电动机论文范文

导语：如何才能写好一篇电动机论文，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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论文摘要:在现代化生产程度很高的今天，企业的生产，产品的加工制造以及人们的日常生活都离不开电动机的使用，在电动机的使用过程当中有很多注意事项以及要求，否则将会发生机器的损坏，这对企业的运转，人民生活等都会带来诸多不便。对电动机常见的故障，主要分为电气和机械两种，每一种故障都给电动机的安全运行带来极大威胁。因此，对电动机的故障分析维护与检修更显得至关重要。

电动机具有结构简单，运行可靠，使用方便，价格低廉等特点。为保证时机的正常工作对运行的电动机要按电动机完好质量标准的要求进行检查，运行中的电动机与被拖动设备的轴心要对正，运行中无明显的振动，一定要保持通风良好、风翅等要完整无缺。要时刻观察和测量电动机电网电压和正常工作电流，电压变化不应超过额定电压的±5%，电动机的额定负荷电流不能经常超过额定电流，以防时机过热，同时检查电机起动保护装置的动作是否灵活可靠。检查电动机各部分温升是否正常，还要经常检查轴承温度，滑动轴承不得超过度，滚动轴承不得超过70度，滚动轴承运转中的声音要清晰、无杂音。对于电动机的运转环境要做到防砸、防淋、防潮。对于环境不良，经常挪动、频繁起动、过载运行等要加强日常维护和保养，及时发现和消除隐患。

一、电动机电气常见故障的分析和处理

（一）时机接通后，电动机不能起动，但有嗡嗡声

可能原因：（1）电源没有全部接通成单相起动；（2）电动机过载；（3）被拖动机械卡住；（4）绕线式电动机转子回路开路成断线；（5）定子内部首端位置接错，或有断线、短路。

处理方法：（1）检查电源线，电动机引出线，熔断器，开关的各对触点，找出断路位置，予以排除；（2）卸载后空载或半载起动；（3）检查被拖动机械，排除故障；（4）检查电刷，滑环和起动电阻各个接触器的接合情况；（5）重新判定三相的首尾端，并检查三相绕组是否有灿线和短路。

（二）电动机起动困难，加额定负载后，转速较低。

可能原因：（1）电源电压较低；（2）原为角接误接成星接；（3）鼠笼型转子的笼条端脱焊，松动或断裂。

处理方法：（1）提高电压；（2）检查铭牌接线方法，改正定子绕组接线方式；（3）进行检查后并对症处理。

（三）电动机起动后发热超过温升标准或冒烟

可能原因：（1）电源电压过低，电动机在额定负载下造成温升过高；（2）电动机通风不良或环境湿度过高；（3）电动机过载或单相运行；（4）电动机起动频繁或正反转次数过多；（5）定子和转子相擦。

处理方法：（1）测量空载和负载电压；（2）检查电动机风扇及清理通风道，加强通风降低环温；（3）用钳型电流表检查各相电流后，对症处理；（4）减少电动机正反转次数，或更换适应于频繁起动及正反转的电动机；（5）检查后姨症处理。

（四）绝缘电阻低

可能原因：（1）绕组受潮或淋水滴入电动机内部；（2）绕组上有粉尘，油圬；（3）定子绕组绝缘老化。

处理方法：（1）将定子，转子绕组加热烘干处理；（2）用汽油擦洗绕组端部烘干；（3）检查并恢复引出线绝缘或更换接线盒绝缘线板；（4）一般情况下需要更换全部绕组。

（五）电动机外壳带电：

可能原因：（1）电动机引出线的绝缘或接线盒绝缘线板；（2）绕组端部碰机壳；（3）电动机外壳没有可靠接地

处理方法：（1）恢复电动机引出线的绝缘或更换接线盒绝缘板；（2）如卸下端盖后接地现象即消失，可在绕组端部加绝缘后再装端盖；（3）按接地要求将电动机外壳进行可靠接地。

