機(jī)床電動(dòng)機(jī)保護(hù)電路引起的故障分析與改進(jìn)研究

塔依爾·提力希

摘 要：機(jī)床設(shè)備在生產(chǎn)領(lǐng)域中占有不可取代的地位，其運(yùn)行質(zhì)量直接影響到車間的生產(chǎn)質(zhì)量，而當(dāng)前大多數(shù)機(jī)床設(shè)備使用電機(jī)驅(qū)動(dòng)的方式，其中更大一部分機(jī)床使用的是交流異步電機(jī)。與直流電機(jī)相比，交流異步電機(jī)的運(yùn)行更穩(wěn)定可靠、使用壽命長且不需要耗費(fèi)大量的維護(hù)成本，具有明顯的優(yōu)勢。但是在實(shí)際運(yùn)行過程中，仍然存在電機(jī)造成的故障，影響到生產(chǎn)效率。該文主要對(duì)機(jī)床電動(dòng)機(jī)保護(hù)電路引發(fā)的故障進(jìn)行分析，然后提出相關(guān)的改進(jìn)策略。

關(guān)鍵詞：機(jī)床 電動(dòng)機(jī) 保護(hù)電路 研究

中圖分類號(hào)：TM772 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）04（c）-0045-03

機(jī)床電動(dòng)機(jī)在工作過程中，除了按照常規(guī)的生產(chǎn)工藝實(shí)現(xiàn)運(yùn)轉(zhuǎn)之外，還需要在機(jī)床電路出現(xiàn)過載、短路以及失壓、欠壓現(xiàn)象下將電源切斷，停止機(jī)床的運(yùn)轉(zhuǎn)，以免出現(xiàn)更大的電氣設(shè)備安全事故，造成人員的傷亡，所以需要在機(jī)床的電氣控制線路中采取各種保護(hù)性的措施。如過載保護(hù)、短路保護(hù)、欠壓和失壓保護(hù)等。使用的元件和器件主要就是接觸器、繼電器以及熔斷器，當(dāng)保護(hù)元件出現(xiàn)損害的時(shí)候，會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)燒壞甚至是更嚴(yán)重的后果，為機(jī)床的安全與穩(wěn)定生產(chǎn)帶來很大的威脅，所以研究人員應(yīng)當(dāng)對(duì)機(jī)床電動(dòng)機(jī)中的保護(hù)電路引發(fā)的故障引起重視，及時(shí)采取相關(guān)的手段進(jìn)行處理，以避免出現(xiàn)安全生產(chǎn)事故。

