电动机保护控制器

电动机保护控制器（共10篇）

电动机保护控制器 篇1

摘要：利用单片机系统来实现电动机的过载、短路、断相等常见故障的综合保护。保护范围比较宽, 可对大小不同的电机进行保护, 被保护的电机额定电流可自行设计, 并可实时显示工作电流和各种故障状态。

关键词：单片机,保护,过载,断相

0概述

在电气时代的今天, 电动机一直在现代化生产和生活起着十分重要的作用。由于生产自动化及各种自动控制、顺序控制设备的出现, 要求电动机经常运行在频繁的起动、制动、正反转、间歇以及变负荷等多种方式。在不同运行状态下, 电动机的发热情况及其所受到的电动机和热力的冲击相差悬殊。而电动机的经济使用期限正与它所受到的起动次数和持续时间密切相关。因此, 除要求使用人员了解所有有关电动机的运行知识并合理使用外, 还应装设相应的保护装置, 以确保电动机正常运行。电动机的控制部分已由模拟控制逐渐让位于以单片机为主的微处理器控制。用单片机进行控制的电动机操作方便, 整定值精确 (可数字显示) , 保护效果好, 但价格较模拟控制的电动机价格高。

1 用可编程器件GAL进行保护

采用可编程器件GAL取代断相检测中的三个三极管串联。利用GAL内部编制一个三与门, 利用一个电压比较器比较过载电压。输出信号接到GAL中, 利用GAL内部的贴触发器, 在GAL内部编制一个十进制计数器。通过把交流电进行整形, 变成一个50Hz的方波。通过记录电网的频率, 来达到过载延时的目的。通过不同信号的输入, GAL器件可以相应地指示出电机的运行状态:过载、断相、正常运行, 但GAL的抗过电压能力差, 如果信号采样的输入过大, 将会烧掉GAL, 不能满足不同的电机的要求。

2 采用CPU为主器件进行保护

随着工业自动化的发展, 人们对电动机综合保护的要求也越来越严格, 以CPU为核心的智能化产品, 已经是取代模拟产品的必然趋势。现在生产电动机综合保护的厂家都在发展单片机为核心的智能化电动机综合保护。采用传统的电流互感器, 把电流互感器采样到的电流信号, 经过整流桥整定成直流信号。利用电容进行滤波, 通过负载电阻把电流信号转化成电压信号送给A/D转换器。在负载电阻的选择上, 由于负载电阻是固定的, 当输入电流增大很多时, A/D的输入将会溢出转换范围;输入电流太小, 会影响采样的精度, 经CPU内部各种运算之后, 会使数据失真。采用电位器调节负载电阻来解决上述问题。把电阻的额定电流整定到二个固定的电压, 因为三相采样可以判断出电机是否断相, 这样CPU就可以把额定电流固定到一个基准的数值, 然后通过计算电机的采样电流与额定电流之比, 可以确定出电机的运行状态, 即过载、断相、不平衡度、过流、欠电流等, 经过一段时间的综合, 来达到保护电机的目的。

2.1 硬件电路设计

硬件电路可分为电流采集、A/D转换、CPU、键盘、显示、掉电保护等6个部分。

(1) 电流采集。用电流互感器将电机三项定子电流转化为小电流, 再由整流桥把交流电流信号转换为直流电流信号, 经电阻产生直流电压信号, 送入A/D。为保护大小不同的电机, 在输入电阻的选取上, 采用一个带数字电位器的电阻网络, 数字电位器可自动减小电阻, 拓宽保护范围。

(2) A/D转换器。将四路模拟输入信号转换为数字信号传送给CPU。

(3) CPU。一般采用由片内存储器的AT89C_31, 免去了采用8031外扩程序存储器的麻烦。

(4) 键盘。键盘采用四个的编码键盘, 按键时, 键值为零。采用中断方式, 如果四个键中有任意键按下, 则产生键盘中断, CPU查询是哪一键按下, 并执行相应的程序。

(5) 显示。显示电路采用MX7219串行显示芯片。四位LED。可显示实时电流和各种故障状态及故障电流。

(6) 掉电方式。由于事系统可保护不同的电机, 在开机时, 经常需要设定新的参数, 这样在系统断电时, 这些存在片内RAM中的数据变会丢失。采用一片24C08芯片来完成掉电保护功能。当系统断电时CPU片内M朋中数据便会存到24C08中保存起来, 断电也不会丢失, 当再次开机时, CPU就会从24C08中取出这些数据, 从而完成掉电保护功能。

系统的硬件原理图如图1所示。

2.2 经济分析

目前市场上出售的电动机保护器大致可分为两种:一种是模拟电路的, 这种产品结构较为简单, 价格便宜, 但操作不直观, 整定值不精确, 保护效果不是很理想;另一种是智能型的, 也就是用单片机进行控制的, 这种产品操作方便, 整定值精确 (可数字显示) , 保护效果好, 但价格较前一种高。

3 结束语

用单片机控制电动机综合保护, 可对大小不同的电机进行保护, 被保护的电机额定电流可自行设定, 并可实时显示工作电流以及各种故障状态。保护效果好, 精度高, 成本低。

煤矿电动机断相保护与改进 篇2

【关键词】电动机；断相保护；改进

0.前言

煤矿井下使用的电动机，一般都有综合保护装置。电动机综合保护包括电动断相保护、过载保护（短路）及漏电保护。由于煤矿生产的特殊性，断相故障约占整个故障的80%，因此加强对三相电动机在生产过程中的断相保护尤为重要。

1.电动机综合保护原理

电动机综合保护是由传感器、检测电路（过载检测、断相检测、短路检测、漏电检测）、延时电路、执行电路四部分组成。

1.1传感器作用

是将通过电动机绕组的电流（过流）变化检测出来。转换成与其对应的变化电压（既I/U变换），并送给后面的电路。不同型号的综合保护，采用的传感器是不同的。

1.2检测电路作用

是对互感器输出的检测信号进行分析、比较，判断出故障类型（短路，过载，断相），送往后面电路。

（1）过载检测：不同的过载输出不同的控制电压，且输出电压与过载电流成正比。

（2）断相检测：取出断相检测信号，不同的综合保护，断相信号取出的形式不同。

（3）短路检测：检测出短路信号。短路是过载的极限形式，是对电动机（或电缆）破坏力最强的，应立即切断电源，所以该装置保护为一条专用通道，并将短路记忆下来，实现闭锁。要想再次开机，必须先断开电源开关，再合电源开关，才能解锁，否则电动机不能送电[4]。

（4）漏电检测： 对电动机绕组绝缘进行检测，即漏电检测合上电源开关，电动机不漏电检测起动时，对电动机进行漏电检测。如果漏电电阻小于规定值，漏电检测电路输出信号，执行电路动作，切断电动机的控制电源，电动机不能起动。绝缘良好时，电动机才能起动。电动机运转后，漏电检测电路失去作用。

1.3延时电路作用

是将检测信号电压延时一定的时间后送给下一级。

1.4执行电路作用

是用一受控的继电器来完成执行保护，它的一个常开触点与电动机控制线路串联，正常情况下，继电器动作闭合电动机的控制回路。进入保护状态時，继电器断电，切断电动机的控制回路，对电动机实施保护。

