1  引言

    電機的保護，一直是電氣行業(yè)的一個較熱門的研究課題。保護電機的產(chǎn)品也很多，但總有這種或那種的不足。現(xiàn)在可編程控制器(簡稱PLC)已廣泛地應用到工業(yè)生產(chǎn)中，我們可以利用可編程中的功能來監(jiān)視和保護電機的安全運行。

2  電機運行的基本情況及分析

    大家知道，每臺電機在其額定的工作條件下，都遵循某一條固定的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)差率(轉(zhuǎn)速)曲線運行，這一曲線就是電機的固有機械特性(見圖1)。

圖1    三相異步電機的機械特性

從曲線上可以定性地分析出電機的當前負載運行狀況，也就是從電機的轉(zhuǎn)速反映出電機的負載情況。從圖1看，ne點是電機的額定轉(zhuǎn)速點，如果運行點朝n0方向移動，說明電機輕載，電機在安全運行段;如果運行點朝nij方向移動，則說明電機進入超載。n下降多少反映出超載的實際程度。如果將單位時間內(nèi)電機轉(zhuǎn)數(shù)信號進行分析、比較，就可得知電機當前運行在什么狀態(tài)下，也就是說將電機的運行情況處理成數(shù)字化了。經(jīng)過數(shù)字化的處理，判斷故障的可靠性是很高的。

3  三菱PLC保護電機的安全運行
3.1 PLC內(nèi)部某些功能的簡介

     在PLC內(nèi)具有計數(shù)和記時功能，其最小單位都是10ms。如果將電機每轉(zhuǎn)一圈作為一脈沖信號輸入，信號最短的周期是20ms(因為電機最高轉(zhuǎn)速是3000rpm)，這個時間大于計數(shù)和計時功能的最小單位。如果利用其高速計數(shù)功能，則可每s處理2000個信號。

3.2 據(jù)電機參數(shù)來確定其運行的保護點
    這里選擇1臺電機為例來說明保護點的選擇，在手冊中選定1臺電機型號為:Y315M-6 90kW ne=980，堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩=1.6，過載能力λ=2.0。
根據(jù)以上這些參數(shù)可求出最大轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)差率Sij:
Sij＝(λ＋(λ2-1)1/2)×(n0-ne)÷n0
  ＝(2＋(2×2-1)1/2)×(1000-980)÷1000
  ≈0.075
最大轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速nij
nij＝n0-n0×Sij＝1000-1000×0.075＝925
如果將保護點選在n=940，則每轉(zhuǎn)所需時間t=63.8ms;每轉(zhuǎn)10圈所需的時間t=638ms。根據(jù)PLC的特點，選擇單位時間為640ms，定義電機每轉(zhuǎn)10圈與計時器計64個時間脈沖進行比較，如果計時脈沖小于64個，則電機輕載;反之則電機過載，隨即報警或停車。

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3.3  PLC程序的設計
    根據(jù)2.2的計算分析，在設計程序時，必須取電機的轉(zhuǎn)數(shù)n=11，因為定義為每轉(zhuǎn)10圈的時間，取n=11正好從1號脈沖到11號脈沖之間為10轉(zhuǎn)所需要的時間(見圖2)。

圖2    轉(zhuǎn)數(shù)信號與時間的關(guān)系

用輸入PLC的X401作為接收電機轉(zhuǎn)數(shù)的輸入信號;
計數(shù)器C660計輸入轉(zhuǎn)數(shù);K=11;
計時器Y560作時間累計;K=64;
因保護點選在n=940，當電機進入正常運轉(zhuǎn)后，轉(zhuǎn)速n必定大于940轉(zhuǎn)，t/n<63.8ms，電機每轉(zhuǎn)11圈，計數(shù)器C660=0，計時器T560≠0。
當電機進入正常運行是，n≤940，t/n≥63.8ms。此時電機每轉(zhuǎn)11圈，C660=0或C660≠0，但T560=0;程序根據(jù)此條件發(fā)出停止電機運行命令。

3.4 程序原理圖
    根據(jù)以上分析，設計出PLC程序原理圖(圖3)。

圖3    保護電機過載程序圖

    以下根據(jù)圖3程序圖分析其工作原理。第12、13行是對外驅(qū)動電機起動、停車。當電機起動后，延時10s，保護電路程序投入運行;見14行，這是因電機起動時轉(zhuǎn)速很慢。
    當起動電機Y30動作10s后(電機進入正常運行后)，T50動作，C660投入計數(shù)運行，見3行。當電機轉(zhuǎn)數(shù)脈沖X401第一脈沖到來后，使S300置位，開通T560計時器，在這段時間里，C660和T560同時計數(shù)和計時，當C660計數(shù)11滿，T560計時未滿，電機正常，C660的常開點閉合，促使PLS100發(fā)出一個脈沖(見15行)使C660、R300、T560復位，進入下一個周期。PLS101、PLS102總有一個脈沖信號發(fā)出(見7、8行)，促使M103動作，停止Y30輸出(見9~13行)，這樣就保護了電機的過載運行。

4  結(jié)束語
    用此種方案對電機實行監(jiān)視、保護切實可靠，在已使用PLC控制的現(xiàn)場尤為實用，它可人 為地任意選擇多個保護點，且動作迅速，可在1s之內(nèi)切斷電源。利用這一技術(shù)，還可以推廣到機械轉(zhuǎn)矩的控制，當然投入實用還需進一步研究、探討。