1 電動(dòng)機(jī)缺相運(yùn)行的原因與對(duì)策探討

1.1 電動(dòng)機(jī)缺陷的原因和危害

在實(shí)際的工作中，機(jī)床三相電動(dòng)機(jī)在使用期間由于缺相運(yùn)行導(dǎo)致電機(jī)燒毀的現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生，根據(jù)相關(guān)的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，造成電動(dòng)機(jī)缺相運(yùn)行的原因有很多中，但是常見就是保險(xiǎn)絲的選擇不正確或者是沒有壓合好，導(dǎo)致熔絲斷掉一相；接觸器的出頭出現(xiàn)接觸不良的情況；導(dǎo)線的接頭發(fā)生松動(dòng)或者是斷掉一根線以及其中一項(xiàng)繞開電阻運(yùn)行。電動(dòng)機(jī)的缺相運(yùn)行會(huì)造成較為嚴(yán)重的后果，在正常的啟動(dòng)以及運(yùn)行狀態(tài)下，電機(jī)是對(duì)稱的負(fù)載，三相電流的大小都是相等的，或者小于等于額定電流值。當(dāng)出現(xiàn)斷相之后，其中一相的電流發(fā)生變化，另外兩相的電流就會(huì)增加，會(huì)發(fā)生繞組過熱的現(xiàn)象。在電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行過程中，有將近70%的燒毀事故都是由于缺相運(yùn)行造成的，所以解決電動(dòng)機(jī)缺相問題，對(duì)其進(jìn)行相關(guān)的防護(hù)非常重要。在電流滿載的過程中出現(xiàn)缺相，電機(jī)會(huì)呈現(xiàn)過流的狀態(tài)，也就是電流超過額定的電流，此時(shí)電動(dòng)機(jī)會(huì)出現(xiàn)很大的噪聲，其轉(zhuǎn)速發(fā)生下降且力度變小，電機(jī)的溫度驟然升高導(dǎo)致?lián)p毀；在輕載的狀態(tài)下電動(dòng)機(jī)發(fā)生斷相，在慣性的作用下，電動(dòng)機(jī)會(huì)基礎(chǔ)的運(yùn)行一段時(shí)間，但是轉(zhuǎn)速相對(duì)于正常工作而言會(huì)更低，沒有斷相的繞組電流就會(huì)明顯上升，導(dǎo)致這相繞組由于溫度過高被燒毀，所以對(duì)電動(dòng)機(jī)的控制電路設(shè)置保護(hù)機(jī)構(gòu)非常重要；當(dāng)電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)的過程中發(fā)生缺相時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)子會(huì)呈現(xiàn)左右擺動(dòng)的趨勢，發(fā)出非常強(qiáng)烈的噪聲，不但不能夠正常的啟動(dòng)還會(huì)是繞組電流高出額定電流的4～7倍，發(fā)熱量更會(huì)高出正的16～49倍，在這樣的情況下電動(dòng)機(jī)非常容易燒毀。總而言之，當(dāng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行過程中發(fā)生一相斷線時(shí)，會(huì)產(chǎn)生以下的后果：（1）電動(dòng)機(jī)不能夠正常穩(wěn)定的工作，或者由于溫度過快的上升導(dǎo)致其壽命下降；（2）在短時(shí)間內(nèi)不進(jìn)行斷電處理的是會(huì)造成絕緣燒毀，出現(xiàn)直接的經(jīng)濟(jì)損失；（3）缺相的斷線點(diǎn)帶有很強(qiáng)的電流，會(huì)對(duì)現(xiàn)場工作人員產(chǎn)生很大的威脅，甚至造成人員傷亡事故。

1.2 電動(dòng)機(jī)缺相的處理措施

1.2.1 斷路保護(hù)措施

也就是及時(shí)切斷電動(dòng)機(jī)以及其運(yùn)行路線中的短路大電流，因?yàn)槎搪反箅娏鲿?huì)在很短的時(shí)間內(nèi)將電機(jī)燒毀，甚至威脅到整個(gè)線路和其他設(shè)備的正常運(yùn)行，產(chǎn)生嚴(yán)重的后果。對(duì)于電壓小于500V的電動(dòng)機(jī)，通常使用熔絲或者是斷路器中的電磁瞬時(shí)脫扣器對(duì)其進(jìn)行斷路保護(hù)。

1.2.2 過載保護(hù)

電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)大過載電流，熔絲不一定能夠熔斷，因此需要設(shè)置單獨(dú)的裝置對(duì)其進(jìn)行切斷。當(dāng)電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)20%的過載時(shí)，熱繼電器會(huì)在20min之內(nèi)將電源切斷，一般使用熱繼電器或者是熱脫扣器對(duì)其進(jìn)行保護(hù)。

1.2.3 斷相保護(hù)

缺相保護(hù)也是一種過載保護(hù)，通常的熱繼電器難以非常完全的保護(hù)電動(dòng)機(jī)，因此在環(huán)境允許的情況下應(yīng)當(dāng)單獨(dú)設(shè)置保護(hù)裝置對(duì)其進(jìn)行保護(hù)，使用較多的方法有：使用具有斷相保護(hù)裝置的熱繼電器進(jìn)行缺陷保護(hù)；使用欠電流繼電器實(shí)施斷相保護(hù)；使用零序電壓繼電器進(jìn)行斷相保護(hù)；或者是使用斷絲電壓繼電器實(shí)施斷相保護(hù)；使用帶飽和電流的互感器進(jìn)行保護(hù)。