（六）电动机运行时声音不正常

可能原因：（1）定子绕组连接错误，局部短路或接地，造成三相电流不平衡而引起噪音；（2）轴承内部有异物或严重缺油。

处理方法：（1）分别检查，对症下药；（2）清洗轴承后更换新油为轴承室的1/2-1/3。

（七）电动机振动

可能原因：（1）电动机安装基础不平；（2）电动机转子不平衡；（3）皮带轮或联轴器不平衡；（4）转轴轴头弯曲或皮带轮偏心；（5）电动机风扇不平衡。

处理方法：（1）将电动机底座垫平，时机找水平后固牢；（2）转子校静平衡或动平衡；（3）进行皮带轮或联轴器校平衡；（4）校直转轴，将皮带轮找正后镶套重车；（5）对风扇校静。

二、电动机机械常见故障的分析和处理

（一）定、转子铁芯故障检修

定、转子都是由相互绝缘的硅钢片叠成，是电动机的磁路部分。定、转子铁芯的损坏和变形主要由以下几个方面原因造成。

（1）轴承过度磨损或装配不良，造成定、转子相擦，使铁芯表面损伤，进而造成硅钢片间短路，电动机铁损增加，使电动机温升过高，这时应用细锉等工具去除毛刺，消除硅钢片短接，清除干净后涂上绝缘漆，并加热烘干。

（2）拆除旧绕组时用力过大，使倒槽歪斜向外张开。此时应用小嘴钳、木榔头等工具予以修整，使齿槽复位，并在不好复位的有缝隙的硅钢片间加入青壳纸、胶木板等硬质绝缘材料。

（3）因受潮等原因造成铁芯表面锈蚀，此时需用砂纸打磨干净，清理后涂上绝缘漆。

（4）因绕组接地产生高热烧毁铁芯或齿部。可用凿子或刮刀等工具将熔积物剔除干净，涂上绝缘溱烘干。

（5）铁芯与机座间结合松动，可拧紧原有定位螺钉。若定位螺钉失效，可在机座上重钻定位孔并攻丝，旋紧定位螺钉。

（二）轴承故障检修

转轴通过轴承支撑转动，是负载最重的部分，又是容易磨损的部件。

（1）故障检查

运行中检查：滚动轴承缺油时，会听到骨碌骨碌的声音，若听到不连续的梗梗声，可能是轴承钢圈破裂。轴承内混有沙土等杂物或轴承零件有轻度磨损时，会产生轻微的杂音。

拆卸后检查：先察看轴承滚动体、内外钢圈是否有破损、锈蚀、疤痕等，然后用手捏住轴承内圈，并使轴承摆平，另一只手用力推外钢圈，如果轴承良好，外钢圈应转动平稳，转动中无振动和明显的卡滞现象，停转后外钢圈没有倒退现象，否则说明轴承已不能再用了。左手卡住外圈，右手捏住内钢圈，用力向各个方向推动，如果推动时感到很松，就是磨损严重。

（2）故障修理

轴承外表面上的锈斑可用00号砂纸擦除，然后放入汽油中清洗；或轴承有裂纹、内外圈碎裂或轴承过度磨损时，应更换新轴承。更换新轴承时，要选用与原来型号相同的轴承。

（三）转轴故障检修

（1）轴弯曲

若弯曲不大，可通过磨光轴径、滑环的方法进行修复；若弯曲超过0.2mm，可将轴放于压力机下，在拍弯曲处加压矫正，矫正后的轴表面用车床切削磨光；如弯曲过大则需另换新轴。

（2）轴颈磨损

轴颈磨损不大时，可在轴颈上镀一层铬，再磨削至需要尺寸；磨损较多时，可在轴颈上进行堆焊，再到车床上切削磨光；如果轴颈磨损过大时，也在轴颈上车削2-3mm，再车一套筒趁热套在轴颈上，然后车削到所需尺寸。

