电机短路故障PLC 自控系统防护设计

马忠波

（甘肃有色冶金职业技术学院，甘肃 金昌 737100）

电机属于工业生产过程中非常重要的机械设备，对工业生产的安全性、稳定性会产生直接影响，一旦出现电机的故障问题或是安全问题，将会导致工业生产的整体工作受到影响，甚至还会引发严重的经济损失。为预防电机短路故障的发生，应重点按照故障的特点与情况强化PLC 自控系统的防护设计，健全防护模式和机制，有效规避出现电机短路故障问题。

1 电机短路故障问题原因

电动机运行期间经常会出现故障问题，短路故障最为常见，对设备的性能、安全与稳定运行都会产生直接的影响。通常情况下出现电机短路故障问题的原因，就是在设备启动环节很短时间之内，电流快速性地提升，达到最高数值时就可能会比电机本身的额定电流高很多，容易引发短路故障。另外，也可能是在出现电压事故问题、雷击事故问题之后使得主绝缘结构击穿，在绝缘被损坏或是出现老化现象之后就会引发电机的短路故障。与此同时，电机设备运作期间受到温度因素的影响出现故障，尤其是在内部温度变化均匀之后，容易导致电机出现严重的绝缘问题，出现短路故障现象，很难进行预防与控制。

2 电机短路故障PLC自控系统防护问题

PLC 属于可编程控制器，工业生产过程中应用相关自控系统，能够推动电机设备的有效运行，起到一定的控制作用和监测作用，可以形成对电机的良好防护作用。但是，系统在运行的过程中，需要等待电流处于稳定状态值之后才能采样，很容易出现延时现象，不能准确了解短路故障问题发生原因，无法合理使用控制措施。尤其是在电机设备发生严重短路故障问题之后，自控系统无法实时性、动态性地监控分析，难以起到防护作用，引发严重后果，导致企业出现经济损失。而PLC 自控系统在电机短路故障防护工作中应用效果不足、应用水平低的原因，就是相关自控系统的性能较低，缺乏一定的可靠性与稳定性，不能有效更新、改进系统的运行，无法形成良好的故障防护作用，对故障问题的严格控制、有效规避造成不利的危害[1]。

3 电机短路故障的PLC自控系统防护设计措施

为预防和避免电机短路故障问题对工业生产造成不利的影响，笔者建议应合理设计PLC自控系统防护模式，不断增强系统的故障分析、故障研究效果，确保控制系统的防护水平。主要措施有以下几个方面。

3.1 明确应用的方法与原理

通常情况下，电机在长时间、高温状态下运行，绝缘部件会快速老化，出现变脆的现象，弹性不断降低，并且电机运作的过程中，在热膨胀影响之下很容易导致绝缘层出现断裂、剥离等现象，并且定子线圈电流、电枢反应横向漏磁作用之下，会形成径向点动力，导致线圈槽内部区域的直线上层、下层之间同向并且电流方向一致的情况下，作用力很高，会向着槽底的方向压入，如若槽体的内部区域存有缝隙，那么就会由于振动因素出现绝缘层脱落的问题，引发严重的短路故障，多数故障问题集中在槽口的端部区域，主要原因就是线圈伸出到槽口的直线位置区域，很容易受到周围线圈、相同层面异相线圈点动力的影响，出现切向交变弯曲力矩，在此过程中，电磁力数值的大小和电流平方之间呈现出正比的状态，因此在电机启动期间力矩会提升很多倍，箍匝线会出现松动现象，端部的绝缘层会由于线圈振动发生磨损的问题，在经历很多次启动之后会出现单相对地短路问题、相间短路问题。与此同时，也可能会有大面积短路的现象，原因就是局部有效电弧，导致绝缘层次发生碳化的问题，小电弧在电压峰值变化的情况下发生改变，电压数值超过0 的情况下，电弧也会熄灭，而电弧多次出现之后，会导致绝缘层完全性的碳化，其中铜导体也很容易熔化，短路电流迅速增高，出现多个位置短路故障问题，如果能够在发生问题的最初阶段及时发现、了解，就可以及时停机维修，预防引发经济损失或是其他事故问题。在此过程中，应重点设计PLC 自控系统防护模式，借助计数器设备利用短路电弧方面的电流脉冲触发，使得计数器设备能够准确执行脉冲数量的计数工作，在脉冲数据值达到设计数值的情况下，自动化地停机处理，预防出现电机短路问题或是其他的问题[2]。

