高压电机自动化控制原理和保护技术

秦波于孙权

（桂林星辰科技股份有限公司广西桂林541004）

摘要：随着我国工业化进程的加速，各种高压、大功率电器设备不断涌现。在大面积使用高压电机设备的同时也暴露出来很多问题。因此我们要针对高压电机的特性多方面入手，提高启动和运行的稳定性，减少设备故障和人身事故的发生，促进生产效率提高。

关键词：高压电机；自动化控制；原理；保护技术

1高压电机的保护控制

1.1高压电机的直接启动控制原理

采用真空接触器直接启动与综合保护控制器相结合，通过电TA和零序电TA采样电路，将高压电机工作电流及漏电电流送入综合保护控制器电流信号输入端，供综合保护控制器进行电机运行状态监测分析、一旦发生过流、漏电、短路、缺相等故障、通过执行元件真空接触器动作，切断电机运行电源，并将故障情况上传到控制中心，同时声光报警。在故障没有排除的状态下，综合保护控制器程序锁定不能合闸的真空接触器，运行电机。

1.2高压电机的变频启动控制原理

高压变频器通过大功率IGBT绝缘栅双极性晶体管直接控制电机的高压电源，其结构为高压-低压-高压或三电平叠加结构。随着大功率高电压等级IGBT绝缘栅双极性晶体管开关管的研制成功，一种新型结构的交-直-交形式逐渐替代前两种都带有体积大而笨重铁心变压器的结构，该结构变频器的主电路简图如图1。

图1高压变频器主电路图

三相高压交流电经大电流高压整流二极管整流成高压直流电，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。快速绝缘栅双极性高压开关管IGBT的开启与关断由变频器内计算机控制中心控制，通过计算机内部程序及外围电子电路来控制高压交流电的频率和电压幅值，实现高压交流电机的软启动、软停车及转速的调速控制。电压输出频率的可控范围为：0～400Hz。当停车后，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。电机的转速：n=60f/p，由此可知，电机转速与频率f成线性关系。变频器拟采用u/f=c。方式（带PG）输出三相交流电，变频范围为：0～400Hz，采用高载波频率的SPWM方式，载波频率为：10～20kHz，开关功率管为IGBT（绝缘栅双极性晶体管），开关功率管可以多只串联使用。在频率较低时，可通过提高起步电压来提高电机的机械运行性能。整机主控以单片机为核心部分，利用单片机控制变频器的各项功能和各种信号的输入输出，进行智能化判断和控制，同时将信号送入SPWM发生器（如SA4828等芯片），產生和控制SPWM脉冲波，此波送入光电隔离电路，经光电隔离后送入功率驱动芯片如M57962L，进行功率放大，驱动IGBT管，经IGBT输出高压SPWM波形三相电，再经滤波电抗器L滤波，输出三相交流电，驱动交流电机，同时将输出的电压、电流、转速等信号反馈至控制系统进行控制变频控制一般只适用于变频电机普通电机在低频和高频阶段，不适合使用变频器控制，这是由其铁心材质和结构决定的。普通高压电机在低频段即0～20Hz时，产生高压奇次谐波，使电机发热，影响电机使用寿命；在高频段即50～100Hz及以上时，电机轴承不能承受超高转速而损坏，同样影响电机使用寿命。一般普通高压电机采用真空接触器直接启动与综合保护控制器相结合或软启动器控制。

2高压电机的保护技术

2.1定期测试保护

高压电机的正常运行跟很多关键的部件有着密切的联系，包括高压变频器、综合保护控制器、高压真空断路器等。所以维护技术人员对综合保护控制器和变频器的基本设置要有所了解，按照出厂说明书对个别设定值加以了解，以便故障查找和问题处理。在对电机设各进行测试中，我们还必须应当严格遵照高压电机设各交接实验标准和验收规范进行。高压电机定期进行绝缘值测量的，使用合格的摇表，测量时准确读出在15s和60s时的绝缘数值，并做好记录，计算出精确的绝缘电阻吸收比。除此之外，技术人员须进行多种试验，包括定子线圈电阻测试、绝缘电阻和交流耐压试验、转子动平衡试验、振动试验等，从而获取相关参数，对各种部件的运作情况进行准确了解，这样才能更好地解决存在的各种问题，维持高压电气设备的正常运作。此外还要注意在潮湿天气的时候如有测试绝缘值低情况，有可能只是接线盒内部及端子部分潮湿引起的，可用热风幕等对着接线端子口吹热风，间隔时间不断测试绝缘值情况，直到绝缘值合格为止。

2.2外界检测装置保护

为了检测运行中的情况，在实际应用运行中高压电机有多个测温装置，一般有：定子测温装置、前轴测温装置、后轴测温装置，测震装置以及润滑系统等。检测装置一般是将检测到的信号通过变送器转换为小电流或小电压信号传动到PLC中，PLC程序设计中将其常闭点串入启动线路中，当温度、震动、油压超过设定报警值时，电脑画面就会出现报警信息，当设定值超过跳机值时，串联的常闭点就会断开，就会出现跳机，维护技术人员就立即查找报警或跳机的原因并可立即处理，从而保证了设备的完好。在控制回路设计中要注意，多个仪表检测装置电源和PLC输出线路电源应独立设置，以免因个别原因跳电而引起其他控制电源跳电，从而导致部分功能失效，未对高压电机起到有效的保护作用。

2.3定期维护保护

定期维护也是保护高压电机的一项重要工作，认真的定期维护在一定程度上可以避免很多事故的发生。由于安全工作的要求，定期维护一般在是利用停机时间对高压电机进行全面检查。安排专业的维护人员检查高压电机接线端子是否有闪络和打火痕迹，固定螺丝是否松动，端盖、地脚、轴承盖螺丝是否松动。对接线端子的灰迹进行擦拭，电机外部的灰尘、油泥进行清除。高压电机的轴承一般工作半年左右清洗一次，清洗后需要重新更换合格的润滑脂。实际应用过程中也可根据高压电机运转时间长短、工作环境的情况、润滑脂的种类制定相应的清洗与更换油脂周期。一般来说灰尘较多，环境条件差，温度较高的地方需要经常清洗与更换油脂的周期较短些。电机所处环境的潮湿度和腐蚀性气体区域对电机的影响特别大，潮湿和腐蚀性气体的环境容易引起电机绝缘值降低或破损，电机生锈等问题，如果没有相应的防范措施可能会导致电机无法使用、漏电、地脚和外壳破环等现象。所以安装电机时尽量避免在潮湿和腐蚀性环境中，如果无法避免就必须要做好电机密封和外壳防护措施。此外还需经常监测电机绝缘值和外壳接地情况，以免电机的不正常工作，甚至危机人身安全。在潮湿天气的时候如有测试绝缘值低情况，有可能只是接线盒内部及端子部分潮湿引起的，可用热风幕等对着接线端子口吹热风，间隔时间不断测试绝缘值情况，直到绝缘值合格为止。

结束语

随着我国工业化进程的加速，各种高压、大功率电器设备不断涌现。在大面积使用高压电机设备的同时也暴露出来很多问题。因此我们要针对高压电机的特性多方面入手，提高启动和运行的稳定性，减少设备故障和人身事故的发生，促进生产效率提高。

参考文献：

[1]高成龙.高压电器设备的自动化控制原理及电气调试技术[J].科技展望，2015，2518：100-101.

[2]王俊山.高压电器设备的自动化控制原理及电气调试技术浅析[J].建材与装饰，2016，03：197-198.

[3]康宁.高压电器设备的自动化控制原理及电气调试技术[J].电子技术与软件工程，2016，05：138.