1.2.4 失壓以及欠壓的保護(hù)

實(shí)施失壓和欠壓保護(hù)主要是為了防止機(jī)床電動(dòng)機(jī)在電壓非常低的情況下啟動(dòng)以及運(yùn)行，或者是電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行期間突然斷電之后又突然恢復(fù)供電，發(fā)生自啟動(dòng)。起到失壓和欠壓保護(hù)作用的有交流接觸器的電磁機(jī)構(gòu)、斷路器的失壓脫扣器或者是耦合減壓啟動(dòng)器的欠壓脫扣器。當(dāng)實(shí)際的電壓低于額定電壓在35%～70%的范圍中時(shí)，電磁鐵會(huì)自動(dòng)釋放那么失壓與脫扣器就會(huì)將電源切斷。

1.2.5 接地保護(hù)

電動(dòng)機(jī)的外殼帶電的情況下，為了方便工作人員發(fā)生接觸觸電，需要采取相應(yīng)的保護(hù)機(jī)制，才能夠減少對(duì)設(shè)備以及工作人員的危害。

2 機(jī)床運(yùn)行中電機(jī)的故障分析與排除

（1）在生產(chǎn)車間當(dāng)中有著各種類型與規(guī)格的機(jī)床電動(dòng)機(jī)，但是其保護(hù)電路的設(shè)計(jì)基本上沒有什么區(qū)別，均是大同小異?；揪褪鞘褂萌蹟嗥髟陔姍C(jī)短路的狀態(tài)下啟動(dòng)保護(hù)機(jī)制，各個(gè)元件均安裝在接觸器的兩端。但是接觸器會(huì)頻繁的吸合與斷開，由此產(chǎn)生的振動(dòng)會(huì)導(dǎo)致熔斷器發(fā)生脫落，進(jìn)而造成接觸不良的情況，這樣就會(huì)倒是電動(dòng)機(jī)處于三相不平衡的狀態(tài)，工作時(shí)間一長就會(huì)出現(xiàn)接觸器接頭燒壞、開關(guān)以及導(dǎo)線燒壞的現(xiàn)象，最終導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)燒壞，進(jìn)而造成運(yùn)行故障。

（2）在機(jī)床運(yùn)行期間，經(jīng)常出現(xiàn)電動(dòng)機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)和停止的現(xiàn)象，在反接制動(dòng)的過程中，電動(dòng)機(jī)會(huì)產(chǎn)生很大的電流沖擊，熔斷機(jī)在這樣的沖擊下就會(huì)被燒斷。在維修的過程中，為了盡快的將故障修復(fù)恢復(fù)生產(chǎn)，工作人員更換熔絲很可能出現(xiàn)疏漏，熔絲的更換不標(biāo)準(zhǔn)，尤其是某些維修人員會(huì)使用熔斷器的芯子壓住保險(xiǎn)絲，此時(shí)的接觸面積非常小，同時(shí)不能壓緊，所以也會(huì)出現(xiàn)接觸不良以及接觸中產(chǎn)生較大的電阻，進(jìn)而元件和線路會(huì)發(fā)熱造成燒毀，電動(dòng)機(jī)就會(huì)在缺相的狀態(tài)下運(yùn)行。

（3）繼電器長期處在通電發(fā)熱的狀態(tài)下會(huì)出現(xiàn)氧化變質(zhì)，同時(shí)有灰塵、油污等對(duì)其造成侵蝕，其靈敏度越來越低，在電機(jī)發(fā)生過載時(shí)不能夠保證能夠及時(shí)有效的將電動(dòng)機(jī)電源切斷。