2.电动机断相保护电路的改进

煤矿在生产工作中，电动机的损坏大都是由于供电电源的断相而造成电动机烧毁。因此加强断路保护尤为重要。结合工作实际对原有传统的控制电路进行了改进，在控制回路上增加了中间继电器，使断路保护更加安全可靠[2]J。

2.1改进前电路工作原理

开关ZK闭合，当按下启动按钮QA后，交流接触器CJ的线圈闭合，接点CJ接通，电动机D开始工作。当按下停止按钮TA时，交流接触器CJ的线圈断电，接点CJ断开，电动机D停止工作。三项电动机D在正常工作过程中，若线路上任意一相断电，都将造成三相电动机在缺相的情况下继续运转，直至烧毁电动机为止。

2.2改进后电路工作原理

开关ZK闭合，当按下启动按钮QA后，中间继电器J的线圈闭合，接点Jl，J2接通，交流接触器的线圈闭合，CJ接通，三相电动机D开始工作。当按下停止按钮TA时，中间继电器J的线圈断电，接点儿Jl，J2断开，交流接触器CJ的线圈断电，接点CJ断开，三相电动机D停止工作。

三相电动机采用改进后的启动电路后，在正常工作中，电网上A相断电，交流接触器CJ的线圈断电，接点CJ断开，电动机D停止工作。若电网B相断电，交流接触器CJ的线圈也断电，接点CJ断开，电动机 D停止工作。若电网C相断电，中间继电器J的线圈断电，接点J2断开，交流接触器CJ的线圈断电，接点CJ断开，电动机D停止工作。所以无论哪相断电，三相电动机D都能立即停止运行。

3.结束语

在煤矿生产中，电动机的保护是涉及电气装置 和机械设备可靠、安全运转、确保煤矿安全生产的关键之一。因此加强对电动机的保护尤为重要，改进后的电路运行稳定，安全可靠，实现了电动机保护的真正目的。 [科]

【参考文献】

[1]范廷瓒.煤矿电工手册[M].北京：煤炭工业出版社，1981.

电动机保护控制器 篇3

一,原锅炉高压电动机控制和保护系统存在的问题

改造前,兖矿鲁南化肥厂8#、9#锅炉高压电动机控制和保护系统使用的是上世纪80年代生产电磁式继电器,元器件数量多,器件多为电子、电力分立元件,器件间的性能配合误差大,准确性差,保护拒动作、误动作时有发生,没有保护事件纪录,各种变量、参数无法实时显示,纪录功能不能直观地显示工作状态、保护数据;保护回路和控制回路接线复杂,引线较多,所需的校验仪器种类多,造成维修、校验工作量大。在历年大修时需加班加点地进行校验,即费时又费力。加上多年的运行使保护装置元件性能变差,在一定程度上已不能保证锅炉的安全稳定运行。

二,采用RCS—9000系列B型电动机保护测控装置的改造

鉴于8#、9#锅炉高压电动机(引风机,鼓风机,二次风机)控制和保护系统的现状及存在问题,结合我厂实际生产装置和现场高压电动机和变配电所电气设备所使用的南京南瑞继保电气有限公司生产的RCS—9000系列B型电动机保护测控装置的运行效果和保护校验情况,经过多方分析讨论决定对8#、9#锅炉高压电动机控制和保护系统实施改造,改造中完全采用已经取得良好效果的RCS—9000系列B型电动机保护测控装置。RCS—9000系列B型电动机保护测控装置采用先进的技术,精心的设计,使变电站保护和测控既相对独立又相互融合,保护装置工作不受测控和外部通信的影响,确保保护的安全性和可靠性。该系列保护测控装置不仅支持变电站所需的保护、监视、控制功能,还支持变电站自动化所需的各种高级应用功能,为变电站安全、稳定、经济运行提供了坚实基础。

1,装置特点

(1) RCS—9000系列B型电动机保护测控装置构成的综合自动化系统是一个分层分布式系统,各间隔功能独立,各装置之间仅通过网络联接,这样整个系统不仅灵活性强,而且其可靠性也得到了很大提高,任一装置故障仅影响一个局部元件。

(2)由于信息的传递由网络系统通过通讯网互联而实现,取消了常规的二次信号控制电缆,因而站内二次电缆大大简化,不仅节省了大量投资,而且减轻了CT、PT负荷,减少了施工难度及维护工作量,节省了大量的人力物力。

(3)保护测控装置中的保护功能独立,保护功能完全依赖通讯网,网络瘫痪与否不影响保护正常运行。

(4)装置采用全汉化大屏幕液晶显示,其树形菜单,跳闸报告,告警报告,摇信,遥测,定值整定等都在液晶上有明确的汉字标识,不需要对照任何技术资料,现场运行调试人员操作方便。

(5)将保护动作信号在当地间隔层就地转换为摇信信号上传,而不是由变电层转换,减少保护动作报告调度转发的时间,使其故障报告传输速度与变位摇信等同,且便于与调动系统接口,调度端不需另作事件解释程序,所作的工作量只相当于增加几个摇信量而已。是构成智能控制的理想元件。

2,工作原理

从电网一次设备CT及PT采样来的电压电流信号经精密电流电压变换器采样,经低通滤波后再经高精度运算放大放大、限幅保护,变换成一定幅度的交流电压信号,经高精度A/D转换产生的数字量通过CPU来运算、处理,CPU同时还接受经光电隔离的脉冲信号和遥控输入信号量以及通过键盘查询、整定定值等操作产生的输入信号量。所有这些经A/D转换的数字量以及外部输入的信号量经CPU综合运算、处理。当满足动作条件时便发出相应的跳、合闸信号和告警信号到驱动接口电路,接着驱动接口电路将这些信号送到出口继电器板,出口继电器板上的跳、合闸继电器触点接通断路器的跳、合闸回路,告警信号继电器接通告警回路。同时,CPU发出相应的位置、状态信号。所有信号测量、保护动作值、跳合闸变位纪录、整定过程、故障类型、故障波形、摇信量、电网频率、时间等均能在LCD上显示。

3,实现的功能

保护功能有:电流速断;反时限保护;过负荷;低电压保护;接地;过电压;零序电流;负序电流;电机堵转;PT断线报警;非电量保护;断路器控制回路断线监测;温度保护;装置故障报警。

主要测控功能:可实现本地或远控的断路器分、合闸功能,外部的合、分闸操作命令分别通过微机综合保护测控装置接口410端子和408端子输入到保护器内部进行处理,然后由接口406和405分别接通断路器的合、跳闸控制回路进行断路器的合、分闸动作。

综合保护测控装置及接线图如图1所示:由图1及工作原理可知:

使用有源开入量305、306、307分别对开关柜的试验位、工作位和断路器的运行状态进行显示,使用312工艺故障DCS连锁跳闸来满足工艺条件的需要。从PT电压互感器柜上引入U630、V630、W630、N630电压信号输入到In的101、102、103、104端子由装置进行母线电压监测,从TA1电流互感器上引入U411、W411电流信号去ln接口的107、111端子由装置进行电流信号测量,从TA2电流互感器上引入U421、V421、W421电流信号去ln接口的113、115、117端子由装置对高压电动机进行保护。而且内部有跳闸保护继电器TBJV闭锁装置,可以实现高压柜的防跳控制功能。

