异步电动机常见故障诊断与保护研究

摘要

科技的进步、设备制造水平的提高促使生产系统日趋复杂，复杂的生产系统需要电机能够具备多种性能、可以长期不间断作业、适应各种恶劣环境（潮湿、海洋盐雾、高温、高湿、高压、强磁场）。苛刻的设备要求，极容易导致电动机的工作性能的下降，致使电动机发生各种各样的故障。电动机故障很容易引发事故，甚至还会造成人身伤亡，使企业蒙受巨大的经济损失。因此，研究电动机各种故障特征，并采取相应的保护方案可以避免电机突发事故造成的损失，有效的保护人们的生命和财产安全。
　　本文首先从理论上分析电动机的过载、堵转、短路、断相故障的特点，为故障信号的提取奠定基础。根据故障信号的特点总结电动机故障诊断判据，结合对称分量法，对称故障可依据电流幅值的大小诊断，不对称故障根据零序、负序电流分量的有无和过流程度诊断。检测故障信号（即正序、负序、零序电流分量）是实现电动机故障诊断与综合保护的基础，设计负序、零序滤过器，提取三相电流里的正序、负序、零序电流分量，并详细介绍故障信号的提取算法。
　　本文以以额定功率为30KW的异步电动机作为研究对象，用Matlab仿真软件（主要使用Power System Blockset工具箱）对电动机的过载、堵转、短路、断相故障引起的不正常运行状态进行仿真，分析电机发生各种故障时的定子电流、转子转速。验证电动机理论分析的故障特征，并根据电动机故障的理论判据提出了过载反时限保护方法、堵转和断相故障采取定时限保护方法、短路故障采取速断保护方法，还介绍了过流反时限算法。
　　根据电动机过载、堵转、短路、断相故障的保护方法设计电动机故障保护装置硬件方案。考虑到可逻辑编程器件具有抗干扰、易于实现等优点，本文欲设计基于S7-200 PLC的异步电动机故障诊断与保护装置。检测到的三相电流值经过A/D转换，送入到PLC中与额定值进行比较，根据比较的结果决定是否触发故障保护子程序。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题背景

1．2 国内外电机保护技术研究现状

1．3 国内外电机故障诊断技术的发展

1．4 论文研究的主要内容

2 电动机故障理论分析及电流检测

2．1 电动机故障理论分析

2．2 电动机故障判据

2．3 电动机电流的检测

2．4 故障信号的检测算法

2．5 本章小结

3 电动机故障仿真分析及保护方法

3．1 电动机过载故障仿真分析与保护方法

3．2 电动机启动和堵转故障仿真分析及保护方法

3．3 电动机短路故障仿真分析及保护方法

3．4 电动机断相故障仿真分析及保护方法

3．5 反时限过流保护算法

3．6 本章小结

4 保护装置的选取和系统硬件设计

4．1 故障保护装置原理框图

4．2 系统的总体结构

4．3 PLC简介

4．4 S7-200选型与应用

4．5 本章小结

5 电动机保护系统的软件设计

5．1 PLC工作原理

5．2 软件设计整体介绍

5．3 软件程序设计

5．4 软件流程图设计

5．5 本章小结

6 总结与展望

6．1 工作总结

6．2 工作展望

致谢

参考文献