3.1.1 合理选定元件参数值

设计PLC 自控系统电机短路故障防护模式的过程中，假设电机的电流是I，LH1 属于原本的电流互感器，变比是I/I1=K1，LH2 属于自制类型的电流互感器设备，I1/I2=K2，Z1 属于整流管，Z2 属于稳压管，需要保证R1 ≤（R2+R3），就应该将稳压管稳定电压取值设定成为UZ=4 V。在J 处于断开状态的情况下，利用以下公式进行计算：

公式中如果UB≥UZ，那么UC就与UB之间相等，就要设计可控硅导通的形式；如果UB＜UZ，那么UC就是0，就要设计可控硅关闭的形式。并且在明确K2 数值、R1 数值、R2 数值的情况下，I2 和R1 的数值不能过高，以免出现R1热度过高的现象，避免热量过大而烧毁。通常情况下，如果电机的额定电流在350 A左右，那么，就要将I2的数值取为40 mA，R1数值设定成为100 Ω，R2数据值设定成为1 kΩ，R3 数值设定成为2 kΩ。在电机设备正常运转的情况下，J处于断开的状态，启动的过程中J处于闭合的状态，并且R3的数据值、R4 的数据值直接影响着短路脉冲电流触发数据值，因此，应按照实际情况进行取值，增强PLC自控系统的防护水平、防护科学性，以免影响系统运行的稳定度。

3.1.2 运行阶段的参数取值

电机设备在实际运行方面电流一般处于非常稳定的状态，触发数值可以设定很小的标准，但是，可能会受到电网过电压等各类偶然因素的影响出现问题，因此应该将数值设定在I=1.5IN，其中的IN 代表的是额定电流，计数器的相关数值应该设定成K=5，保证可以预防出现系统误动的现象，同时还需将所选取的数据值利用公式进行计算分析和处置，保证所选的数值能够符合标准[3]。

3.1.3 启动环节数值的设定

电机设备的启动阶段内部参数会在时间推移的情况下发生变化，启动电流、电磁转矩和负载的重量存在直接联系，无法准确、合理地将各个时刻电流数据值计算出来，应通过示波器的定时读数措施，获得相应的电流、时间关系图。获得关系图之后应按照实际情况明确分析最初启动一秒钟的时间范围电流有着迅速地改变，之后平稳性降低，所以可以将启动最初一秒钟以后的电流副值当作是计数器设备的触发数据值，通常设定在2.9IN～3.4IN 之间，按照负载重量差异性合理性地设定。应用的过程中也应该注意，尽量利用实测的措施明确I触发数值，为保证在出现电弧的情况下可以可靠进行计数器设备的触发，减少系统的响应时间，应做好实测实验分析工作、模拟实验分析工作，将计数器的K数值设定在70左右，明确I触发数据值以后需按照公式内容计算R4 的数值，确保相应的PLC 自控系统的防护应用效果、应用水平[4]。

3.1.4 做好可靠性的实验评价

工作中应严格分析、验证研究系统的可靠性特点，利用废弃类型的电机设备执行匝间的相对地分析工作、相间短路试验分析工作，利用试验研究的形式、分析的措施等，明确电机设备的运行状态，无论匝间或者是相对地，都需要做好短路电流脉冲计数的相关工作，尤其是在启动状态方面，如果I=3IS，并且K=70，那么，系统方面的相对地短路电流脉冲就符合可靠性的标准，但是，匝间短路的电流脉冲不具备一定的可靠性，因此，在完成实验分析工作之后需结合电机短路的特点与状况，合理使用PLC自控系统，完善相应的防护模式和防护机制，促使各项工作良好实施[5]。

3.2 完善系统设计模式

电机短路故障的PLC 自控系统防护设计的工作中应完善其中的系统设计模式，健全输入采样的模块、程序执行的模块、输出刷新的模块，增强系统的应用水平，发挥系统在电机短路故障预防、控制、防护过程中的作用价值。1）在设计输入采样模块的过程中，应重点将控制电机的命令输入到采样模块中，利用PLC系统进行所采集信息的分析、解读、研究，之后将模块、影响区、装置等各类信息输出，合理进行命令传送的情况下，利用电机继电器设备合理接收其中的信号内容，精确、准确地输入电机运行状态数值、开关量模块数值，利用先进的自控系统反馈电机的运作状况数值，反复、循环地处理，便于有关工作部门利用PLC自控系统的防护模式掌握电机的运作状况，实时、动态地监控处理，及时了解电机短路的故障问题和安全隐患，保证防护设计的科学化程度。2）设计电机短路故障原因分析的模块，科学化、动态地分析故障发生原因，预防出现延时问题，合理监控电机设备启动过程中的电流状态，如若有电流过高的现象，就应自动停机，避免出现严重的短路后果，使得系统可以安全、稳定地运作[6]。

