車煥　郜世磊

摘 要：電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行時(shí)常發(fā)生堵轉(zhuǎn)、三相相間短路、對稱過載等對稱性故障，為了判斷故障的種類。為了及時(shí)判斷電動(dòng)機(jī)故障，本文利用MATLAB自帶的Simulink工具箱對異步電動(dòng)機(jī)的常見對稱性故障進(jìn)行仿真，給出仿真圖形，為電動(dòng)機(jī)的故障處理打下基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：Matlab；電動(dòng)機(jī)故障；仿真

中圖分類號：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

0.概述

電動(dòng)機(jī)的故障分為對稱性故障和非對稱性故障，其中對稱性故障包括三相相間短路、對稱過載、堵轉(zhuǎn)等。這種故障的主要特點(diǎn)是電機(jī)的三相電流還是對稱的，但電流值的大小卻增大很多，過大的電流將導(dǎo)致電機(jī)內(nèi)的發(fā)熱量聚增。如果電機(jī)長期工作，會導(dǎo)致電機(jī)的絕緣老化，絕緣等級降低，嚴(yán)重時(shí)會發(fā)生火災(zāi)。因此掌握電動(dòng)機(jī)發(fā)生故障時(shí)電流的變化規(guī)律能夠準(zhǔn)確判斷電動(dòng)機(jī)發(fā)生了什么故障并有針對性地進(jìn)行處理，本文用MATLAB軟件中的Simulink工具箱對異步電動(dòng)機(jī)的這些常見對稱性故障進(jìn)行仿真，給出了各種情況下故障電流的波形圖，為電動(dòng)機(jī)的故障處理打下基礎(chǔ)。

1.仿真模型的建立

Simulink是MATLAB中用來對動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真和分析的軟件包，其無需編寫程序，利用許多現(xiàn)成的模塊實(shí)現(xiàn)仿真，應(yīng)用起來非常方便。因此本文利用Simulink工具箱對三相鼠籠交流異步電動(dòng)機(jī)發(fā)生各種對稱性故障時(shí)的電流波形圖進(jìn)行仿真，建立的仿真模型如圖1所示。

2.仿真結(jié)果

2.1 對稱過載故障仿真

仿真時(shí)在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)給其施加180N·m的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，假設(shè)該電機(jī)在啟動(dòng)0.8s后發(fā)生過載故障，其負(fù)載轉(zhuǎn)矩將增加到額定負(fù)載轉(zhuǎn)矩的兩倍。圖2為電動(dòng)機(jī)發(fā)生過載故障時(shí)定子電流的仿真波形圖。

仿真波形圖表明，電動(dòng)機(jī)發(fā)生過載故障后，其三相電流還是對稱的，只是各相電流增大至額定電流的1.3倍，所以所過載故障屬于對稱故障。發(fā)生過載故障時(shí)電流的增大倍數(shù)并不大，所以電動(dòng)機(jī)過載運(yùn)行時(shí)不至于對電機(jī)立刻造成損壞，但是電機(jī)如果長期處于過載運(yùn)行狀態(tài)，電機(jī)的絕緣容易老化，電機(jī)的使用壽命要降低。

2.2 三相相間短路故障

在電機(jī)的各種短路故障中，單相短路故障發(fā)生的頻率最高占大多數(shù)，兩相短路發(fā)生的情況較少，三相短路產(chǎn)生的機(jī)會最少。但是雖然三相短路很少發(fā)生，電動(dòng)機(jī)如果發(fā)生三相短路，其電流增加很大，對電機(jī)的損壞非常嚴(yán)重。所以有必要對三相短路故障的電流進(jìn)行分析。圖3為短路發(fā)生在電機(jī)啟動(dòng)后0.8s時(shí)電機(jī)電流的仿真波形圖。

仿真波形圖表明，當(dāng)電動(dòng)機(jī)發(fā)生三相短路故障時(shí)，各相電流是對稱的，其大小增大至額定電流值的9.2倍，由此可見發(fā)生三相短路時(shí)電流增大的倍數(shù)非常大，有必要及時(shí)診斷出這種故障并盡快切斷電路，以免對電機(jī)造成損壞。

2.3 堵轉(zhuǎn)故障

當(dāng)電機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩急劇增大或者電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)機(jī)械故障時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速下降很快甚至極聚下降為零，這時(shí)電動(dòng)機(jī)將發(fā)生堵轉(zhuǎn)故障。發(fā)生堵轉(zhuǎn)時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速很低，所以電動(dòng)機(jī)的反電勢很低，從而造成定子繞組電流增大。假設(shè)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后1s時(shí)發(fā)生堵轉(zhuǎn)，那么它的電流仿真波形圖如圖4所示。

仿真波形圖表明，發(fā)生堵轉(zhuǎn)故障后電動(dòng)機(jī)的負(fù)載由額定轉(zhuǎn)矩瞬間增至額定轉(zhuǎn)矩的4倍，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速迅速由790rpm降至零，電流升至額定電流的4.8倍。這個(gè)電流雖然不是很大，但如果維持時(shí)間較長，電機(jī)內(nèi)的溫升還是上升較快，從而使電機(jī)發(fā)生損壞。

結(jié)論

由仿真結(jié)果可知，電動(dòng)機(jī)發(fā)生各種對稱故障時(shí)電流的變化規(guī)律是不同的。當(dāng)電機(jī)在實(shí)際中發(fā)生故障時(shí)，我們可以根據(jù)電流的變化初步判斷電機(jī)發(fā)生了哪種故障，并有針對性地進(jìn)行處理。

參考文獻(xiàn)

[1]徐小來，王莉，謝一靜.基于Matlab的異步電動(dòng)機(jī)定子繞組故障仿真[J].電氣應(yīng)用，2005，24（9）：23-24.