（3）轴裂纹或断裂

轴的横向裂纹深度不超过轴直径的10%-15%，纵向裂纹不超过轴长的10%时，可用堆焊法补救，然后再精车至所需尺寸。若轴的裂纹较严重，就需要更换新轴。

（四）机壳和端盖的检修

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热继电器利用负载电流流过经校准的电阻元件，使双金属热元件加热后产生弯曲，从而使继电器的触点在电动机绕组烧坏以前动作。其动作特性与电动机绕组的允许过载特性接近。热继电器虽则动作时间准确性一般，但对电动机可以实现有效的过载保护。随着结构设计的不断完善和改进，除有温度补偿外，它还具有断相保护及负载不平衡保护功能等。例如从ABB公司引进的T系列双金属片式热过载继电器；从西门子引进的3UA5、3UA6系列双金属片式热过载继电器；JR20型、JR36型热过载继电器，其中Jn36型为二次开发产品，可取代淘汰产品JRl6型。

带有热-磁脱扣的电动机保护用断路器热式作过载保护用，结构及动作原理同热继电器，其双金属热元件弯曲后有的直接顶脱扣装置，有的使触点接通，最后导致断路器断开。电磁铁的整定值较高，仅在短路时动作。其结构简单、体积小、价格低、动作特性符合现行标准、保护可靠，故日前仍被大量采用。特别是小容量断路器尤为显著。例如从ABB公司引进的M611型电动机保护用断路器，国产DWl5低压万能断路器(200-630A)、S系列塑壳断路器(100、200、400入)。

电子式过电流继电器通过内部各相电流互感器检测故障电流信号，经电子电路处理后执行相应的动作。电子电路变化灵活，动作功能多样，能广泛满足各种类型的电动机的保护。其特点是：

①多种保护功能。主要有三种：过载保护，过载保护十断相保护，过载保护十断相保护+反相保护。

②动作时间可选择(符合GBl4048．4-93标准)。

标准型(10级)：7．2In(In为电动机额定电流)，4-1Os动作，用于标准电动机过载保护，速动型(10A级)：7．2In时，2-1Os动作，用于潜水电动机或压缩电动机过载保护。慢动型(30级)：7．2In时，9-30s动作，用于如鼓风机电机等起动时间长的电动机过载保护。

③电流整定范围广。其最大值与最小值之比一般可达3-4倍，甚至更大倍数(热继电器为1．56倍)，特别适用于电动机容量经常变动的场合(例如矿井等)。

④有故障显示。由发光二极管显示故障类别，便于检修。

固态继电器它是一种从完成继电器功能的简单电子式装置发展到具有各种功能的微处理器装置。其成本和价格随功能而异，最复杂的继电器实际上只能用于较大型、较昂贵的电动机或重要场合。它监视、测量和保护的主要功能有：最大的起动冲击电流和时间；热记忆；大惯性负载的长时间加速；断相或不平衡相电流；相序；欠电压或过电压；过电流(过载)运行；堵转；失载(机轴断裂，传送带断开或泵空吸造成工作电流下跌)；电动机绕组温度和负载的轴承温度；超速或失速。

上述每一种信息均可编程输入微处理器，主要是加上需要的时限，以确保在电动机起动或运转过程中产生损坏之前，将电源切断。还可用发光二极管或数字显示故障类别和原因，也可以对外向计算机输出数据。

软起动器软起动器的主电路采用晶闸管，控制其分断或接通的保护装置一般做成故障检测模块，用来完成对电动机起动前后的异常故障检测，如断相、过热、短路、漏电和不平衡负载等故障，并发出相应的动作指令。其特点是系统结构简单，采用单片机即可完成，适用于工业控制。

2温度检测型保护装置

双金属片温度继电器它直接埋入电动机绕组中。当电动机过载使绕组温度升高至接近极限值时，带有一触头的双金属片受热产生弯曲，使触点断开而切断电路。产品如JW2温度继电器。

热保护器它是装在电动机本体上使用的热动式过载保护继电器。与温度继电器不同的是带2个触头的碗形双金属片作为触桥串在电动机回路，既有流过的过载电流使其发热，又有电动机温度使其升温，达到一定值时，双金属片瞬间反跳动作，触点断开，分断电动机电流。它可作小型三相电动机的温度、过载和断相保护。产品如sPB、DRB型热保护器。

