PLC应用到三相交流异步电动机的综合保护设计

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摘 要：利用负序电流法和零序电流法监测三相异步电动机的运行状态，并设计电动机保护电路和plc的控制梯形图，提出用FX系列PLC进行故障类型判别和报警处理，设计方案原理简单、工作可靠。

关键词：负序电流；三相异步电动机；保护；PLC

1 引言

对三相交流异步电动机运行保护，传统的方法有两种：一是使用热继电器作为电动机过载和缺相保护，二是使用电机综合保护器进行保护。前者存在可靠性差和有效性差等缺点；后者对电动机接地故障未能进行有效的保护，并且体积较大，结构复杂、如果损坏只能整体换件。为了提高电动机保护装置的可靠性、有效性，本文提出了一种简单可靠的保护装置，并结合PLC实现故障判断和故障信号报警策略设计。

2 电动机保护原理

电动机是一种非线性、强耦合、多变量的电、机能量转换系统，在正常运行时三相电流的趋于平衡的，且电流不大于额定电流（起动时除外），如果发生断相、接地故障三相电流就不平衡，如果发生过载、短路故障、电流就会大于额定电流；采用电流互感器检测电动机负序电流的方法来提取断相保护信号，从零序电流提取接地、漏电保护信号，并用热继电器进行电动机的过载保护，用熔断器提供短路保护，将故障信号作为输入信号送入PLC进行故障判断及报警显示。

3 简单可靠的保护装置电路

电动机保护装置电路如图1所示，电压继电器KA5、KA6采集电源电压信号，三相电动机电流由电流互感器TA1、TA2、TA3采集，并经过整流后驱动电流继电器KA1、KA2、KA3，电动机的漏电和接地信号由TA4采集并整流后驱动KA4的线圈，当电动机正常运行时KA1、KA2、KA3、KA5、KA6的线圈电流应略大于它的最小吸合电流以保证继电器可靠动作，而KA4的线圈电流为零，继电器KA4不动作；当发生接地漏电故障时KA4线圈电流应略大于它的最小吸合电流以保证继电器可靠动作，并根据继电器的动作电流选择不同数据的电流互感器，整流桥选用3～5A/700V的整流桥；PLC的I/O接线图如图2所示。

4 工作过程分析

当闭合QS后，欠电压继电器采集电源电压信号KA5、KA6，如果它们不能吸合，则X0为OFF表明电源缺相或欠电压，这时按下起动按钮电动机不能起动，KM不会闭合，并发出相应的报警信号。如果电源正常，闭合QS，欠电压继电器KA5、KA6能吸合，则X0为ON表明电源电压正常，电源指示灯Y7亮，按下起动按钮SB1后KM线圈得电，电动机起动运行；电动机正常运行时，电流互感器TA1～TA3输出的二次电流经整流后，分别推动KA1～KA3，使X1为ON；若电动机出现某相失压（或者由于相间短路烧断熔断器造成的失压）、断相的不对称运行状态，则对应相的电流为零，则继电器KA释放，产生相应的故障信号X1为OFF，断相故障指示灯Y4闪烁，同时使KM线圈失电，并发出相应的报警信号。

如果电动机发生接地、漏电故障，电流互感器TA4

输出的二次电流经整流后推动KA4，使X2为ON，接地漏电故障指示灯Y6闪烁，同时使KM线圈失电，并发出相应的报警信号。

如果电动机电流超过正常电流一定时间后，热继电器动作产生过载信号X3为ON，过载故障指示灯Y5闪烁，同时使KM线圈失电，并发出相应的报警信号。

5 PLC的控制梯形图

为了区分几种故障信号，分别设置M10、M11、M12、M13四个存储继电器存储电源故障信号、断相故障信号、过载故障信号、接地故障信号。为了识别第一故障原因的信号，采用主控命令，当发生第一故障时，故障信号存储置位并退出主控，停止电机，并产生对应的闪烁信号和声音报警，直至按下确认按钮SB3，具体的梯形图如图3。

声音报警程序如图4，发生故障时Y10为ON则蜂鸣器响，按下确认按钮SB6后消声。

6 结束语

本文设计一种基于PLC控制的简单、可靠电动机综合保护电路，并以电动机失压、缺相、过载、接地故障为例，并提出基于PLC故障判别和报警策略的处理方法。其工作电路简单、具有理论根据、工作可靠的特点，因此这种方案具有很强的实用价值。■

参考文献

[1]许实章.电机学[M].北京：机械工业出版社，1990.

[2]王兆义.小型可编程控制器实用技术[M].北京：机械工业出版社，1996.

[3]沈标正.电机故障诊断技术[M].北京：机械工业出版社，2001.