基于热网络的电动机过载保护技术

摘要：电动机在工农业生产中有着较为普遍的应用。所以，对其维护技术的分析研究也就具有非常大的意义。在电动机各种各样的故障中，出现的最为频繁也是最为普遍的情况是电动机因过载而被烧毁的现象。因而，如果我们能够及时地、真实地呈现电动机使用过程中内部绕组的温度变化情况，就能让电动机获得更好地保护，这是毋庸置疑的事实。本文主要采用热网络法阐述了电动机的热网络模型。并根据热网络模型的研究，着重分析了电动机内部各个关键元件的温度变化情况，而且给进一步找出电动机内部分设备过热原因提供了可资参考的依据，从而提升了电动机保护的可靠度和精度。本文把三相异步电动机作为试验样机进行测试，依照电动机内部构造与发热源位置的不同，将电动机的定子槽绕组、定子铁心以及定子绕组端部等5个部分作为考察的主要部位，并建立了五阶热网络模型。本文将对该设备的过载保护问题做深入的研究。

关键词：热网络 电动机 过载保护

中图分类号：TM588.11 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2014）02-0227-01

要分析电动机暂态和稳态温度场下电动机的过载保护问题就必须使用热网络法进行分析，因为只有这样才能够按照实际出现的情形判断热网络的紧密程度以及问题发生的位置，并使问题获得妥善处理。因此，这种方法在实际运用中就很容易掌握，既简单又方便。对于热网络系统的电动机智能保护技术问题，存在着一些使用上的技巧与难点，它的问题和难点就在于怎样按照电动机的电流和电压的读出数据及时评判电动机是否存在过载以及采取过载保护措施等。在这个过程中电动机的运行参数是个极其重要的参数指标，它直接关系到电动机的过载保护是否能够有效完成。而电动机过载保护最为常见也是最容易面临的情况就是电动机的热积累效应。为防止发动机过快烧坏，如何迅速解决电动机的热积累，怎样保持电动机的高效运行，这些都是本文将要探讨的。

1 背景

不可否认的是现代化工业生产对电动机的需求量很大。在高中物理学习时我们了解到电动机是一种把电能转化为机械能的装置，它被广泛的用于各种各样的企业和发电部门。电动机的使用并没有那么简单，有时候电动机被要求长时间连续运作，有时候变负载、间歇以及变速等状态下也要求电动机运行。为了保证电动机的功率，达到电动机可靠、高效和安全运转的效果，相应的人们对电动机过载保护装置提出的要求也就越来越高。拿我国电动机来说，我国电动机运作主要使用热继电器防护，防护时的堵转与轻微过载不良的劣势很容易造成电机绕组出现热积累效应，从而使得绕组绝缘皮老化损坏电机。此外，工艺水平和原材料的落后也会导致热继电器性能的不稳定。

2 电动机的过载保护问题

2.1 运行中的热积累问题

怎样解决好电动机运行过程中的热积累是电动机过载智能保护的关键。同时，这个问题也是解决起来较为困难的问题。我们知道电动机过载是由外部因素造成的，电动机过载是加诸于电动机的一种正常的运行状态。电动机的热惯性能够让它拥有一种可短暂利用的过载能力，所以，我们说短时超载依然属于正常运行的范畴，而且电动机要求对线组进行过载保护必须符合一定的标准，否则电动机过载防护装置不可能对线路给予过载保护[1]。而且只有当热量累计到使电动机绕组的实际温度到达一定的温度限值时，线路才能够依赖过载保护显著降低热量使绝缘寿命延长。

2.2 过载保护延迟问题

以单片机的使用实例做分析，单片机是异步电动机的核心装置，它主要对电动机的线组在特殊情况下进行保护，它的系统控制核心是一个体积极小的单片微处理器。如果过载保护不得力，诸如像电动机的单片机由于故障导致过载保护延长问题、线圈灼烧甚至损毁等。过载保护延迟是热网络的电动机过载保护过程中常见的一般性问题，但对电动机能否正常运转影响巨大。如果处理不好，将会使这个电动机遭到破坏，在一定情况下还会危及整个电网，对发电网络造成不可修复性打击，对工农业用电产业产生十分不利的后果[2]。

3 电动机的过载保护对策

3.1 采用定时监测机制

对电动机采用检测机制是实施热网络电动机过载保护的有效手段。而应用此技术就必须对电动机在运作过程中出现的参数进行搜集与合理考察，这是有可能做好的任务，当然也是必须要完成好的任务。电动机的这些基本参数，它的每个参数都是对电动机运行性能的证明，每个参数都是有针对性的，都在一定程度上说明了当前状态下电动机的工作情况[3]。这是我们掌握的第一手资料，通过应用这种监测机制，我们能够对电动机当前的情况有个大概了解，这样一来，不仅有利于热网电动机的过载保护，而且还能延长电动机的使用寿命和年限。

3.2 建立电动机热网防护系统

建立电动机热网防护系统是电动机过载保护技术应用的关键和重点所在。而建立电动机热网防护系统就不可能不对电动机三维有限元模型进行了解与掌握，为什么三维有限元模型如此重要呢？这是因为在建立电动机热网防护体系过程中需要对电动机线组的温度变化进行观测，即制订电动机线组温度曲线图[4]。只有制订好电动机线组温度变化图才可以绘出三维有限元模型，才能建立电动机热网防护系统。当制订出电动机额定负载下的瞬间三维温度场以后，我们就能够迅速绘出三元有限元模型，从这个模型中，我们就能对当前电动机过载保护系统实时监控。

4 结语

通过对电动机线路的过载保护技术分析，能够有效弥补热继电器过载保护存在的不足。这种办法一方面给电动机的过载预留了一定的使用空间，而且还能取得及时保护电动机过载线组的效果，使得电动机过载保护的反应能力获得了提高。而且使维修人员及时掌握过载时电动机显示的电流、电压以及温度等参数指标。本文运用热网络法验证了电动机热网络模型在处理电动机过载保护问题上的合理性和正确性。

参考文献

[1]迟长春，李奎，岳大为.基于热积累的过载保护算法[J].电力系统及其自动化学报，2010（2）：52-56.

[2]刘玉敏，田库，李韶远.微机型异步电动机保护装置的研制[J].天津工程师范学院学报2013（9）：29-51.

[3]张兆东，周绍平.可同时监控多台电动机过载的保护方案[J].湖南职业技术学院学报，2012（6）：31-43.

[4]李伟力，李守法，谢颖，等.感应电动机定转子全域温度场数值计算及相关因素敏感性分析[J].中国电机工程学报，2011，27（24）：85-91.