變頻螺桿空壓機電機損壞原因與保護探討

?空氣壓縮機簡稱空壓機，作為通用的機械設備，在工農業(yè)生產領域中得到廣泛應用。問題是作為空壓機動力設備的電動機（三相異步電動機），其故障損壞率普遍居高于其它設備的電動機。原因何在？本文將提出有關空壓機電動機的損壞原因及如何保護問題的基本概念和論點，希望能起到拋磚引玉的效應，引起空壓機制造行業(yè)和廣大用戶的關注，共同參與探討。 
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空壓機電動機損壞原因是多方面及綜合性的。我們深入到空壓機工作、生產現(xiàn)場實地進行調查認為，空壓機電動機損壞的原因除了與其他的電動機動力設備具有共性常規(guī)故障因素外，還與空壓機自身的特定運行產生的故障因素有關。分析歸納主要如下幾點：
 
深圳變頻空壓機工作條件要求
 
空壓機的機械運作，電氣控制比較簡單（特別是小功率型），一般都是單機組獨立工作，處于無專業(yè)監(jiān)視操作場合，對故障的發(fā)生處理不及時，相對講，故障的重復擴大率增多。
 
氣壓自動開關的可靠性和靈敏性
 
空壓機的起停通常由氣壓自動開關（氣壓繼電器）直接帶動交流接觸器對電動機實現(xiàn)自動控制。而氣壓自
動開關大多數(shù)采用機械式結構，利用彈簧壓縮與釋放能量操動觸點。也許是氣壓自動開關的先天不足或因調節(jié)不當、機震等不同原因的影響。在控制氣壓過程中，時?？赡軙霈F(xiàn)兩種不正常的動作現(xiàn)象：
 
1、氣壓自動開關過氣壓時拒動作，使電動機不能正常運行，氣壓繼續(xù)上升，導致電動機超負荷過載運行，嚴重時可能發(fā)生故障阻塞現(xiàn)象。
 
2、氣壓自動開關瞬態(tài)震跳現(xiàn)象（特別是氣壓接近上限或下限臨界狀態(tài)），同時使交流接觸器產生同步震跳。致使交流接觸器的主觸點在頻繁起動電流沖擊下燒壞或粘死造成停機或缺相故障運行。
 
自動排氣閥失靈
 
空壓機一般沒有自動排氣裝置，當氣壓達到設定壓力時，停機后自動排氣降壓，預置下次空載起動，排氣閥失靈后，空壓機缸內氣壓不能釋放，等于電動機帶載起動，可能造成起動困難或堵轉故障。
 
運行中突遇停送電
 
自動檔控制的空壓機，遇到突然間停送電情況（如市電，自備電電源轉換），由于空壓機缸內氣壓來不及釋放又重新啟動。電動機處于重載起動，很可能形成堵轉故障。
 
過于頻繁起動
 
因外圍用氣量不規(guī)則，用氣量大時，迫使電動機作頻繁起動工作。起動時大電流產生的熱余量積累不易散發(fā)，使電動機溫升過熱，很可能造成電動機燒毀。
 
重負荷停機
 
空壓機的停機，與其他設備不同，都是在達到設定上限最大壓力時停機。交流接觸器在承受重負荷、大電流下分段動作。此時拉弧火花最為嚴重，對交流接觸器損壞造成很大威脅，由于交流接觸器損壞，將引發(fā)電源性質故障。如不平衡（缺相）等運行狀態(tài)。
 
空壓機自身機械性質故障
 
空壓機是不均勻負荷性質，機震噪聲大，傳動機件受阻引起磨損損壞等機械性故障，極容易引起電動機過載（堵轉、阻塞等）。
 
空壓機電動機保護現(xiàn)狀
 
上述幾點典型故障因素表明，空壓機電動機的正確、合理的保護顯得非常之迫切和必要。但是，目前為止，空壓機電動機的保護裝置仍然以熱繼電器為主。當然，熱繼電器作為傳統(tǒng)的保護產品，它結構簡單、使用方便、價格低廉、具有一定的反時限特性等優(yōu)點，但是其工作原理、性能特征決定著它功能小、功耗大、精度低、整定粗糙、易受環(huán)境影響、重復性差、誤差大等不足和缺陷。對于電動機起動過程中的堵轉、長期過載等故障，不能實現(xiàn)可靠保護，因此無法滿足空壓機實際保護要求。因此，保護失敗也是不可否認的事實。社會在發(fā)展，科技在進步，落后產品要面臨被淘汰，熱繼電器已完成自己的歷史使命。
 
