电动机在生产运行中的火灾危险及其预防.docx

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电动机在生产运行中的火灾危险及其预防

电动机知识

电动机在生产运行中的火灾危险及其预防

一、电动机生产过程中存在火灾危险性以及对应的预防措施

电动机生产的工艺十分复杂，包括机壳制作、线圈绕制和嵌线、线圈浸渍处理等。

其中火灾危险性最大的是线圈浸渍处理过程，主要包括预烘、浸漆和干燥三个工序。

1.火灾危险性

（1）浸渍液在过滤、倾倒、搅拌过程中会产生大量静电，若未能及时释放而累积成高压静电，将会引发危险。

（2）当采用电热法进行预烘操作时，若温升失控可能导致火灾。

（3）热浸渍和预烘过程会产生大量的可燃、易燃气体，当浓度达到一定程度，遇明火或电弧极易发生燃烧爆炸。

采用真空加压浸漆法时，由于未采用惰性气体作保护，高压混合气体在反复循环使用中一旦达到其爆炸极限时，就可能发生爆炸。

（4）干燥操作过于急促，浸渍后的线圈液滴尚未干即行干燥，采用电热丝干燥时余液滴落等原因都可能引发火灾。

2.预防

（1）预烘工序最好采用水蒸汽加热或真空加热，并根据绝缘材料的耐热等级、预烘设备和线圈结构来控制预烘的温度和时间，防止预烘温度过高、时间过长而发生火灾危险。

（2）采用热浸法进行浸漆操作时，热浸车间应为一、二级耐火等级建筑，室内保持良好通风，风机叶轮应采用有色金属制造。

车间内严禁一切明火与能产生火花的操作，所有电气设备均应符合防爆要求并保持良好接地。

用甲苯清洗芯轴时，动作要轻，以防溅出，不得用合成纤维揩拭芯轴。

大型转子要使用行车吊运，行车运行要缓慢、稳妥。

漆缸内漆料和稀释剂不能加得太满，滴落在地板上的漆垢要及时定期清除。

漆缸要加盖放置，工件取出后要立即盖好。

浸好的工件，应先置于通风处晾干后再进行干燥。

（3）采用真空加压法进行浸漆操作时，除要做到热浸法的防火要求外，还应注意：

选用惰性气体进行加压；浸渍用的漆液应经常化验、过滤，消除其中的杂质；倾倒漆液时要用金属网过滤，倾倒量应小，搅拌时应缓慢，避免产生静电。

（4）干燥时，烘房要保持良好的通风条件。

若采用机械通风，轴流式鼓风机应采取防爆装置，送入烘房的热风不得循环使用，烘房应带有无插销的弹簧门。

最好采用蒸汽加热、热风干燥或真空干燥等干燥方式，避免采用电热丝干燥，以降低火灾危险性。

必须采用电热丝加热时，电热丝要与工件完全隔开，每隔一小时测温一次，防止浸液滴落在电热丝上引发燃烧。

干燥温度由低升高要平稳，使溶剂能缓慢蒸发，不致形成爆炸性混合物。

干燥时最高温度勿超过绝缘材料的耐热允许温度。

（5）烘房检修时，动火前应先办理有关审批手续，经同意后方可进行。

动火检修室应保证通风良好，靠近浸缸设备间的动火设备管路应全部拆除。

浸缸必须抽成真空，并将漆缸移出动火检测现场。

（6）生产性质相近的单元操作如预烘、浸漆、干燥等宜集中于同一防火建筑物内，便于生产和管理。

（7）现场浸漆所需的漆料、稀释剂等应根据用量随用随领，其储存时间一般不得超过一天。

用后要加盖密封，存于金属容器。

二、电动机运行过程中存在的火灾危险性以及对应的预防措施

1.火灾危险性

（1）电动机功率选择过小，产生“小马拉大车”现象，可导致电动机烧毁。

不根据场所环境条件错误地选择电动机形式，也会造成火灾危险。

此外，使用时起动方法不正确，都具有瞬间发生火灾的危险性。

（2）电动机的负载有一定限度的，若负载超过电动机的额定功率、或者长期电压过低以及电动机单相运行（或称缺相运行）都会造成电动机过热。

振动、冒火花、声音异常、同步性差等现象，有时甚至烧毁电动机，引燃周围可燃物。

（3）电动机长期过载运行或短时间内重复起动。