三,改造实施

在我厂大修期间,8#、9#锅炉高压电动机往往是停车最晚而又开车最早的设备,为了实现在有限的停车期间内尽快完成8#、9#锅炉高压电动机微机综合保护测控装置的改造,我们提前对需要改造的高压电动机开关柜控制和保护回路进行核对,确认到每一根线,根据原有图纸和RCS—9000系列B型电动机保护测控装置厂家所提供的技术资料,提前设计出改造原理图和接线图,并制定出改造方案,确保能够在大修期间顺利完成设备改造。2012年6月设备检修期间,我们利用锅炉停车机会,严格按事先制定的方案实施改造工作,拆除需改造的高压开关柜原配装的电压、电流、时间、中间、过流、接地、防跳继电器及接线,安装微机综合保护测控装置,校接二次线路,调整保护定值及保护方式,将高压开关柜置于试验位置,进行模拟保护及联动试验,在调整动作准确可靠后,开车正常,确保了8#、9#锅炉的一次开车成功。同时充分利用该装置的功能,从ln的308引接了工艺DCS中控联锁信号,满足工艺操作要求,便于分析跳车原因,尽快查找故障,并为排除故障提供了重要依据。

四,改造效果

本次改后开车顺利,微机综合保护测控装置接线简单,维护方便,实现了微机化、数字化,各种参数、保护状态调整方便、简明,体现了选则性、灵敏性、快速性、可靠性的要求,有效的排除了保护的拒动作和误动作,减少了不必要的停车。能实时显示真实、完整的各种事件纪录信息,很好的分析电动机跳车的原因,解决多年来事故情况原因分析不清的困惑。

汽车发动机的保护神 篇4

我们知道，脾脏是人体血液循环中重要的过滤器，其里面含有大量的淋巴细胞和巨嗜细胞，能清除血液中的异物、病菌以及衰老死亡的细胞，特别是红细胞和血小板。因此，心脏所需要清洁干净的血液去循环，靠的就是脾脏的过滤功能，而脾脏也成了人体细胞免疫和体液免疫的中心，对于延长人的寿命起到了重要的作用。

在爱车的身体里，担负着相同作用的就是机由滤清器。它将发动机工作过程中产生并混入机油的金属铁屑、燃烧不完全产生的炭粒，以及机油本身因为受热与空气氧化而产生的胶质等杂质过滤掉，使循环流动的机油在送到运动部件表面前得到净化处理，保证摩擦表面有良好的润滑，从而延长发动机的使用寿命。

如果人体的脾脏出现了问题，就会导致人体抵抗力降低，新陈代谢减弱，并从而导致许多问题的出现。同样的，如果爱车的机油滤清器不好，将这些含有杂质的机油直接送到运动部件表面，不仅加速零部件的磨损，还能造成油路的堵塞，严重的话还会造成发动机拉瓦、拉缸。

所以，选择一款好的机油滤清器产品，就能间接延长发动机的寿命。作为2010年度中国方程式大奖赛指定专用产品——DENSO机油滤清器就是这样的好产品。

介绍一下DENSO机油滤清器的性能及其卓越之处。

作为一家从60多年前就着手为汽车厂商提供原车配套机油滤清器的厂商，电装公司(DENSO)生产的机油滤清器目前在汽车厂主机配套市场占有最高市场份额，其制造的机油滤清器以高品质、离性能等特点享誉全球。

首先让我们再认识一下DENSO品牌机油滤清器的性能优势：

A.过滤(杂质过滤率)

相比其他品牌品具有优质的过滤性能。

防止发动机机油污染。

供给洁净的机油，保证发动机各部件

润滑的运转，减少发动机的损伤。

滤眼不易堵塞。几乎不会发生因

滤眼堵塞而产生的机油供给恶化现象。

充足供给机油，保证发动机各部件润滑的运转，

减少发动机的损伤。

B.供给机油(机由的流动)

保障发动机内机油良好的流动性。

保证向发动机内的机油供给。

保证发动机各部件的润滑运车专。(安全阀的性能)

合理适时地开闭安全阀。

确保机油的正常过滤作业。

防止机油滤清器破损。

C.油密

采用了耐高压、耐高温的密封圈。

适合发动机的使用条件，防止在使用寿命内发生机油泄漏。

D.机油的逆流

为防止发动机机油出现逆流现象，采用了逆止阀。

E.耐高压

保证耐高压性。

能够承受低温启动、滤眼堵塞时机滤内部产生的高压。

保证在严酷的使用条件下能够正常运转。

电动机保护控制器 篇5

关键词：高压电机的保护,控制原理,电气调试,方法

随着我国工业化进程的加快, 高压大功率的电气设备的数量日益增多, 其在我国工业发展的作用越来越重要。在使用过程中, 高压电动机的优点得到了承认, 逐步代替了低压电动机的地位。减少低压电动机在使用过程中带来的问题。高压电机设备应用, 能有效降低其启动电流和工作中的电流, 输电过程中降低其在启动时对电网形成的电力负荷。

1 高压电机的保护控制的种类和保护控制原理

高压电动机的保护控制分为几种:速断保护类型、过负荷断电保护类型、低电压保护、过电压保护、接地保护等。高压电机需保护的功能很多, 主要有主电路高压部分控制, 一般采用计算机综合保护控制器和交流真空断路器联合控制。控制手段一般是直接启动或高压变频器控制及高压软启动器控制。 (1) 直接启动式的控制保护理论和方法。综合保护控制器和真空接触器直接启动相连合, 由电TA与零序电TA采样电路, 利于高压电机工作产生的电流、漏电部分的电流导入综合保护控制器的电流信号输入口。待综合保护控制器监测分析电机运行状态。通过执行元件真空接触器动作, 在发生过流、漏电、短路时能及时的切断电机电源, 将事故数据传到控制中心。在没有排除电机故障前, 不能解开综合保护控制器程序的锁定, 一定要使真空接触器处于分离状态。 (2) 变频启动式控制保护的理论和方法。高压变频启动器比较先进。一般是由大功率IGBT绝缘栅双极性晶体管控制。经过大功率高电压等级IGBT绝缘栅双极性晶体管开关管的研发, 成功采用了新型结构的交直交形式。三相高压交流电经大电流高压整流二极管流成高压直流电, 供快速绝缘栅双极性高压开关管IGBT触发生成可变频的三相交流高压脉冲电源, 经电抗器滤波后, 变成可变频的三相正弦波交流电, 供高压交流电机工作。电压输出频率的可控范围为:0~400Hz。停车时, 通过计算机内部程序控制触发脉冲触发高压滤波电容放电控制的IGBT管, 使整流电容的残余存电通过放电电阻释放, 高压电源指示灯熄灭放电完毕, 避免检修高压电路发生电击事故。