保護起動器（空壓機專用）
 
新一代的電子式電動機保護器是先進電子技術時代的產物，它具有熱繼電器不可比擬，也無法實現(xiàn)的功能特征。而保護起動器（空壓機專用），以下簡稱起動器，更是針對空壓機的特殊保護需求而研制的新一代電子式電動機保護產品的派生系列產品。對空壓機電動機的保護具有更科學、更合理、更正確的保護實效。它解決了空壓機在使用過程中因氣壓自動開關的推動開關元件接觸不良、彈性元件的自由端移位不正確及氣壓自動開關頻繁動作等，使交流接觸器瞬間連續(xù)性震跳，熱量不能散發(fā)，致使交流接觸器的主觸頭燒壞或觸點粘連，導致電動機缺相或過流運行，從而使電動機燒毀的難題；填補了國內磁力啟動器以專用電動機保護器模塊的保護起動器的空白。
 
功能特征
 
a、起動器設計有運行、斷相、過載故障狀態(tài)指示，為用戶檢修提供便捷。
 
b、起動器對空壓機的起動、運行至停機等全過程進行信號檢測記憶，自動適應空壓機電動機的熱功率要求，可以對電動機不同的熱狀態(tài)，采取不同的保護動作時間。
 
c、由于起動器內部設有冷態(tài)、熱態(tài)過載保護特性K系數(shù)曲線檢測電路及不平衡檢測電路，故能夠對空壓機電機在起動和運行過程中可能出現(xiàn)的斷相、過載、堵轉、阻塞、三相不平衡等故障均采用反時限特性進行保護。
 
d、起動器設計有自檢功能，可辨別電源輸入端與自身工作是否正常，而采取相應的自鎖措施。
 
e、起動器有效的解決了因氣壓自動開關在過氣壓時拒動作，導致電動機處于超負荷的過載或嚴重時可能發(fā)生阻塞行為，以及氣壓自動開關瞬態(tài)震跳（疑似晃電現(xiàn)象，特別是氣壓接近上限或下限臨界值狀態(tài)），同時使交流接觸器產生連續(xù)性同步震跳，致使交流接觸器的主觸頭在大電流沖擊下，熱量不能散發(fā)而燒壞或粘連造成缺相運行的問題。
 
f、起動器有效的解決了因止逆閥失靈后氣缸內剩余氣壓不能釋放，空壓機不能停機或卸載，造成電動機過載而燒壞的問題。
 
g、起動器有效的解決了空壓機因外圍用氣量不規(guī)則，迫使空壓機作頻繁起動，加上起動時大電流的產生，熱余量積累又不易散發(fā)，使電動機溫升過高，而難以保護的問題。
 
基本接線圖
 
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保護起動器（空壓機專用）應用實例
    
1、保護起動器（空壓機專用）為什么對空壓機電動機能起到良好的保護效果？以下舉例以解讀說明：
 
例1：空壓機電動機多次燒毀事故
 
故障現(xiàn)象：某鞋業(yè)公司一臺空壓機電動機，在短時間內發(fā)生兩次燒毀事故，電源開關有跳閘動作，燒毀時間都出在電源轉換場合。檢查電動機時，發(fā)現(xiàn)均有三相繞組過熱結緣碳化跡象，初步認定為電動機嚴重過載所
致。
 
原因分析：空壓機屬自動檔位工作，當電源轉換時（市電自備電），空壓機氣壓達到最大上限。由于停機時缸內氣壓未能排放，送電時直接自行起動，氣壓高，電動機起動困難，視為堵轉故障性質。而電動機工作電路又無合理保護，只設有電源開關（斷路器）以代替。所以當嚴重過載、堵轉故障發(fā)生時，斷路器雖然跳閘，但已為時過晚，只有燒壞電動機為代價。
 
改進處理：原因明確后，更換了新型的保護起動器（空壓機專用），事后遇到諸類故障，保護模塊起到應有保護作用，避免了電動機再次燒毀。
 
例2：空壓機磁力啟動器的交流接觸器頻繁損壞疑案
 
故障現(xiàn)象：某廠一臺空壓機，功率18kW，運行一年后出現(xiàn)不能正常起動運轉故障，經(jīng)初步檢查，發(fā)現(xiàn)接觸器主觸頭已明顯損壞，更換后幾天又出現(xiàn)同類故障，之后一個多月內連續(xù)換過兩次。
 