加之散热不良，均会加速绝缘层的老化，降低绝缘强度。

其他如制造、修理时不慎，人为破坏绝缘层，过电压或雷击等都会使绝缘损坏，发行短路起火。

（4）各线圈接点和电动机接地接点接触不良，会引起局部升温损坏绝缘，产生火花，电弧甚至短路等引燃可燃物，造成火灾。

同时，接地不良的电动机在发生漏电时，人体或其他导体接触带电机壳极易发生触电伤害事故。

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（5）电动机是高速旋转的设备，若润滑不良或结构不精确，如转轴偏斜在高速旋转中，剧烈的机械摩擦可使轴承磨损并产生巨大热量，进一步加剧旋转阻力，轻则使电动机工作失常，重则使电动机转轴被卡，烧毁电动机，引起火灾。

（6）电动机的铁芯硅钢片质量不合要求，铁损消耗过大，电动机可能发生过载事故。

（7）开启式电动机由于吸入纤维、粉尘、堵塞通风道，散热不良，引起火灾。

2.预防

（1）在购置电动机时，要参照其额定功率、工作方式、绝缘温升以及防爆等级等参数，并结合其设置的环境条件和实际工作需要来进行合理选型，做到既安全又经济。

（2）电动机应安装在牢固的机座上，周围应留有不小于1米的空间或通道，附近也不可堆放任何杂物，室内保持清洁。

所配用的导线必须符合安全规定，连接电动机的一段，应用金属软管或塑料套管加以保护，并须扎牢、固定。

（3）鼠笼式电动机的起动方法有全压起动和降压起动两种，一般优先选用全压起动。

但当电动机功率大于变压器容量的20％或电动机功率超过14千瓦时，可采用星——三角（Y－△）转换起动。

电抗降压起动和自耦变压器起动等几种降压起动方法。

绕线式转子电动机在其起动时其转子绕组的回路中常接入变阻器，通过改变回路电阻值来调整起动电流。

常用的变阻器有起动变阻器、频敏变阻器。

（4）电动机在运行中，由于自身或外部的原因均可能出现故障，因此应根据电动机性能和实际工作需要设置可靠有效的保护装置。

为防止发生短路，可采用各种类型的熔断器作为短路保护；为防止发生过载，可采用热继电器作为过载保护；为防止电动机因漏电而引发事故，可采用良好的接地保护，且接地必须牢固可靠。

其他还有欠压保护、温度保护等安全保护设施。

（5）电动机在运行中正常与否，还可以从电流大小、温度高低及温升大小、声音差异等特征观察。

因此在分析和判断电动机运行状况时，工作人员应进行必要的监控和维护。

包括对电动机的电流、电压、温升情况，特别是容易发热和起火部位进行监控，当发现冒青烟、闻到焦糊味、听到声音异常等现象，以及发生皮带打滑，轴向窜动冲击、定转子相擦、转速突然下降等故障时，应立即停机，查明原因，及时修复。

（6）要经常对电动机进行维修保养，停电时应将电动机的分开关和总开关断开，防止复电时无人在场发生危险；下班或无人工作时，应将电动机的电源插头拔下，确保安全。

三、结论：

本文就电动机在生产运行中的火灾危险及其预防措施做了简要的阐述，对电机的生产维护有一定的警示作用。

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随着起重机的不断发展，传统控制技术难以满足起重机越来越高的调速和控制要求。

在电子技术飞速发展的今天，起重机与电子技术的结合越来越紧密，如采用PLC取代继电器进行逻辑控制，交流变频调速装置取代传统的电动机转子串电阻的调速方式等。

在选型对比基础上，本项目电动机调速装置采用了先进的变频调速方案，变频器最终选型为ABB变频器ACS800，电动机选用专用鼠笼变频电动机。

在众多交流变频调速装置中，ABB变频器以其性能的稳定性，选件扩展功能的丰富性，编程环境的灵活性，力矩特性的优良性和在不同场合使用的适应性，使其在变频器高端市场中占有相当重要的地位。

