \6 d( _. \4 \' S' R' |

????    (2)电刷火花过大
5 F4 a& G0 B5 Y, N8 ?( U7 o+ W8 [7 @2 f    表2电刷火花过大的原因及解决方法原因解决方法
4 y" J/ U' J6 h6 |% h- s$ c- c

原 因	解 决 方 法
电刷与换向器接触不良或电刷磨损过短 ! y1 h: w8 f  {4 n6 L4 S! p	研磨电刷接触面,更换新电刷
电刷上弹簧压力不均匀 / w, J! f( }6 m' N3 l2 L3 d. W	适当调整弹簧压力,使每个电刷压力保持在1.47×104～2.45×104Pa,也可凭手上的感觉 % x9 B/ U, ~$ J0 r  W
刷握松动	将刷握螺栓固紧,使刷握和换向器表面平行
刷握离换向器表面距离过大 , _, g# }7 P$ b	调整刷握至换向器距离,一般为2～3mm
电刷牌号不符合要求 / _2 S0 s' M% {7 ?: o2 }' R	更换原来牌号
电刷与刷握配合不当	不能过紧或过松,保证在热态时,电刷在刷握中能自由滑动,过紧可用砂纸将电刷适当砂去一些,过松的要调换新电刷
换向器片间云母未拉净	用手拉刀刻去剩余云母
换向器片间云母突出	精车换向器 ! z1 P7 C3 I- i9 p% n+ L; j- G& E6 z
刷架中心位置不对 5 |# }5 g; ?- s7 z	移动刷架座,选择火花最好位置 & _9 Z- q; q% Z
电机长期超负载 / y4 D9 Z/ Y4 x7 b% O	调整负载,在额定负载内 : \+ o8 p* m& J) T, m: y
换向极线圈短路	重新绕制线圈 4 X: r5 d( p" J( Q: l2 `' A( V4 W
电枢绕组断路 0 M. Q- ~6 x* n	拆开电机,检查电枢绕组,用毫伏表找出断路处,若不能焊接将重绕
电枢绕组短路或换向器断路	电机运转时,换向器刷握下冒火,电枢发热,应检查云母槽中有无铜屑,或用毫伏表测换向片间电压降,检查出绕组短路处 ) g  l" h' W! F% w
电压过高	调整外加电压到额定值 % q+ E" J4 o- F3 F) n! j) T) s5 a
换向极引出线接反	帘动机在负载时转速稍慢并出火,应调换和刷杆相联接的两线头 2 X6 r& B1 s* i+ O! }% g. U

????    (3)电动机转速不正常
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原 因	解 决 方 法
励磁绕组回路开路，励磁电压过低   E4 X8 ]) r' d	检查磁场线圈联接是否良好，接错磁场线圈或调速器内部是否断路，励磁欠压继电器是否动作，励磁电压是否正常 ) R8 c) ^  p8 w: V7 r' R+ i
电刷不在正常位置	按所刻记号调整刷杆座位置 , c, _+ U# t$ b4 Z, j- C6 S% j4 \
电枢及磁场线圈短路 ' G* ]# @5 I3 j4 p8 L( a	检查换向器表面及接头片是否有短路，测量磁场线圈每极直流电阻是否一样
外加电压过高或过低 / W* K" T& x0 Z, A3 w: q( d	用万用表测量，将电压调整到允许范围内

xztian

学习学习  谢谢楼主