机床电动机保护电路引起的故障分析与改进研究

塔依尔·提力希

摘 要：机床设备在生产领域中占有不可取代的地位，其运行质量直接影响到车间的生产质量，而当前大多数机床设备使用电机驱动的方式，其中更大一部分机床使用的是交流异步电机。与直流电机相比，交流异步电机的运行更稳定可靠、使用寿命长且不需要耗费大量的维护成本，具有明显的优势。但是在实际运行过程中，仍然存在电机造成的故障，影响到生产效率。该文主要对机床电动机保护电路引发的故障进行分析，然后提出相关的改进策略。

关键词：机床 电动机 保护电路 研究

中图分类号：TM772 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）04（c）-0045-03

机床电动机在工作过程中，除了按照常规的生产工艺实现运转之外，还需要在机床电路出现过载、短路以及失压、欠压现象下将电源切断，停止机床的运转，以免出现更大的电气设备安全事故，造成人员的伤亡，所以需要在机床的电气控制线路中采取各种保护性的措施。如过载保护、短路保护、欠压和失压保护等。使用的元件和器件主要就是接触器、继电器以及熔断器，当保护元件出现损害的时候，会导致电动机烧坏甚至是更严重的后果，为机床的安全与稳定生产带来很大的威胁，所以研究人员应当对机床电动机中的保护电路引发的故障引起重视，及时采取相关的手段进行处理，以避免出现安全生产事故。

1 电动机缺相运行的原因与对策探讨

1.1 电动机缺陷的原因和危害

在实际的工作中，机床三相电动机在使用期间由于缺相运行导致电机烧毁的现象经常发生，根据相关的调查发现，造成电动机缺相运行的原因有很多中，但是常见就是保险丝的选择不正确或者是没有压合好，导致熔丝断掉一相；接触器的出头出现接触不良的情况；导线的接头发生松动或者是断掉一根线以及其中一项绕开电阻运行。电动机的缺相运行会造成较为严重的后果，在正常的启动以及运行状态下，电机是对称的负载，三相电流的大小都是相等的，或者小于等于额定电流值。当出现断相之后，其中一相的电流发生变化，另外两相的电流就会增加，会发生绕组过热的现象。在电动机的运行过程中，有将近70%的烧毁事故都是由于缺相运行造成的，所以解决电动机缺相问题，对其进行相关的防护非常重要。在电流满载的过程中出现缺相，电机会呈现过流的状态，也就是电流超过额定的电流，此时电动机会出现很大的噪声，其转速发生下降且力度变小，电机的温度骤然升高导致损毁；在轻载的状态下电动机发生断相，在惯性的作用下，电动机会基础的运行一段时间，但是转速相对于正常工作而言会更低，没有断相的绕组电流就会明显上升，导致这相绕组由于温度过高被烧毁，所以对电动机的控制电路设置保护机构非常重要；当电动机在启动的过程中发生缺相时，电机的转子会呈现左右摆动的趋势，发出非常强烈的噪声，不但不能够正常的启动还会是绕组电流高出额定电流的4～7倍，发热量更会高出正的16～49倍，在这样的情况下电动机非常容易烧毁。总而言之，当电动机运行过程中发生一相断线时，会产生以下的后果：（1）电动机不能够正常稳定的工作，或者由于温度过快的上升导致其寿命下降；（2）在短时间内不进行断电处理的是会造成绝缘烧毁，出现直接的经济损失；（3）缺相的断线点带有很强的电流，会对现场工作人员产生很大的威胁，甚至造成人员伤亡事故。

1.2 电动机缺相的处理措施

1.2.1 断路保护措施

也就是及时切断电动机以及其运行路线中的短路大电流，因为短路大电流会在很短的时间内将电机烧毁，甚至威胁到整个线路和其他设备的正常运行，产生严重的后果。对于电压小于500V的电动机，通常使用熔丝或者是断路器中的电磁瞬时脱扣器对其进行断路保护。

1.2.2 过载保护

电动机出现大过载电流，熔丝不一定能够熔断，因此需要设置单独的装置对其进行切断。当电动机出现20%的过载时，热继电器会在20min之内将电源切断，一般使用热继电器或者是热脱扣器对其进行保护。

1.2.3 断相保护

缺相保护也是一种过载保护，通常的热继电器难以非常完全的保护电动机，因此在环境允许的情况下应当单独设置保护装置对其进行保护，使用较多的方法有：使用具有断相保护装置的热继电器进行缺陷保护；使用欠电流继电器实施断相保护；使用零序电压继电器进行断相保护；或者是使用断丝电压继电器实施断相保护；使用带饱和电流的互感器进行保护。