ACC800变频器是ACS800系列中具有提升机应用程序的重要一员，

它在全功率范围内统一使用了相同的控制技术，例如起动向导，自定义编程，DTC控制等，非常适合作为起重机主起升变频器使用。

本文结合南京梅山冶金发展有限公司设备分公司所负责维修管理的宝钢集团梅钢冷轧厂27台桥式起重机变频调速控制系统，详细介绍ACC800变频器在起重机主起升中的应用。

1DTC控制技术

DTC（直接转矩控制，DirectTorqueControl）技术是ACS800变频器的核心技术，是交流传动系统的高性能控制方法之一，它具有控制算法简单，易于数字化实现和鲁棒性强的特点。

其实质是利用空间矢量坐标的概念，在定子坐标系下建立异步电动机空间矢量数学模型，通过测量三相定子电压和电流（或中间直流电压）直接计算电动机转矩和磁链的实际值，并与给定转矩和磁链进行比较，开关逻辑单元根据磁链比较器和转矩比较器的输出选择合适的逆变器电压矢量（开关状态）。

定子给定磁链和对应的电磁转矩的实际值，可以用定子电压和电流测量值直接计算得到。

在计算中，只需要一个电动机参数―――定子电阻，这一点和几乎需要全部电动机参数的直接转子磁链定向控制（矢量控制）形成了鲜明对比，极大地减轻了微处理器的计算负担，提高了运算速度

。

直接转矩控制结构较为简单，可以实现快速的转矩响应（不大于5ms）。

2防止溜钩控制

作为起重用变频系统，其控制重点之一是在电动机处于回馈制动状态下系统的可靠性（"回馈"是指电动机处于发电状态时通过逆变桥向变频器中间直流回路注入电能），尤其需要引起注意的是主起升机构的防止溜钩控制。

溜钩是指在电磁制动器抱住之前和松开之后的瞬间，极易发生重物由停止状态出现下滑的现象。

电磁制动器从通电到断电（或从断电到通电）

需要的时间大约为016s（视起重机型号和起重量大小而定），变频器如过早停止输出，将容易出现溜钩，因此变频器必须避免在电磁制动器抱闸的情况下输出较高频率，以免发生"过流"而跳闸的误动作。

防止溜钩现象的方法是利用变频器零速全转矩功能和直流制动励磁功能。

零速全转矩功能，即变频器可以在速度为零的状态下，保持电动机有足够大的转矩，从而保证起重设备在速度为零时，电动机能够使重物在空中停止，直到电磁制动器将轴抱住为止，以防止溜钩的发生。

直流制动励磁功能，即变频器在起动之前自动进行直流强励磁，使电动机有足够大的起动转矩，维持重物在空中的停止状态，以保证电磁制动器在释放过程中不会发生溜钩。

3系统硬件配置

梅钢冷轧桥式起重机上应用的ACS800变频器调速系统由电控柜，大小车变频控制柜，起升变频控制柜，联动控制台等组成。

主起升采用1台ACC800变频器驱动1台起升专用电动机，并在电动机轴尾安装1台速度编码器，做速度反馈用。

该速度编码器用来提高低速状态下电动机模型的速度和转矩计算精度，保证转矩验证，开闭闸等功能。

主起升采用斩波器加制动电阻实现制动功能，斩波器与制动电阻串联后接入变频器整桥与逆变桥之间的直流回路中，并由变频器根据中间直流回路电压高低控制斩波器接通与否（即控制制动电阻的投切）。