故障分析：交流接觸器短時間內連續(xù)損壞，這可是很不正常的現(xiàn)象，原因是什么？檢修人員仔細檢查觀察發(fā)現(xiàn)，在空壓機停機瞬間，交流接觸器偶爾出現(xiàn)快速震跳，主觸頭電弧火花非常明顯。那么什么原因引起接觸器震跳，檢查測量控制回路中的接線觸點，相關電器均無明顯故障疑點，經(jīng)分析可能是氣壓自動開關接觸器不正常引起。
 
處理方法：因此類故障現(xiàn)象發(fā)生率是偶然現(xiàn)象，隱蔽性強，難以發(fā)現(xiàn)。最后決定更換使用專用型保護起動器（空壓機專用）。更換后開機試驗，故障現(xiàn)象消失，經(jīng)半年使用，未出現(xiàn)類似故障現(xiàn)象。
 
例3：空壓機機械故障引起起動器動作保護
 
故障現(xiàn)象：某廠，一臺空壓機，運行中跳閘停車，故障指示“過載”，斷電延時復位后重新啟動時發(fā)現(xiàn)，電動機起動困難，并有明顯的電磁和震動噪聲，很短時間內，起動器保護模塊保護動作，電源跳閘。
 
檢查：停機檢查，電路、電器基本正常，無故障疑點，用人工方法轉動電動機軸，較為靈活，轉動空壓機飛輪時發(fā)現(xiàn)有傳動被卡，嚴重受阻現(xiàn)象，懷疑空壓機機械故障，拆開缸蓋，發(fā)現(xiàn)缸內活塞連桿損壞。
 
原因分析：空壓機發(fā)生嚴重機械損壞后，使傳動受阻，使電動機不能啟動。在保護術語上稱堵轉故障，電動機堵轉時電流大于正常起動電流，因為，起動器保護模塊有很強反時限特性在很短時間內起動保護動作。堵轉視為嚴重過載故障，此類型起動器保護模塊似“過載”指示顯示表現(xiàn)堵轉。
 
處理：空壓機機械故障處理排除后，即轉為正常啟動運行。
 
例4：空壓機頻繁起動的保護
 
故障現(xiàn)象：某廠一臺空壓機，在運行中多次出現(xiàn)動作跳閘，故障指示“過載”每次復位后又能重新正常起動運行。
 
檢查：返修人員對電路、電器檢查、無故障損壞疑點，對傳動部位用人工轉動，較為輕松自如，無阻礙現(xiàn)象。用鉗行萬用表測量起動電流、運行電流，均為正常范圍，只是發(fā)現(xiàn)電動機表面溫升較高，有燙手之感覺。
故障原因分析：既然電器、電路、機械、電流都無故障疑點基本正常。那“過載”動作原因是什么？經(jīng)現(xiàn)場觀察，認為是電動機頻繁起動引起的。因外圍用氣量大因此逼使電動機做頻繁起動工作。短時間頻繁起動電流產生的熱余量積累不能散發(fā)使電動機過熱，而起動器保護模塊設計具有熱記憶功能，能識別電動機實際熱狀態(tài)，似“過載”做出保護動作。避免了電動機因過熱燒損的可能。
 
處理：對外圍用氣量進行調整、控制、開機運行恢復正常。未見頻繁動作跳閘。
 
2、為什么保護起動器（空壓機專用）能使空壓機氣壓自動開關不正常工作得以化解？
 
解：原熱繼電器保護控制中，氣壓自動開關觸頭與熱繼電器“95、96”觸頭是串聯(lián)接于交流接觸器回路中，當氣壓自動開關發(fā)生不正常震跳時，有一定時差，就可以消除此類不正常現(xiàn)象。從理論上可以利用延時原理來解決。
 
保護起動器（空壓機專用）首先用特定的接線方式，把起動器保護模塊的工作電源改接由空壓機氣壓自動開關控制。
 
正常工作程序流程：當空壓機氣壓低于整定壓力下限值時，氣壓自動開關呈閉合，起動器保護模塊得工作電源，內部控制保護帶動交流接觸器吸合，空壓機電動機起動運行。
 
當氣壓上升超過整定值上限時，氣壓自動開關觸頭閉合轉為分斷，回路中交流接觸器同時失電釋放，電動機停止運行，如此反復循環(huán)自動控制空壓機電動機起停工作。
 
保護起動器（空壓機專用）工作電源特定接線方式，目的是為了給起動器保護模塊內部延時電路獲得放電的時間條件。所以，當氣壓自動開關出現(xiàn)不正常震跳動作時，起動器保護模塊內部控制延時動作。從而彌補改善氣壓自動開關震跳（疑是震蕩）頻率，起到穩(wěn)定電路工作。