3.3 合理设计防护模式

系统实际运行期间应重点进行短路电弧电流脉冲数量的统计分析，借助计数器完成工作，通过稳压管稳定电压数据值的分析和研究，合理设计整流管部件、电流互感器部件、稳压器部件等，合理分析电机的运作原理，充分研究和考虑各个元件的参数情况，获取到短路脉冲电流的触发数值，增强系统在预防电机短路故障方面的防护效果，准确分析研究电机设备的运行参数、启动参数，掌握设备启动过程中的电流变化状态，明确分析电流数值、转差率数值、电磁转矩数值、负载数值等，全面掌握启动环节电流变化状态的情况下，测定各个时间段的电流变化情况，通过实际检测方式、模拟检测的方式处理，保证数据信息的精确度。为保证PLC 自控系统运行过程中精确地进行电机设备短路脉冲计数处理，增强匝间短路方面的电流脉冲计数效果和准确度，应完善系统的运行模式、运作机制，提出相应的短路故障防护要求、防护标准，凸显故障问题的防护作用和价值，有效杜绝隐患问题，降低电机短路故障现象的发生率，增强相关的故障分析与预防工作效果[7]。

3.4 合理设计程序

电机短路故障的PLC 自控系统防护设计的过程中，应保证各个程序的完善性，科学设计程序的情况下增强相应故障防护的有效性，避免产生严重的经济损失。

3.4.1 合理设计主程序

主程序设计过程中应明确要求从输入单元检测输入量，准确进行KM闭合状态的判断。如若已经处于闭合的状态，就证明电机设备开始运作，此情况下不能按下启动按钮；如果没有处于闭合状态，就证明电机设备已经停机，可以进行启动操作。在此之后系统还需明确是否已经按下启动按钮，如果已经按下就要继续之后的程序，如果没有按下就要重新检测分析。在已经按下启动按钮之后，需要针对电机设备的启停情况合理检测分析，如果电机设备正常启动，就可以判断成为成功使用；如果没有正常启动，就需要进入到保护的界面，全面扫描是否存在短路故障问题、安全隐患问题，通过科学化的检测方式、合理性的故障处理方式增强电机设备的运作效果，使其能够安全、稳定地运行，保证系统的良好应用。在主程序设计的过程中，应完善其中的短路故障检测分析功能，保证三相电流的有效检测，一旦发现有短路故障的风险隐患就要迅速启动保护模式，进行报警并亮起故障指示灯，确保后续程序的良好运行，准确判断故障，准确进行扫描，合理进行保护，形成良好的故障防控作用[8]。

3.4.2 合理设计子程序

为保证PLC 自控系统具备一定的电机短路故障的保护作用，应做好子程序的设计工作。首先，合理设计欠压保护类型的子程序，要求子程序在运行期间准确采集分析不同相的电压数据值，求取平均值信息，之后和整定值之间相互对比分析，如果平均数值比整定值小，那么就要跳转到保护子程序，实现欠压保护的目的，做出相应的报警，亮起欠压故障指示灯，如若没有出现故障，就可以结束循环；如果有故障问题，就应强化故障控制的力度。其次，重点设计启动时间过长方面保护的子程序，在这个程序之内需要准确、全面进行三相电流数量的采集处理，如若有启动环节电流数值高于整定值的现象，或者是在符合整定时间要求之后电流数值高于整定值，就要跳转到保护动作方面的子程序，确保起到一定的启动时间过长的保护作用，做出报警操作，便于工作部门结合实际情况有效进行电机短路故障防护处理[9]。

4 结语

综上所述，电机设备运行过程中受到诸多因素的影响，经常会出现短路故障问题，对整体系统的运行、设备的稳定应用都会造成不利影响。因此，在电机设备运行工作中，需结合电机短路故障的发生特点、发生情况，完善PLC自控系统的保护模式、保护功能，合理设定各类取值的指标，严格预防出现故障问题，起到短路故障防护和预防作用。