检测线圈测温电动机定子每相绕组中埋入1-2个检测线圈，由自动平衡式温度计来监视绕组温度。

热敏电阻温度继电器它直接埋入电动机绕组中，一旦超过规定温度，其电阻值急剧增大10-1000倍。使用时，配以电子电路检测，然后使继电器动作。产品如JW9系列船用电子温度继电器。

保护装置与三相交流异步异步电动机的协调配合

为了确保异步电动机的正常运行及对其进行有效的保护，必须考虑异步电动机与保护装置之间的协调配合。特别是大容量电网中使用小容量异步电动机时，保护的协调配合更为突出。

a.过载保护装置与电动机的协调配合

过载保护装置的动作时间应比电动机起动时间略长一点。由附图可见，电动机过载保护装置的特性只有躲开电动机起动电流的特性，才能确保其正常运转；但其动作时间又不能太长，其特性只能在电动机热特性之下才能起到过载保护作用。

过载保护装置瞬时动作电流应比电动机起动冲击电流略大一点。如有的保护装置带过载瞬时动作功能，则其动作电流应比起动电流的峰值大一些，才能使电动机正常起动。

过载保护装置的动作时间应比导线热特性小一点，才能起到供电线路后备保护的功能。

b.过载保护装置与短路保护装置的协调配合一般过载保护装置不具有分断短路电流的能力。一旦在运行中发生短路，需要由串联在主电路中的短路保护装置(如断路器或熔断器等)来切断电路。若故障电流较小，属于过载范围，则仍应由过载保护装置切断电路。故两者的动作之间应有选择性。短路保护装置特性是以熔断器作代表说明的，与过载保护特性曲线的交点电流为Ij，若考虑熔断器特性的分散性，则交点电流有Is及IB两个，此时就要求Is及以下的过电流应由过载保护装置来切断电路，Ib及以上直到允许的极限短路电流则由短路保护装置来切断电路，以满足选择性要求。显然，在Is-IB范围内就很难确保有选择性．因此要求该范围应尽量小。

结语

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关键词：电动机无功补偿谐波

三相交流异步电动机具有一系列优点，作为动力设备在各行业中获得极广泛的应用，它在运行中依靠磁场传递进行能量转换来工作，不仅消耗有功功率，也需要无功工率。属感性负荷，因此功率因数较低，约为0.76～0.89，一般需要并联电容器进行补偿，以提高功率因数，同时也提高了端电压，有利于电动机的起动。

电动机进行无功补偿具有增容、节能、提高出力等优点，经济效益显著，目前已得到推广应用，但在推广中，对某些可能存在的问题(例如谐波的危害等)并没给予足够的重视与研究，现笔者通过下面实例说明，电动机进行无功补偿时，若条件合适，同样存在因谐波放大而造成的危害，应引起我们的注意。

1概况

我省境内某抽水站，安装运行3台180kW电动机，由于该站地处电网末端，电压较低，电机经常起动困难，为了提高功率因数和电压，用自愈式并联电容器(电容器回路中未串联电抗器)进行无功补偿，但是当电容器接入电网运行后，时间不长，就出现电容器损坏现象，随着运行时间增加，损坏的电容器越来越多，当时，怀疑电容器质量不良，就更换了电容器，但更后，仍出现同样问题，有关方面才怀疑是否存在其他原因，向我们提出咨询。

我们根据情况进行分析后认为，虽然该站地处农村，附近没有任何谐波源存在，电动机本身一般不作为谐波负荷处理，也没有见到过电动机进行无功补偿后发生谐波危害的报导，但还是不应排除存在谐波危害的可能，应先进行谐波测试与分析。