变频器配有RPBA201接口卡件，提供标准的Profibus2DP现场总线接口，用于与PLC通信控制，并接收PLC发来的开，停车命令和速度设定值等控制参数。

4起升变频器功能参数设置

ABB变频器在出厂时，所有功能码都已设置。

但是，起重机变频调速系统的要求与工厂设定值不尽相同，所以，ACC800中一些重要的功能参数需要重新设定。

（1）起动数据（参数组99）

参数99102（用于提升类传动，但不包括主/从总线通信功能）：

CRANE；参数99104（电动机控制模式）：

DTC（直接转矩控制）；参数99105～99109（电动机常规铭牌参数）：

按照电动机的铭牌参数输入。

（2）数字输入（参数组10）

参数10101～10113（数字输入接口预置参数）：

按照变频器外围接口定义进行设置，限于篇幅，不再赘述。

（3）限幅（参数组20）

参数20101（运行范围的最小速度）：

-1000r/min（根据实际电动机参数进行设定）；参数20102（运行范围的最大速度）：

1000r/min（根据实际电动机参数进行设定）；参数20103（最大输出电流）：

120%；参数20104（最大正输出转矩）：

150%；参数20104（最大负输出转矩）：

-150%；参数20106（直流过压控制器参数）：

OFF（本例中ACC800变频器使用了动力制动方式，此参数设为OFF后，制动斩波器才能投入运行）。

（4）脉冲编码器（参数组50）

参数50101（脉冲编码器每转脉冲数）：

1024；参数50103（编码器故障）：

FAULT（如果监测到编码器故障或编码器通信失败时，ACC800变频器显示故障并停机）。

（5）提升机（参数组64）

参数64101（独立运行选择）：

FALSE；64103（高速值1）：

98%；64106（给定曲线形状）：

0（直线）；参数64110（控制类型选择）：

FBJOYSTICK.（6）逻辑处理器（参数组65）

参数65101（电动机停止后是否保持电动机磁场选择）：

TRUE（在电动机停止后保持电动机磁场为"ON"）；参数65102（ON脉冲延时时间）：

5s.（7）转矩验证（参数组66）

参数66101（转矩验证选择）：

TRUE（转矩验证有效，要求有脉冲编码器）。

（8）机械制动控制（参数组67）

参数67106（相对零速值）：

3%；参数67109（起动转矩选择器）：

AUTOTQMEM（自动转矩记忆）。

（9）给定处理器（参数组69）

参数69101（对应100%给定设置电动机速度）：

980r/min（根据实际电动机参数进行设定）；参数69102（正向加速时间）：

3s；参数69103（反向加速时间）：

3s；参数69104（正向减速时间）：

3s；参数69105（反向减速时间）：

3s.（10）可选模块（参数组98）

参数98101（脉冲编码器模块选择）：

RTAC2SLOT2（脉冲编码器模块类型为RTAC，连接接口为传动控制单元的选件插槽2）；参数98102（通信模块选择）：

FIELDBUS（激活外部串行通信并选择外部串行通信接口）。

5试运行

变频调速系统的功能参数设定完后，就可进行系统试运行。

应先在变频器操作盘上进行速度给定，手动起动变频器，让起升电动机空载运转一段时间，并且这种试运行可以在5，10，15，20，25，35，50Hz等几个频率点进行，注意观察电动机的运转方向是否正确，转速是否平稳，显示数据是否正确，温升是否正常，加减速是否平滑等

。

单台变频器试运行正确后，再接入脉冲编码器模块进行速度闭环调试，试运行起升机构变频调速系统。

起升变频器手动运行无误后，就可接入PLC控制系统，进行整机联调。

整机联调中，关键要注意观察变频器起动与停止时，主起升机械制动器的开闭反应是否快速，钩头是否存在溜钩现象等。

其次还要注意观察钩头在下降过程中，制动单元和制动电阻投运后，其温升是否正常。

在重物下放过程中，重物的势能会释放出来，此时电动机将工作在反向发电状态。

在钩头下降过程中，电动机通过逆变桥向变频器中间直流回路充电，当直流回路的电压高于变频器系统设定值时，变频器控制斩波器接通，进而使制动电阻投入工作，以消耗变频器中间直流回路多余的电能，确保变频器中间直流回路电压稳定在一个特定电压范围内。