2 高压电机电气调试方法

首先, 高压电机电气调试范围。在使用之前必须对高压电机性能进行调试, 电气调试是保证高压电机正常工作的主要环节。高压电机电气调试的范围主要有高压电缆的性能、电机高压真空接触器的灵敏性、电机综合保护器的灵敏性、高压电机的运转情况、高压避雷器的性能、TA.TV, 高压变频器的运转状态。确定高压电机的调试范围, 最大限度的提高高压电机系统在工作运行中的效率, 实现高压电机自动化控制的优越性。其次, 高压电机调试的实验数据监控。严格按照高压电机出厂说明书中的技术参数和电机设备运转的的实际情况来设定电气综合保护器的各种技术参数。必须进行一次高压不送电实验, 二次线路模拟动作试验。试验的步骤和数据应该参照《高压电气设备交接试验标准》和《建筑电气安装工程施工与验收规范》来进行。在高压耐压前、后的绝缘电阻测试中要均匀的摇表转速, 转速在120r/min左右为宜, 对绝缘电阻的选择选用AC2500V, 0~2500MΩ兆欧表测量, 一般在15s和60s记录读数。根据测量的数据计算阻值吸收比。读数完毕后, 第一步是撤离试验表笔, 再停止摇表, 转速逐渐下降, 以防试验高压反冲损坏绝缘电阻摇表。高压真空接触器应测量合闸线圈、分闸线圈的动作电压 (吸合电压、释放电压) , 并计算其返回系数值、主触点直流电阻、主触点断口耐压等。其三, 高压电机的调校的方法和过程。经过三相直流电阻、绕组极性、绝缘电阻、高压耐压等试验是高压电机投入使用前的工作。对三相直流电阻的测量一般使用精密直流电桥测量。高压电机的电压在400k W以下的耐压试验电路, 由试验操作台经过变压器调压后, 输入高压变压器升压, 接入放电保护球隙器高压侧, 另一侧应接地。放电保护球隙器应调整好球放电间隙。注意放电动作保护, 为了安全起见电压值应稍大于试验电压值, 调整好放电动作保护电压值的放电保护球隙后, 切断调试电源, 操作台调压器返回至零位, 连接高压电流表、水电阻、高压电机绕组等试验连接线。一定要检查接地连接线, 一定要确认可靠接地, 确定无误后, 才能进行下一步试验。试验时电压应缓慢上升, 在试验时间内, 高压电流表的指针应无闪动现象, 时间到应缓慢下降后切除电源。高压电机400k W以上的耐压试验应进行直流高压泄漏试验, 泄漏电流值应符合规范要求。综合电机保护器、高压变频器等电子器件设备不宜进行高压耐压试验, 但需进行各种技术参数设定, 并进行模拟动作试验, 动作、指示应正常灵活、可靠。

3 高压电机调试过程需注意事项

(1) 高压耐压直流泄漏电流试验素养注意的事项有:接地线一定要接牢固, 实验过程要派专人在试验电缆的两端守护, 确保实验安全。最好用安全隔离带拉线划分隔离区域, 试验期间严禁任何人进入试验隔离区。试验成功后, 由于高压电缆测量的两极还带有电, 把两侧接入地面, 进行放电处理, 防止剩余高压存电导致其它不安全因素发生。 (2) 高压电机的直流电阻测量, 接牢固测量极和电机电极, 保持数据的稳定性, 减少实验测量误差。 (3) 不能擅自提高高压避雷器的泄漏试验电压。实验用的电压数据要按照产品说明书的要求施行。

总之, 随高新技术的进步和发展, 电气设备越来越发达, 为高压电机设备自动化技术的发展提供广阔的空间。加强对高压电机的保护和控制, 为保障电机的运行效率有很大的意义。通过对高压电机的自动化控制技术和电气调试进行分析, 掌握高压电机自动化控制技术, 注意调控和实验的各项安全工作, 有效提升高压电机设备的实践作用, 并实现高压电机自动化控制技术安全使用进一步推广。

参考文献

[1]王雪忠.高压电器设备的自动化控制及电气调试技术[J].电工技术, 2006, (11) .[1]王雪忠.高压电器设备的自动化控制及电气调试技术[J].电工技术, 2006, (11) .

[2]金庆华, 顾强.变电站电气调试系统的质量控制[J].云南电业, 2008, 28 (8) .[2]金庆华, 顾强.变电站电气调试系统的质量控制[J].云南电业, 2008, 28 (8) .

[3]郜建钢.高压电机水电阻软启动装置在我厂的应用[J].同煤科技, 2007, (3) .[3]郜建钢.高压电机水电阻软启动装置在我厂的应用[J].同煤科技, 2007, (3) .

电动机保护控制器 篇6

1 主电路

电动机保护控制器主电路采用了五路反并联晶闸管, 控制导通电动正、反转。电流传感器采集主回路工作电流, 根据预先设置的电机功率选择不同变比的互感器。可控硅两端引出接线端子检测可控硅两端电压。

2 可控硅硅击穿和硅开路

将可控硅硅故障分成两种分别是硅开路和硅击穿, 电机在不启动的情况下检测硅击穿, 电机在开启时以及旋转状态下检测硅开路。如果发现故障出现, 对于故障状态分别设置对应的标记, 并及时关断可控硅、接通故障输出继电器电源。对外输出故障信号。可控硅硅击穿检测是在电机正转或反转启动信号发出后延时100m (s在此期间等待继电器、按键等器件完成机械动作) , 然后进行硅状态检测。应用下图1采集可控硅两端的电压, 检测可控硅的导通状态, 根据五路反并联可控硅导通状态和实际状态的异同, 判断是硅击穿还是硅开路。

3 断相和三项不平衡保护

进行三相不平衡和断相故障检测, 在程序中断相检测以低于额定电流的1/8为电流断相依据, 因此要确定电动机的设定功率, 才可以确定额定电流的1/8。在这里这设置了0-8共九个额定功率的电机供选择。断相检测在有效启动信号发出100ms, 才开始检测, 目的是跳过继电器的动作延时。但是在启动电流很大的时间内还是要进行断相检测, 在出现具有断相故障标志信号开始后2s中内检测到的有效断相故障信号的的次数大于了总的检测次数的75%, 那么认为断相。发出断相故障信号。三相不平衡检测过程中, 找到主回路三相电流的最大值和最小值, 如果最大值大于了最小值的两倍那么就有三相不平衡发生。在发现具有三项不平衡信号开始后5s时间范围内检测到有效三相不平衡的故障信号次数大于了总的检测次数的75%, 就认为是三相不平衡发生。下面的电路图2采集主电路中电流互感器输出的电流经电阻转换成的正弦电压信号进行处理, 经CPU进行AD采样后获取主电路电流大小。

4 反时限过电流保护

反时限保护特性更接近合电机出现故障时的特性, 用反时限进行过电流保护更有优势。国外广泛使用反时限进行过电流保护, 并较早建立了数学模型。

I是过电流倍数, 以额定电流为基准;r是常数, 取值在范围有三种[3], 针对电机保护, 采用r=2;Q是常数, 量纲为时间;T为出现过电流保护时间。

使用该模型可以有效进行反时限过电流保护, 但是由于电机运行中的电流不断变化, 不是严格的反时限关系, 直接使用该模型, 计算结构不够准确, 将该模型演变为积分方式更适合实际情况, 演变后公式为:

Ik:是第K次采样时的过电流倍数;ΔT:是采样周期;N是累计次数;用户确定Q值

计算程序计算结果超过临界值保护动作。

5 系统软件设计

系统软件采用多任务设计方法, 任务分为:系统时钟设置、外设参数采集、电流采集、电压采集、电机正反转输入检测、故障类型判断、状态指示。 (1) 外设参数采集包括:电动机功率设置、启动时间设置、零位检测; (2) 系统时钟设置:在定时器中设置为1ms中断作为软件运行的时钟节拍; (3) 电流采集:通过AVR微处理器内部自带AD转换器采集由电流互感器输出的主电路电流信号, 每路电流信号采集10次, 采用中值滤波, 滤波效果良好; (4) 电压采集:采集可控硅两端的电压, 采用统计4N35B光耦输出的高电平时间确定电压是否存在; (5) 电机正反转输入检测:使用软件滤波采集转反转控制信号, 进行按键的互锁处理, 只有在一个按键在松开状态, 另一个按键的输入采有效。按键释放60m后才开始检测下一次按键信号; (6) 故障类型判断:故障类型包括三相不平衡、硅击穿、硅开路、反时限过载、断相。通过输入信号按照故障判别原理进行多种故障分析; (7) 状态指示:通过指示灯显示设备运行状态, 如果出现故障, 输出故障类型。

6 总结

保护控制器具有结构紧凑, 保护功能完善, 设计上使用反并联可控硅进行电机正反转控制, AVR微处理器采集电压电流信号实现电机的保护, 经过近一年的工厂实际运行, 保护控制器运行稳定可靠, 各项指标符合设计规定, 可以进一步推广。

参考文献

[1]崔陆军, 陈幼平.基于ATmegal16L单片机的智能型电机保护器的设计[J].仪表技术与传感器, 2009 (12) .

[2]黄猛.可控硅交流接触器柜在三辊热轧机上的应用[J].特钢技术, 2010 (04) .

电动机保护控制器 篇7

在电气控制系统中, 为了保护电动机正常运行, 就必须要有相应的电动机保护, 所谓的电动机保护就是要在电动机出现过载、短路、漏电、运行不平稳等各种不正常的运行情况下, 能够做出相应预警提示, 提醒工作人员, 以保证电动机能够安全正常地运行。据官方数据统计, 现今超过八成的电动机损坏都是由于电机过热造成的, 如出现短路、过载、漏电、堵转等情况, 就极易造成电动机发热, 乃至烧毁, 这样不仅仅损坏了电动机, 有时甚至还会给企业带来更为严重的后果, 如引起火灾。因此深入地探讨电气控制系统中的电动机保护对于现实社会具有重要的意义。

2 电气控制系统

电气控制系统的控制电路在不同的电器上是不同的, 例如高压电气设备与低压电气设备它们采用的控制电路就是不同的。电气控制系统的控制电路称为电气设备二次控制回路, 主要由电源供电回路、保护回路、信号回路、自动与手动回路、制动停车回路与自锁及闭锁回路部分组成。电气设备的正常运行, 各个控制回路的协调工作是必不可少的, 另外还需要很多的辅助电气设备, 及保证电气设备顺利完成特定控制功能的各式电器组件组合, 以上这些合在一起统称电气设备二次控制回路。下面从四个方面来介绍电气控制系统的功能:

(1) 自动控制功能:电器设备都是通过电源来提供能源的, 这通常都要涉及到高电压或者大电流等高危情况, 因此在实际的设备操作时, 是不能由人在进行操作, 需要有一套自动控制系统来操作高电压大电流的分、合闸, 尤其是当设备出现故障的情况下, 要进行维修之前, 要确保电路切断, 这就要求电气控制系统中有套完整的供电控制系统;

(2) 保护功能:电气设备的控制系统为了能达到自动控制和调节的作用, 就必须要有一套监测和反馈系统, 时刻对电气设备在运行过程中的各种参数进行监控, 如发现超过允许范围或者出现故障, 就要及时做出相应的措施来保护电气设备不被破坏。

(3) 监视功能:工作人员在对电气设备进行操作时, 很难判断设备是否已经处于断电状态, 因此为了保证工作人员的人身安全, 就需要一套监视系统, 能将人眼难易辨别的电信号转换成易于接收的视听信号等, 来协调帮助工作人员对电气设备进行监测。

(4) 测量功能:为了便于工作人员也能时刻监测设备的工作状态, 就需要将设备工作时的各种状态参数进行量化显示, 如电压、电流、功率及频率等, 都用各种仪表设备进行显示, 以方便工作人员定量地监测电气设备的工作情况。

在现代的电器设备控制系统中, 一些传统的电器控制系统组件, 如操作组件、仪器仪表及控制电器等, 都已经被电子计算机及相应的电子组件所代替, 这是一种趋势, 应用了新的组件, 无论是在安全可靠性上, 还是在控制的灵活性上, 都有了很大的进步, 不仅在控制电气设备的正常启动、运行、停机及供电控制等方面更出色了, 还能有效地对电气设备的状态进行监测和保护。

3 电气控制系统中电动机的基本保护

电气设备的最主要构件就是电动机, 电动机的正常运行与否将直接关系到整个电气设备的工作状态和运行情况, 因此电气控制系统最主要的职责就是要对电动机进行全面控制和运行保护, 这样能保证整个电气设备系统稳定运行, 也能保障电气工作人员的人身安全。电气控制系统中的电动机保护环节主要由以下几个方面:

(1) 短路保护环节。

本文引言中介绍了八成以上的电动机事故都是由于电动机发热引起的, 而在这些之中, 电动机的线路绝缘皮破坏, 形成短路是造成这种事故的常见原因, 在电动机的工作回路中, 若有短路现象发生, 那样就会产生一个瞬间大电流, 而这个大电流足以将电动机等电气设备全部烧毁, 因此在电气设备的控制系统中, 对于短路情况的保护是非常重要的。现在常用的短路保护措施就是在电路中加入熔断器、过流继电器和自动开关等, 这些短路保护环节的工作原理都是在出现短路, 产生瞬间大电流的时候, 让工作回路断路, 保护回路中的各电器设备不被烧坏。上面介绍的三种短路保护环节, 只有过流继电器和自动开关得到了广泛应用, 而熔断器由于可靠性不高, 熔丝不易熔断, 未得到广泛应用。

(2) 过电流保护环节。

电气设备在刚开始启动的时候, 由于需要带动的外载过大, 因此就容易产生一个瞬时的电流, 这个瞬时电流不是很大, 不过极易在电气控制回路中造成短路, 这就会给电气设备带来很大的威胁, 因此对于这种情况要引起足够的重视。对于这种情况, 现阶段的主要预防和保护措施也是通过加装过流继电器和自动开关, 过流继电器是串联在电气控制回路中, 当瞬时电流造成回路短路时, 便提供相应的保护。不过有一种情况是不需要进行过流保护的, 那就是三相鼠笼式异步电动机, 此类电动机对于瞬时过电流有自我保护, 因此在三相鼠笼式异步电动机的电器控制回路中不需要安装过电流保护环节。