2电动机是产生高次谐波电流的谐波源

为了了解系统谐波情况，在低压母线上仅有3台电动机的运行工况时，进行了谐波测试与分析，为便于比较，将测试数据列于表1。

从表1中所列数据可以看到，谐波电流以3次及17次为主，根据测试数据，进行谐波功率计算后可知，3次谐波功率与基波功率方向相反，而17次谐波功率与基波功率方向相反，由此可判断3次谐波电流系由电源的3次谐波电压所产生，而17次谐波电流则由电动机所产生。对其他各次谐波进行计算，即可知16次等部分谐波电流亦由电动机所产生，因此电动机是产生高次谐波电流的谐波源，17次及其他各次谐波注入电网，使电网电压波形畸变，其中17次谐波电压高达4.727%，超过了GB／T14549-1993《电能质量公用电网谐波》中不大于4%的限值，同时也导致电压总谐波率达到5.563%，也超过了不大于5%的规定。

3无功补偿装置投入后产生了谐波放大现象

在低压母线运行着3台电动机的工况下投入无功补偿装置，对电容器回路进行谐波测试，发现由于谐波放大，通过电容器的高次谐波电流很大，表2中列出了测试数据。

从表2中所列数据不难看出，无功补偿装置投运后，发生了严重的谐波放大现象，其中16次与17次谐波电流已分别达到基波电流的129.2%与237.1%，而自愈式并联电容器国标中规定，包括谐波电流在内的允许过电流为1.3倍额定电流，因此，这时的谐波电流值是相当大的。

同时，电网的电压波形畸变加剧，低压母线电压的16与17次谐波电压含有率，分别由电容器投入前的1.886%与4.727%，增大到6.998%与11.34%，母线电压总畸变率亦由5.563%增大到14.71%，大大超过谐波国标的有关限制值，谐波电压的增大，说明注入电网的谐波电流也相应增大。

谐波电压的增大，将直接影响连接于该母线的各种电气设备的安全运行，资料表明，电动机在较高的谐波电压作用下，将发热烧坏，寿命缩短。

4电容器早期损坏的原因

4.1畸变的电压波形使电容器局部放电性能下降

由于谐波的存在，电压波形发生畸变，使电压峰值增高，呈锯齿状尖顶波。图1所示为实侧的电压波形。

一些试验表明，尖顶波电压易在介质中诱发局部放电，而且因电压变化速率快，引起的局部放电强度也较大，这将对电容器绝缘介质的老化起加速作用。

电容器的局部放电性能一般可用起始放电场强与局放熄灭场强两个参数来表征，若局放熄灭场强低于工作场强那么由于操作过电压所诱发的局部放电就可能在工作场强下不能熄灭，而形成长时间的局部放电。

试验表明，当电源电压含有谐波时，电容器的局部放电起始电压和熄灭电压均相应下降，而且当谐波含量较大，谐波次数越高，下降幅值越大。

虽然自愈式并联电容器国标中对局部放电性能未作明确要求，但是局部放电对绝缘介质的影响是客观存在的，长时间的局部放电，必然加速绝缘介质的老化，使其自愈性能恶化，最终导致电容器损坏。

4.2严重的谐波过电流使电容器损耗功率增加，导致电容器异常发热

在电容器的标准中，允许通过电容器的稳态过电流，应不超过电容器在额定频率，额定正弦电压下产生的电流的1.3倍，这个稳态过电流是由谐波和过电压共同作用的结果。



在本次测试中，电压没有超过额定电压，故过电流仅是谐波作用下的结果，现根据实际参数计算其过流情况，根据测试时基波电压为181.5V（相电压）谐波电流为基波电流的304.6％，电容器额定电压400V，三相三角接法，由此可计算得其稳态过电流对额定电流的比值为：