随着起重机的不断发展，传统控制技术难以满足起重机越来越高的调速和控制要求。

在电子技术飞速发展的今天，起重机与电子技术的结合越来越紧密，如采用PLC取代继电器进行逻辑控制，交流变频调速装置取代传统的电动机转子串电阻的调速方式等。

在选型对比基础上，本项目电动机调速装置采用了先进的变频调速方案，变频器最终选型为ABB变频器ACS800，电动机选用专用鼠笼变频电动机。

在众多交流变频调速装置中，ABB变频器以其性能的稳定性，选件扩展功能的丰富性，编程环境的灵活性，力矩特性的优良性和在不同场合使用的适应性，使其在变频器高端市场中占有相当重要的地位。

ACC800变频器是ACS800系列中具有提升机应用程序的重要一员，

它在全功率范围内统一使用了相同的控制技术，例如起动向导，自定义编程，DTC控制等，非常适合作为起重机主起升变频器使用。

本文结合南京梅山冶金发展有限公司设备分公司所负责维修管理的宝钢集团梅钢冷轧厂27台桥式起重机变频调速控制系统，详细介绍ACC800变频器在起重机主起升中的应用。

1DTC控制技术

DTC（直接转矩控制，DirectTorqueControl）技术是ACS800变频器的核心技术，是交流传动系统的高性能控制方法之一，它具有控制算法简单，易于数字化实现和鲁棒性强的特点。

其实质是利用空间矢量坐标的概念，在定子坐标系下建立异步电动机空间矢量数学模型，通过测量三相定子电压和电流（或中间直流电压）直接计算电动机转矩和磁链的实际值，并与给定转矩和磁链进行比较，开关逻辑单元根据磁链比较器和转矩比较器的输出选择合适的逆变器电压矢量（开关状态）。

定子给定磁链和对应的电磁转矩的实际值，可以用定子电压和电流测量值直接计算得到。

在计算中，只需要一个电动机参数―――定子电阻，这一点和几乎需要全部电动机参数的直接转子磁链定向控制（矢量控制）形成了鲜明对比，极大地减轻了微处理器的计算负担，提高了运算速度

。

直接转矩控制结构较为简单，可以实现快速的转矩响应（不大于5ms）。

2防止溜钩控制

作为起重用变频系统，其控制重点之一是在电动机处于回馈制动状态下系统的可靠性（"回馈"是指电动机处于发电状态时通过逆变桥向变频器中间直流回路注入电能），尤其需要引起注意的是主起升机构的防止溜钩控制。

溜钩是指在电磁制动器抱住之前和松开之后的瞬间，极易发生重物由停止状态出现下滑的现象。

电磁制动器从通电到断电（或从断电到通电）

需要的时间大约为016s（视起重机型号和起重量大小而定），变频器如过早停止输出，将容易出现溜钩，因此变频器必须避免在电磁制动器抱闸的情况下输出较高频率，以免发生"过流"而跳闸的误动作。

防止溜钩现象的方法是利用变频器零速全转矩功能和直流制动励磁功能。

零速全转矩功能，即变频器可以在速度为零的状态下，保持电动机有足够大的转矩，从而保证起重设备在速度为零时，电动机能够使重物在空中停止，直到电磁制动器将轴抱住为止，以防止溜钩的发生。

直流制动励磁功能，即变频器在起动之前自动进行直流强励磁，使电动机有足够大的起动转矩，维持重物在空中的停止状态，以保证电磁制动器在释放过程中不会发生溜钩。

3系统硬件配置

梅钢冷轧桥式起重机上应用的ACS800变频器调速系统由电控柜，大小车变频控制柜，起升变频控制柜，联动控制台等组成。

主起升采用1台ACC800变频器驱动1台起升专用电动机，并在电动机轴尾安装1台速度编码器，做速度反馈用。

该速度编码器用来提高低速状态下电动机模型的速度和转矩计算精度，保证转矩验证，开闭闸等功能。

主起升采用斩波器加制动电阻实现制动功能，斩波器与制动电阻串联后接入变频器整桥与逆变桥之间的直流回路中，并由变频器根据中间直流回路电压高低控制斩波器接通与否（即控制制动电阻的投切）。

