轮胎生产过程中的电机故障分析及保护

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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。
1 交流异步电动机常见故障分析
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。
: f" `5 M# R4 M1 C& x# _: t# Y(2)电压高低
5 c( f0 x3 ?% f( x6 h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。
(3)线路故障
; [1 c+ p9 w! z) B  i8 r; |1 X" l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。
(4)负载条件
% {+ q1 |  I  q& d- A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。
9 W2 Y. P8 |' t; k  O(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。
2 热继电器保护性能的分析
  W# u- T, M* I) G$ ?0 W# N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。
" K# ^9 f2 C- \, v0 X3 富余软件的电机保护器
$ [0 y" S* g; `: n( a  I2 L3.1 电机保护器采集工作原理
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。
3.2 电机保护器应用梯形图
电机保护器程序采用了日本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。
4 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
2 f. w( O; }5 F% |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
* @0 \/ D% I7 d. B# L2 e& N解 决 方 法
线路中断
4 s/ ^( ]' {9 q) J% m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。
起动时负载过重
2 P+ F  Y  f8 m减去部份负载
8 D% B, f$ b' K: z9 c, b电刷接触不良
' n3 _, X6 O" A8 U* }. W检查刷握弹簧是否松弛
串激绕组接反
) ^3 p* n" }' ^% Z. o- f' s- W按正确接线图接线
线路电压太低
用万用表测电压，提高电压后在起动
轴承损坏或有杂物卡死
! ]% I4 _) P7 h2 q$ A( d! P1 [停车后，调换轴承，排除杂物
(2)电刷火花过大
表2 电刷火花过大的原因及解决方法原因解决方法
& F1 W- Q4 V% x, l  S1 x原 因
解 决 方 法
( i* I' }0 Y# l( _4 J电刷与换向器接触不良或电刷磨损过短
研磨电刷接触面，更换新电刷
( K$ K6 ?. \. b: F电刷上弹簧压力不均匀
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
5 n: Y* I' _: G6 r' d( b5 e刷握松动
( e6 Q2 Y) E7 Y, l$ S/ q, F将刷握螺栓固紧，使刷握和换向器表面平行
' o6 H/ q* A# D# \# G7 S% K刷握离换向器表面距离过大
  S6 f7 ?1 Y4 I5 w/ C调整刷握至换向器距离，一般为2～3mm
3 K, f1 r$ S" Y$ N电刷牌号不符合要求
! b# T# s" o+ W) H! Y  {更换原来牌号
4 t  w0 ]% o' u& Y6 O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
3 {+ R% j, E  t) ]. k( {; }* {换向器片间云母未拉净
, G; g+ Q. @) A2 v2 Y% N8 G- {用手拉刀刻去剩余云母
$ D& T* X9 C* t. |- c# m; V换向器片间云母突出
* i6 _( J  n3 h& w精车换向器
8 X0 i7 V% `5 Q2 x刷架中心位置不对
移动刷架座，选择火花最好位置
' d7 v6 U0 V! I: j0 O电机长期超负载
调整负载，在额定负载内
. U  ]. f: U1 U3 I* j/ ~1 u* z7 g换向极线圈短路
重新绕制线圈
* a& S* t) ]8 Z4 f1 y- v电枢绕组断路
' Q# P0 U- h* u& s( J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
7 w# }) D/ L3 d( M' ~2 f电枢绕组短路或换向器断路
8 w$ C3 [' }! n) Q! f; P0 `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
电压过高
0 T: @( Z% w4 I, Q, O9 j调整外加电压到额定值
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
(3)电动机转速不正常
3 b+ W' T5 A) G5 O原 因
解 决 方 法
励磁绕组回路开路，励磁电压过低
2 s9 }7 H& b# `3 X. N$ F9 f. 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
电刷不在正常位置
按所刻记号调整刷杆座位置
' G/ S0 r7 |0 }2 G+ `# b! R电枢及磁场线圈短路
- C8 T9 a  G* |3 d: l6 I2 g. R1 }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
/ R) Q) Z' i9 F  {" [* Y外加电压过高或过低
用万用表测量，将电压调整到允许范围内
文章关键词： 轮胎、电机、故障