式中：Ie为通过电容器的稳态过电流；

Ie1为电容器在额定频率，额定电压下产生的电流

过电流对电容器的影响主要是热效应，而热效应决定于损耗功率的大小，损耗功率与通过的电流平方成正比。

根据电容器允许过电流条件，可计算得实际损耗增加倍率S：

即电容器的实际损耗功率为允许值的3.76倍，因此，在如此大的损耗功率下，电容器将异常发热，必然使其绝缘迅速老化而早期损坏。

5小结

篇4

1引言

在现代化生产过程控制中，执行机构起着十分重要的作用，它是自动控制系统中不可缺少的组成部分。现有的国产大流量电动执行机构存在着控制手段落后、机械传动机构多、结构复杂、定位精度低、可靠性差等问题。而且执行机构的全程运行速度取决于其电机的输出轴转速和其内部减速齿轮的减速比，一旦出厂，这一速度固定不可调整，其通用性较弱。整个机构缺乏完善的保护和故障诊断措施以及必要的通信手段，系统的安全性较差，不便与计算机联网。鉴于以上原因，采用传统的大流量电动执行机构的控制系统，可靠性和稳定性较差。随着计算机网络、现场总线等技术在工业过程中的应用，这种执行机构已远远不能满足工业生产的要求。笔者设计的大流量电动执行机构，采用机电一体化技术，将阀门、伺服电机、控制器合为一体，利用异步电动机直接驱动阀门的开与关。通过内置变频器，采用模糊神经网络，实现阀门的动作速度、精确定位、柔性开关以及电机转矩等控制。该电动执行机构省去了用于控制电机正、反转的接触器和可控硅换向开关模件、机械传动装置和复杂、昂贵的控制柜和配电柜，具有动作快、保护较完善、便于和计算机联网等优点。实际运行表明，该执行机构工作稳定，性能可靠。

2电动执行机构的硬件设计及工作原理

电动执行机构控制系统原理框图如图2-1所示。智能执行机构从结构上主要分为控制部分和执行驱动部分。

控制部分主要由单片机、PWM波发生器、IPM逆变器、A/D、D/A转换模块、整流模块、输入输出通道、故障检测和报警电路等组成。执行驱动部分主要包括三相伺报电机和位置传感器。

系统工作原理：

霍尔电流、电压传感器及位置传感器检测到的逆变模块三相输出电流、电压及阀门的位置信号，经A/D转换后送入单片机。单片机通过8255控制PWM波发生器，产生的PWM波经光电耦合作用于逆变模块IPM，实现电机的变频调速以及阀位控制。逆变模块工作时所需要的直流电压信号由整流电路对380V电源进行全桥整流得到。

控制系统各功能元件的选型与设计：

1)单片机选用INTEL公司生产的8031单片机，它主要通过并行8255口担负控制系统的信号处理：接收系统对转矩、阀门开启、关闭及阀门开度等设定信号，并提供三相PWM波发生器所需要的控制信号；处理IPM发出的故障信号和报警信号；处理通过模拟输入口接收的电流、电压、位置等检测信号；提供显示电动执行机构的工作状态信号；执行控制系统来的控制信号，向控制系统反馈信号；

2)三相PWM波发生器PWM波的产生通常有模拟和数字两种方法。模拟法电路复杂，有温漂现象，精度低，限制了系统的性能；数字法是按照不同的数字模型用计算机算出各切换点，并存入内存，然后通过查表及必要的计算产生PWM波，这种方法占用的内存较大，不能保证系统的精度。为了满足智能功率模块所需要的PWM波控制信号，保证微处理器有足够的时间进行整个系统的检测、保护、控制等功能，文中选用MITEL公司生产的SA8282作为三相PWM发生器。SA8282是专用大规模集成电路，具有独立的标准微处理器接口，芯片内部包含了波形、频率、幅值等控制信息。

3)智能逆变模块IPM为了满足执行机构体积小，可靠性高的要求，电机电源采用智能功率模块IPM。该执行机构主要适用功率小于5．5kW的三相异步电机，其额定电压为380V，功率因数为0．75。经计算可知，选用日本产的智能功率模块PM50RSA120可以满足系统要求。该功率模块集功率开关和驱动电路、制动电路于一体，并内置过电流、短路、欠电压和过热保护以及报警输出，是一种高性能的功率开关器件。