(3) 过载保护环节。

造成电动机发热的情况除了短路情况会造成比较严重的后果外, 还有一种情况就是过载的情况下, 也是很容易造

成比较严重的后果。当电动机在负载比较大的状态下进行运行, 此时的运行状态是一种超载状态, 电动机的绕组线圈会产生很多多余的热量而无法散去, 这样余热就会使绝缘材料等慢慢地被损坏, 降低寿命。此种情况积累到一定程度的时候就会导致电动机烧毁, 损坏整个电气设备, 因此对于过载情况的保护也是非常必要的, 现在常用的过载保护主要使用的是热继电器, 时刻监测电动机的热量情况, 超过范围就断路来保护控制回路。包括过载保护在内, 上面介绍的三种电动机保护环节都属于电流保护, 但是对于不同的环节, 各种保护设备是不用相互替代使用的。

(4) 欠电压保护环节。

根据物理知识可知, 在外载不被的情况下, 即输出功率不变的情况下, 当电压降低, 那相应的电流就要增大, 这样才能保证输出功率不变, 因此这种情况下, 很容易造成电动机在电流值过大的情况下运行, 产生大量的热量而无法排出, 最终造成电气设备被烧毁。因此在输电网的电压降低超过允许的范围值的情况下, 就必须要采取欠电压保护措施, 主要包括欠电压继电器和自动开关两种方式来进行欠电压保护。

(5) 零电压保护环节。

当电气设备的运行电网突然断电的情况下, 为了保护设备不在电源突然恢复的时候自动启动, 造成过大的瞬时电流对本身造成损坏, 以及对当时的检修人员造成人身事故;另外在一个电气系统中, 包括多个电动机的情况, 当这些电动机同时启动的时候, 会导致整个电网的电压大幅降低, 这样就会引起电流过大。因此综合上面的两种情况, 在电网断电再恢复供电的时候采取相应的零电压保护是非常必要的。

(6) 零励磁保护环节。

直流并励电动机在负载运行时, 若励磁电流减小很多或消失, 则电枢电流将迅速增加, 使电枢绕组的绝缘因过热而损坏;而在轻载运行时, 若励磁电流减弱很多或消失, 电动机将超速运行甚至“飞车”, 将严重损坏设备。针对上面所说情况就必须要采用零励磁保护, 所谓零励磁保护就是通过在电动机励磁回路串入欠电流继电器来实现的。如果励磁电流降低太多或消失, 欠电流继电器就会释放, 其常开触点断开接触器KM线圈使电动机断电停车。

4 总结

保证电动机的稳定运行对于整个电气设备来说是至关重要的, 因此电气控制系统对于容易造成电动机损坏的各个情况都做了针对性的保护措施, 以确保电动机在各种情况下都能安全可靠的运行。本文分析了电气控制系统对于电气设备的重要性, 分析了电气控制系统的功能, 对电气控制系统中的电动机保护分六种情况进行了深入研究。

参考文献

[1]付家才.电气控制工程实践技术[M].北京:化学工业出版社, 2004, (1) :87-96.

[2]中华人民共和国机械工业部.通用用电设备配电设计规范[M].北京:中国计划出版社, 1994.

[3]高纲.电气控制系统中低压电动机的常用保护环节探析[J].机电信息, 2011, 315 (33) :63-64.

电动机保护控制器 篇8

关键词：电气控制,低压电动机,保护

1 低压电动机的保护控制器运行原理

低压电动机是应新技术的发展而产生的, 它在提高运行效率、增加安全性方面与传统的电动机相比更具优势。电气控制系统中的低压电动机所使用的控制保护器采用网络通信技术, 结合软启动器、接触器等配套装置, 形成了一整套的拥有测量、控制、通信及保护功能的专业化解决方案。新型的低压电动机没有热继电器、热保护器、剩余电流动作保护等独立的保护器, 同时取消了中间继电器、测量仪表、可编控制器等设备, 这些优势条件使得其成为智能型电动机的首要搭配选项。在优良的技术性能支持下, 低压电动机保护器在市场中迅速占据了很大的比例与份额, 国际知名品牌, 如SIEMENS、ABB、Schneider等, 都是专业生产低压电动机的制造商;国内近几年也致力于低压电机的生产与制造, 并通过不断的技术革新, 极大降低了生产成本, 因而低压电动机保护控制器会逐渐取代传统的电动机保护装置。

2 加强电气控制系统中低压电动机的保护措施

2.1 短路保护

短路保护是应对电器或线路绝缘损坏、负载短路、接线错误而应用的一种保护措施。短路发生的过程中会产生出高于额定电流数倍的瞬时故障电流, 从而导致输电线路或电器设备在电流过大的情况下发生受损, 甚至引发火灾。短路保护要求具备瞬动特性, 能够在很短的时间内完成电源的切断。常用的短路保护方式主要有低压断路器保护和熔断器保护两种。对于不同的电动机短路原因要做具体分析, 并采用不同的保护方式。电动机如果出现绕组过热现象就会严重损毁机器, 这种现象在南水北调节制闸作业时尤其明显, 由于节制闸室内环境潮湿, 定子绕组间的绝热保护层不是十分牢固, 因而很容易发生电击穿现象;电动机为双层绕组的, 槽中分为上、下两相绕组, 层间的薄弱绕组更加容易引起电击穿现象的发生。相间短路故障主要是由于电流中正负序电流发生异常, 异步电动机相间发生短路故障之后, 电动机就会出现电流不平衡、声音不正常、熔断器烧毁或者是保护器烧毁的现象, 因而要及时加强电动机的保护。

2.2 过电流保护

过电流保护是指在电流超过电动机额定电流之后所采取的一种保护措施。发生过电流之后, 要在电气元件损坏、允许最大升温之前采取措施将电流恢复到正常值。采用过电流继电器对于电动机实施过电流保护, 将电流继电器线圈按接在被保护电路中, 电流达到电动机所规定的额定值之后, 过电流继电器主触头断开, 发挥切断电动机电源的作用。

2.3 弱磁保护

将电流继电器线圈接入电动机励磁线圈回路中, 当励磁电流过小, 没有达到额定电流时, 将常开触头接在电动机电枢回路中的接触器上, 欠电流继电器释放;将接触线圈电路切开, 接触器线圈的电流释放;主触头直流电动机回路断开后电动机电源自行断开, 以此达到电动机器保护的目的。直流电动机超负荷运载时, 会出现磁场消失或弱化的现象, 电枢电流运行速度过快能够促使其绕组的绝缘保护装置薄弱而出现损耗;直流电动机在轻符合运载的情况下发生磁场消失现象就会导致电动机超速或飞车, 这两种情况下都会对电动机产生损害, 因而针对其所具有的磁场特性可以采取弱磁保护措施, 达到电气控制系统中低压电动机保护的目的。