变频器配有RPBA201接口卡件，提供标准的Profibus2DP现场总线接口，用于与PLC通信控制，并接收PLC发来的开，停车命令和速度设定值等控制参数。

4起升变频器功能参数设置

ABB变频器在出厂时，所有功能码都已设置。

但是，起重机变频调速系统的要求与工厂设定值不尽相同，所以，ACC800中一些重要的功能参数需要重新设定。

（1）起动数据（参数组99）

参数99102（用于提升类传动，但不包括主/从总线通信功能）：

CRANE；参数99104（电动机控制模式）：

DTC（直接转矩控制）；参数99105～99109（电动机常规铭牌参数）：

按照电动机的铭牌参数输入。

（2）数字输入（参数组10）

参数10101～10113（数字输入接口预置参数）：

按照变频器外围接口定义进行设置，限于篇幅，不再赘述。

（3）限幅（参数组20）

参数20101（运行范围的最小速度）：

-1000r/min（根据实际电动机参数进行设定）；参数20102（运行范围的最大速度）：

1000r/min（根据实际电动机参数进行设定）；参数20103（最大输出电流）：

120%；参数20104（最大正输出转矩）：

150%；参数20104（最大负输出转矩）：

-150%；参数20106（直流过压控制器参数）：

OFF（本例中ACC800变频器使用了动力制动方式，此参数设为OFF后，制动斩波器才能投入运行）。

（4）脉冲编码器（参数组50）

参数50101（脉冲编码器每转脉冲数）：

1024；参数50103（编码器故障）：

FAULT（如果监测到编码器故障或编码器通信失败时，ACC800变频器显示故障并停机）。

（5）提升机（参数组64）

参数64101（独立运行选择）：

FALSE；64103（高速值1）：

98%；64106（给定曲线形状）：

0（直线）；参数64110（控制类型选择）：

FBJOYSTICK.（6）逻辑处理器（参数组65）

参数65101（电动机停止后是否保持电动机磁场选择）：

TRUE（在电动机停止后保持电动机磁场为"ON"）；参数65102（ON脉冲延时时间）：

5s.（7）转矩验证（参数组66）

参数66101（转矩验证选择）：

TRUE（转矩验证有效，要求有脉冲编码器）。

（8）机械制动控制（参数组67）

参数67106（相对零速值）：

3%；参数67109（起动转矩选择器）：

AUTOTQMEM（自动转矩记忆）。

（9）给定处理器（参数组69）

参数69101（对应100%给定设置电动机速度）：

980r/min（根据实际电动机参数进行设定）；参数69102（正向加速时间）：

3s；参数69103（反向加速时间）：

3s；参数69104（正向减速时间）：

3s；参数69105（反向减速时间）：

3s.（10）可选模块（参数组98）

参数98101（脉冲编码器模块选择）：

RTAC2SLOT2（脉冲编码器模块类型为RTAC，连接接口为传动控制单元的选件插槽2）；参数98102（通信模块选择）：

FIELDBUS（激活外部串行通信并选择外部串行通信接口）。

5试运行

变频调速系统的功能参数设定完后，就可进行系统试运行。

应先在变频器操作盘上进行速度给定，手动起动变频器，让起升电动机空载运转一段时间，并且这种试运行可以在5，10，15，20，25，35，50Hz等几个频率点进行，注意观察电动机的运转方向是否正确，转速是否平稳，显示数据是否正确，温升是否正常，加减速是否平滑等

。

单台变频器试运行正确后，再接入脉冲编码器模块进行速度闭环调试，试运行起升机构变频调速系统。

起升变频器手动运行无误后，就可接入PLC控制系统，进行整机联调。

整机联调中，关键要注意观察变频器起动与停止时，主起升机械制动器的开闭反应是否快速，钩头是否存在溜钩现象等。

　　其次还要注意观察钩头在下降过程中，制动单元和制动电阻投运后，其温升是否正常。

在重物下放过程中，重物的势能会释放出来，此时电动机将工作在反向发电状态。

在钩头下降过程中，电动机通过逆变桥向变频器中间直流回路充电，当直流回路的电压高于变频器系统设定值时，变频器控制斩波器接通，进而使制动电阻投入工作，以消耗变频器中间直流回路多余的电能，确保变频器中间直流回路电压稳定在一个特定电压范围内。