1.2.4 失压以及欠压的保护

实施失压和欠压保护主要是为了防止机床电动机在电压非常低的情况下启动以及运行，或者是电动机在运行期间突然断电之后又突然恢复供电，发生自启动。起到失压和欠压保护作用的有交流接触器的电磁机构、断路器的失压脱扣器或者是耦合减压启动器的欠压脱扣器。当实际的电压低于额定电压在35%～70%的范围中时，电磁铁会自动释放那么失压与脱扣器就会将电源切断。

1.2.5 接地保护

电动机的外壳带电的情况下，为了方便工作人员发生接触触电，需要采取相应的保护机制，才能够减少对设备以及工作人员的危害。

2 机床运行中电机的故障分析与排除

（1）在生产车间当中有着各种类型与规格的机床电动机，但是其保护电路的设计基本上没有什么区别，均是大同小异。基本就是使用熔断器在电机短路的状态下启动保护机制，各个元件均安装在接触器的两端。但是接触器会频繁的吸合与断开，由此产生的振动会导致熔断器发生脱落，进而造成接触不良的情况，这样就会倒是电动机处于三相不平衡的状态，工作时间一长就会出现接触器接头烧坏、开关以及导线烧坏的现象，最终导致电动机烧坏，进而造成运行故障。

（2）在机床运行期间，经常出现电动机自动启动和停止的现象，在反接制动的过程中，电动机会产生很大的电流冲击，熔断机在这样的冲击下就会被烧断。在维修的过程中，为了尽快的将故障修复恢复生产，工作人员更换熔丝很可能出现疏漏，熔丝的更换不标准，尤其是某些维修人员会使用熔断器的芯子压住保险丝，此时的接触面积非常小，同时不能压紧，所以也会出现接触不良以及接触中产生较大的电阻，进而元件和线路会发热造成烧毁，电动机就会在缺相的状态下运行。

（3）继电器长期处在通电发热的状态下会出现氧化变质，同时有灰尘、油污等对其造成侵蚀，其灵敏度越来越低，在电机发生过载时不能够保证能够及时有效的将电动机电源切断。

（4）机床在工作过程中需要考虑到操作人员的安全问题，因此很多电器控制回路中都使用低压电源进行控制，使用独立控制变压器进行控制，这样一来，主回路在缺少一相电源的情况下仍然能够实现接触器的吸合与断开，将电机正常启动。在我公司中有一套铣床的主轴电机在运行过程中出现过热甚至是冒烟的现象，维修工作人员认为是铣床的工作负荷过大造成的，可能是由于机械卡死而造成电机过热现象，但是在实际维修检查过程中却发现机械整体装备没有任何问题。因此进一步探究出现发热冒烟现象的原因，使用钳形电流表对铣床电动机的电流进行测量，其中有两相为2.8A，而另外一相的电流为6A，随后有对三相电压进行测量，得到其中两相电压为380V，但是另外一相的电压为220V。随后检查熔断器才发现其中一项已经被烧断，主要原因就是一相电源线发生破损，而破损处与地面相接，导致电机发热冒烟。在机床的工作运行中，设备缺相运行倒是出现过热以及冒烟的现象非常常见，进一步造成电机烧坏的情况也屡有发生，是影响机械设备运行安全和效率的重要的原因之一。

在这样的情况下，工作人员根据了解的整体情况对于机床电机中的频繁进行启动和制动的缺陷运行设备实施分析，对于普通车床采取的措施就是将其熔断器和热继电器去掉，使用空气开关代替，帮助机床电机进行过流和过载的保护。在进行改造之后无论是发生短路故障好事由于过载造成的问题都能够实现三相电源同时断开，电动机会停止工作，进而保证机床运行过程中的安全性与稳定性。

3 结语

综上所述，机床电机在工作过程中会出现各种问题，需要在分析研究的基础上采取不同的保护措施。在机床运行中通常使用热继电器、熔断器等作为保护元件。但是在本公司中，考虑到使用这样的方式会经常出现故障，所以使用空气开关进行过流与过载的保护。

参考文献

[1] 皮益雄，黄小华，王芳成，等.关于三菱交流伺服主轴电动机飞车故障的维修[J].制造技术与机床，2013（4）：120-121.

[2] 韩凯鹏，王秀然.浅谈电动机在现实中的应用[J].城市建设理论研究：电子版，2014（21）：551.

[3] 周玉清，孙挪刚，黎玉刚，等.基于电动机电流的数控机床主轴状态监测系统研究[J].制造技术与机床，2011（3）：71-73.

[4] 彭志军.数控机床典型抖动故障的分析检修与应对策略探讨[J].制造技术与机床，2010（12）：126-129.