2.4 电压保护

(1) 失电压保护。电动机正常运行过程中由于电压不稳定而导致电压的突然消失进而引起机器设备的停运, 在电压未恢复过程中, 没有对正在运行的机器作断电处理, 在电压恢复正常、电动机重新运行时, 机器会发生故障损害或是出现人身安全事故, 因而必须采用必要措施减少此类损害的发生。失电压保护是在电压恢复过程中电动机自行运作而采取的保护措施。失电压保护措施可以采取按钮控制、接触器等机器设备实现对电动机的重新启动或停转。接触器能够在电压消失的情况下自动释放进而做到切断电动机电源;在电压重新恢复之后由于接触器锁头已自行断开, 电动机并不会自行运作。采用不能自动复位的控制接触器, 如手动开关、控制开关等, 要使用专业化的零电压继电器使用装置进行安装;如果电动机在运行过程中存在失电现象, 零电压继电器释放, 则电源电压自动恢复后由于自锁电路断开, 电动机不会自动运行。

(2) 欠电压保护。电动机运行所需要的电压是一定的, 在电源电压过低的情况下, 会导致电磁转矩速率下降, 而电动机所负载的转矩并没有发生变化, 这时就会发生电动机的电流量增大、转速下降的现象。当电源电压降低到电动机所需额定电压的70%时, 必须停止电动机的运转, 否则引起电动机故障。欠电压保护可以使用接触器控制器、按钮控制器等设备;电路中的释放电压值为常用的额定电压值的0.5倍, 在电源中接入欠电压继电器线圈, 在接触器线圈电路中接入常开触头, 能够实现电源电压值低于释放值, 接触器主触头会自动断开电动机电源, 进而实现欠电压保护。

3 结语

对于电气控制系统采取安全保护措施十分必要, 只有在电动机安全运作的前提下, 才能够顺利完成生产任务。在进行电气控制系统的安全设计过程中要综合考虑各种因素, 以及时避免各种不必要的安全事故的发生。可以增加电路控制系统中的各种安全保护装置, 使用过电压保护、欠电压保护、弱磁保护、短路保护等多种保护手段, 以实现对电气控制系统中的低压电动机保护。

参考文献

[1]高纲.电气控制系统中低压电动机的常用保护环节探析[J].《机电信息》2011 (33)

[2]何德佑.浅谈低压电动机常用的保护环节[J].《职业技术》2010 (7)

电动机保护控制器 篇9

变频器具有极佳的控制特征及节能效果，因此倍受社会各界的关注。当前，高压变频器已被广泛应用于电厂与工矿企业中，亦或说多数企业开始就高压电动机进行变频调速改造。那么，如何同时实现高压电动机的节能效率及运行的安全可靠性便变得尤为重要。依此研究背景，本文就变频器电动机组保护装置及其应用进行研究。

一、高压变频器电动机组及其对保护的影响

据研究结果表明，≥2MW的电动机均应设差动保护;电流速断灵敏度低且<2MW的电动机也应设差动保护。多数电厂均选用变频器电动机组配置的变频电机，详见图1-1。

如图1-1所示，变频器电动机组的进线侧、机端及中性点分别安装一组CT。考虑到在频率与相位上的变频器输入、输入电流之间没有任何必然的联系，因此切忌将变频器列为差动保护。CT2、CT3共同形成差动保护，因此在变频器退出或分支线路接入时，差动保护范围均可明显扩大。图1-2为变频器电动机组磁平衡差动

如图1-2所示，变频器电动机组的进线侧、机端分别安装一组CT，同时机端电缆及中性点引出电缆采用一进一出的方式从磁平衡式CT中穿过。磁平衡式CT是对差流的直接性反应，且磁平衡式CT的过流保护能实现对变频器进行差动保护。由于交流采集模块与算法的限制，当前的变频电动机保护装置仅能接入频率相同的交流量，如此要求传统微机型保护至少装设两台装置，方才能完成对变频器电动机组的有效保护。为此，本文提出一种基于变数据窗算法的保护装置，以弥补传统保护方式的缺陷。

二、变频器电动机组保护装置的应用研究

本案所选保护装置为PCS-9627D电动机保护装置，以适应电压等级为3～10kV的中高压大型电动机，同时选用32位的DSP+ARM双核處理器，以便在所有采样间隔中采用复杂的算法来对采样与保护展开实时计算。此外，此保护装置也是基于双重化采样与互校技术的装置，以提高保护采样与保护行为的可靠性。本章节侧重对变频器电动机组保护装置的应用进行研究。

PCS-9627D电动机保护装置提供的保护功能有：非电量保护、低电压保护、过电压保护、零序过电压/过电流保护、过热保护、过负荷保护、接地保护、三段定时限负序过流保护、五段定时限过流保护、不平衡保护、短路保护、启动耗时超限与堵转保护、电流纵差保护及磁平衡差动保护，因此电动机保护装置保护功能的完善对适应电动机与变频器的保护需求具有重要作用。就传统的保护装置来讲，变频器上、下端电流分别为工频50Hz及低频运行，因此需装设≥2台保护装置，以实现各种工况下变频电动机的保护，同时也表现出安装接线复杂、调试维护不便的缺点。为此，本文选用PCS-9627D装置。此种基于变数据窗算法的保护装置是按变频器上端的电压频率来实现频率跟踪，同时在约1200Hz处微调电压频率，此时变频器上端CT1在工频工况工作，而变频器下端的CT2/CT3则按变数据窗算法展开计算。研究表明，4组三相CT、1组三相电压、1路零序电流均可同时接入PCS-9627D电动机保护装置中，且以3组三相CT来保护计算。由于频率测量的准确度会对变数据窗算法的计算精度造成直接性的影响，因此此保护装置会选择1组灵敏CT与CT2串联起来，以实现频率测量，如此即使在电动机机端电流相当小的情况下，亦能实现相当高的频率测量精度。如此一来，仅采用1台装置也能实现在各种工况下电动机与变频器的保护，从而使接线与调试维护难度大幅度降低。此外，在保护装置运行中，电动机实际运行频率用测量CT进行计算，然后再按实际运行频率对基波幅值计算公式的系数与边界处理值进行调整，并对电流谐波与基波幅值展开计算。

三、测试分析

为了验证在变频工况下PCS-9627D电动机保护装置的采样精度，现选用PW466型继电保护测试仪就变频器在各种频率工况下实际运行的谐波、基波的采样精度进行测试。当实际波形的频率，则每周波采样点数，此时无需进行边界处理，误差为0.2%;当，则每周波采样点数为 ，此时一个完整的周期在采样点54点到55点之间结束，误差为0.5%。各种频率下的变频工况电流采样精度测试结果见表3-1。

表3-1 采样测试数据统计表（局部）

如图3-1可知，采样误差均≤0.5%，因此适应微机型电动机保护装置对技术条件的要求。

为了验证在变频工况下PCS-9627D电动机保护装置的动作时间，现选用博电测试仪就变频工况下装置的动作时间进行测试，且差流幅值为差动速断定值的1.2倍，具体测试结果详见表3-2。