（4）機(jī)床在工作過程中需要考慮到操作人員的安全問題，因此很多電器控制回路中都使用低壓電源進(jìn)行控制，使用獨(dú)立控制變壓器進(jìn)行控制，這樣一來，主回路在缺少一相電源的情況下仍然能夠?qū)崿F(xiàn)接觸器的吸合與斷開，將電機(jī)正常啟動(dòng)。在我公司中有一套銑床的主軸電機(jī)在運(yùn)行過程中出現(xiàn)過熱甚至是冒煙的現(xiàn)象，維修工作人員認(rèn)為是銑床的工作負(fù)荷過大造成的，可能是由于機(jī)械卡死而造成電機(jī)過熱現(xiàn)象，但是在實(shí)際維修檢查過程中卻發(fā)現(xiàn)機(jī)械整體裝備沒有任何問題。因此進(jìn)一步探究出現(xiàn)發(fā)熱冒煙現(xiàn)象的原因，使用鉗形電流表對(duì)銑床電動(dòng)機(jī)的電流進(jìn)行測量，其中有兩相為2.8A，而另外一相的電流為6A，隨后有對(duì)三相電壓進(jìn)行測量，得到其中兩相電壓為380V，但是另外一相的電壓為220V。隨后檢查熔斷器才發(fā)現(xiàn)其中一項(xiàng)已經(jīng)被燒斷，主要原因就是一相電源線發(fā)生破損，而破損處與地面相接，導(dǎo)致電機(jī)發(fā)熱冒煙。在機(jī)床的工作運(yùn)行中，設(shè)備缺相運(yùn)行倒是出現(xiàn)過熱以及冒煙的現(xiàn)象非常常見，進(jìn)一步造成電機(jī)燒壞的情況也屢有發(fā)生，是影響機(jī)械設(shè)備運(yùn)行安全和效率的重要的原因之一。

在這樣的情況下，工作人員根據(jù)了解的整體情況對(duì)于機(jī)床電機(jī)中的頻繁進(jìn)行啟動(dòng)和制動(dòng)的缺陷運(yùn)行設(shè)備實(shí)施分析，對(duì)于普通車床采取的措施就是將其熔斷器和熱繼電器去掉，使用空氣開關(guān)代替，幫助機(jī)床電機(jī)進(jìn)行過流和過載的保護(hù)。在進(jìn)行改造之后無論是發(fā)生短路故障好事由于過載造成的問題都能夠?qū)崿F(xiàn)三相電源同時(shí)斷開，電動(dòng)機(jī)會(huì)停止工作，進(jìn)而保證機(jī)床運(yùn)行過程中的安全性與穩(wěn)定性。

3 結(jié)語

綜上所述，機(jī)床電機(jī)在工作過程中會(huì)出現(xiàn)各種問題，需要在分析研究的基礎(chǔ)上采取不同的保護(hù)措施。在機(jī)床運(yùn)行中通常使用熱繼電器、熔斷器等作為保護(hù)元件。但是在本公司中，考慮到使用這樣的方式會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)故障，所以使用空氣開關(guān)進(jìn)行過流與過載的保護(hù)。

參考文獻(xiàn)

[1] 皮益雄，黃小華，王芳成，等.關(guān)于三菱交流伺服主軸電動(dòng)機(jī)飛車故障的維修[J].制造技術(shù)與機(jī)床，2013（4）：120-121.

[2] 韓凱鵬，王秀然.淺談電動(dòng)機(jī)在現(xiàn)實(shí)中的應(yīng)用[J].城市建設(shè)理論研究：電子版，2014（21）：551.

[3] 周玉清，孫挪剛，黎玉剛，等.基于電動(dòng)機(jī)電流的數(shù)控機(jī)床主軸狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)研究[J].制造技術(shù)與機(jī)床，2011（3）：71-73.

[4] 彭志軍.數(shù)控機(jī)床典型抖動(dòng)故障的分析檢修與應(yīng)對(duì)策略探討[J].制造技術(shù)與機(jī)床，2010（12）：126-129.