变数据窗算法要求电流幅值用一个周波的数据来计算，因此频率与数据窗的长度呈正相关。根据表3-2可知，若故障电流频率是20Hz，则数据窗长度是50ms，此时实测差动速断出口时间是70ms。可见，在变频器工作频率要求范围中，PCS-9627D电动机保护装置的应用可实现快速动作，以适应微机型电动机保护装置对技术条件的要求。

四、结语

电动机保护控制器 篇10

现二区域预精轧保护罩在使用中因两个极限位置不好控制, 造成现场的电动推杆使用中损坏快 (08年更换推杆100多台) , 同时在上升、下降过程中, 保护罩自重大, 倾翻力矩大, 易造成电动推杆缸筒连接处损坏, 连接件脱落, 进而导致保护罩不受控制掉落。

因此, 二区域预精轧保护罩系统进行改造主要涉及三个方面:一是利用液压系统代替电动推杆;二是对保护罩本体进行改造, 减轻它的重量, 提高结构件的强度;三是通过油缸行程控制, 来达到最终控制极限位置及设备安全联锁的目的。

通过改造可以降低设备备件的消耗, 提高设备在使用中的安全性, 以更符合安全技术规范。

2 总体方案的确定

一个正确的设计改造应该是技术上先进, 经济上合理, 操作和维修方便, 运用安全可靠等。预精轧机保护罩的液压系统改造首先要考虑人身安全。保护罩升起后, 必须确保保护罩在它的极限位置正确。因此, 经过多方面考虑, 决定选用带有液压锁的油缸, 型号HSGK01-100/55*800, 行程800mm, 使用行程795mm, 且油缸本身带有自锁阀。控制保护罩的系统属于间歇性工作, 当保护罩完全关闭后, 便可停止泵工作。只有在保护罩升降过程中以及保护罩升到最高位置极限时, 泵处于工作状态。所以, 控制保护罩的液压系统采用开式系统, 比较简单, 且安装方便。

控制保护罩升降的速度也很重要。不能太快, 否则不易控制保护罩, 存在着安全隐患, 要求控制速度在2~3m/s范围内。常用的调速回路有进口节流调速回路、出口节流调速回路、旁路节流调速回路。因旁路节流调速适用于载荷变化小、对运动平稳性要求不高的高速大功率场合, 所以保护罩对运动平稳性要求较高, 这里不考虑旁路节流调速回路。

进口节流调速回路中, 工作部件的运动速度随外载增减而忽慢忽快, 难以得到准确的速度。而出口节流调速回路多用在功率不大但载荷变化较大、运动平稳性要求较高的液压系统中。

3 确定最终的系统图

综上所述, 最终确定的系统原理图如图1所示。

保护罩升起回路:泵启动, 此时图中电磁换向阀左边带电, 油通过过滤器、电磁换向阀的左腔、液压锁、单向节流阀中单向阀进入油缸有杆腔, 推动活塞移动, 使活塞收缩, 保护罩升起。回油路:油从无杆腔经过节流阀、液压锁、换向阀右腔返回油箱。

保护罩降落回路:泵启动, 此时图中电磁换向阀右边带电, 油通过过滤器、电磁换向阀的右腔、液压锁、单向节流阀中单向阀进入油缸无杆腔, 推动活塞移动, 使活塞伸长, 保护罩降落。回油路:油从有杆腔经过节流阀、液压锁、换向阀左腔返回油箱。

4 油箱的计算和选择

4.1 油箱容量的确定

油箱的容积包括总容积V和有效容积V0。有效容积是指液压系统正常工作时油箱内储存的油液最大容积。查《液压气动技术手册》, 一般推荐油箱的有效容积。其中, 为液压系统各执行元件同时工作的液压泵的流量总和;等式右边的系数, 系统为低压或为行走机械时取小值;系统为高压或为固定设备时取大值, 现取系数为5。于是, V0=5×46.7=233.5L (其中, 46.7L/min为泵输出流量) 。

在油箱的有效容积V0确定后, 取油箱的总容积ν=1.25ν0。油箱的这一高度差是为了保证液压系统停止工作时, 系统的部分油液在自重作用下能返回油箱而不会溢出。所以, 有V=1.25×233.5=291.875L。

根据《液压传动系统及设计》P381取油箱公称容量为300L, 有效容积为250L。

4.2 液压系统的发热计算和冷却器的选择

4.2.1 液压系统的发热计算

(1) 系统的发热功率

液压泵的功率损失H1:H1=P (1-η) =15× (1-0.9) =1.5k W

其中, P为带动齿轮泵的电机驱动功率15k W, η为齿轮泵的总效率, 取90%。

(2) 阀的功率损失H2

其中, 以泵的全部流量流经溢流阀返回油箱时, 功率损失为最大。

H2=pq=0.4×106×46.7×10-3/60=0.31k W

其中, p为溢流阀的压力损失, 查手册《机械零件设计手册》, 得溢流阀的局部压力损失为0.4MPa;q为泵的输出流量为46.7L/min。

(3) 管路及其他功率损失

此项功率损失包括很多复杂因素, 由于其值较小且管路散热的关系, 计算时常予以忽略。

因此, 系统总的功率损失H=ΣHi=H1+H2=1.5+0.31=1.81k W。

4.2.2 验算温升

油箱的散热面积为As=2ac+2bc+ab=2.3m3。这里, a为油箱的长, 取值890mm;b为油箱的宽, 取值700mm;c为油箱的高, 取值530mm。

系统的热量全部由As散发时, 在平衡状态下油液达到的温度为:

式中:θR为环境温度, 取值20℃;Ks为散热系数, 有Ks=17.5×10-3k W/ (m2×℃) 。

根据现场工作条件及工作方式 (为间歇工作, 每天工作6~9次, 每次10~15min) , 不需装设冷却器。夏天要考虑液压站的散热通风, 以保持给油箱良好的通风换热空间。

另一方面, 生产任务紧时, 一天大部分时间用在生产上, 检修和换辊的时间较少。此时, 保护罩处于关闭状态。若此时泵停止工作, 整个系统便没有功率损失, 也不会产生热量。只有在保护罩的升降过程中泵站才工作, 且时间短。这时, 系统产生的热量通过油箱本身便能散热, 不影响系统性能。

5 液压系统管路压力损失的计算

由前面的原理图可知, 该系统较为简单、回路少, 且液压站离1、2线预精轧保护罩油缸的距离不远, 沿程压力损失小。液压油从泵站上的阀台出来后, 中间没有经过任何阀直接到达油缸附带的节流阀和液压锁, 流向油缸, 且中间弯头较少, 所以局部损失不大。上面所述选用的液压泵为齿轮泵, 额定压力20MPa, 系统压力为12MPa, 齿轮泵完全满足系统的压力和损失的压力。

仓促施工调试后尚存在一些问题, 如保护罩的倾斜角度、保护罩的上升下降速度、保护罩的控制操作习惯等。目前正在跟进改进, 满足现场要求, 以最终达到改造的效果。

初步计算, 预计改造完将节省备件及修复费用30万~40万, 极大提高设备的安全性。

参考文献

[1]张利平.液压传动系统及设计[M].北京:化学工业出版社, 2005.

[2]成大先.机械设计手册[M].4版.北京:化学工业出版, 2002.