4)位置检测电路位置检测电路是执行机构的重要组成部分，它的功能是提供准确的位置信号。关键问题是位置传感器的选型。在传统的电动执行机构中多采用绕线电位器、差动变压器、导电塑料电位器等。绕线电位器寿命短被淘汰。差动变压器由于线性区太短和温度特性不理想而受到限制。导电塑料电位器目前较为流行，但它是有触点的，寿命也不可能很长，精度也不高。笔者采用的位置传感器为脉冲数字式传感器，这种传感器是无触点的，且具有精度高、无线性区限制、稳定性高、无温度限制等特点。

5)电压、电流及检测检测电压、电流主要是为了计算电机的力矩，以及变频器输出回路短路、断相保护和逆变模块故障诊断。由于变频器输出的电流和电压的频率范围为0～50Hz，采用常规的电流、电压互感器无法满足要求。为了快速反映出电流的大小，采用霍尔型电流互感器检测IPM输出的三相电流，对于IPM输出电压的检测采用分压电路。如图2-2所示。

6)通讯接口为了实现计算机联网和远程控制，选用MAX232作为系统的串行通讯接口，MAX232内部有两个完全相同的电平转换电路，可以把8031串行口输出的TTL电平转换为RS－232标准电平，把其它微机送来的RS－232标准电平转换成TTL电平给8031，实现单片机与其它微机间的通讯。

7)时钟电路时钟电路主要用来提供采样与控制周期、速度计算时所需要的时间以及日历。文中选用时钟电路DS12887。DS12887内部有114字节的用户非易失性RAM，可用来存入需长期保存的数据。

8)液晶显示单元为了实现人机对话功能，选用MGLS12832液晶显示模块组成显示电路。采用组态显示方式。通过菜单选择，可分别对阀门、力矩、限位、电机、通讯和参数等信号进行设置或调试。并采用文字和图形相结合的方式，显示直观、清晰。

9)程序出格自恢复电路为了保证在强干扰下程序出格时系统能够自动地恢复正常，选用MAX705组成程序出格自恢复电路，监视程序运行。如图2-3所示，该电路由MAX705、与非门及微分电路组成。

工作原理为：一旦程序出格，WDO由高变低，由于微分电路的作用，由“与非”门输入引脚2变为高电平，引脚2电平的这种变化使“与非”门输出一个正脉冲，使单片机产生一次复位，复位结束后，又由程序通过P1．0口向MAX705的WDI引脚发正脉冲，使WDO引脚回到高电平，程序出格自恢复电路继续监视程序运行。阀位及速度控制原理

阀位及速度控制原理框图如图3-1所示。

采用双环控制方案，其中内环为速度环，外环为位置环。速度环主要将当前速度与速度给定发生器送来的设定速度相比较，通过速度调节器改变PWM波发生器载波频率，实现电机的转速调节。速度调节器采用模糊神经网络控制算法(具体内容另文叙述)。

外环主要根据当前位置速度的设定，通过速度给定发生器向内环提供速度的设定值。由于大流量阀执行机构在运行过程中存在加速、匀速、减速等阶段。各阶段的时间长短、加速度的大小、在何位置开始匀速或减速均与给定位置、当前位置以及运行速度有关。速度给定发生器的工作原理为：通过比较实际阀位与给定阀位，当二者不相等时，以恒定加速度加速，减速点根据当前速度、阀位值、阀位给定值的大小计算得来。

执行机构各阶段运行速度的计算原理

图3-2为执行机构的典型运行速度图，它由若干段变化速率不同的折线组成。将曲线上速率开始发生改变的那一点称为起始段点，相应的时间称为段起始时间，如图3-2中的t(i)(i＝0，1，2，……)，相应的速度称为段起始速度，如图3-2所示v(i)(i＝0，1，2，…)。

设第i段速度的变化速率为ki，则有：

式中：Δv为两段点之间的速度变化值，Δv＝vi＋1－vi；

Δt为两段之间的时间，Δt＝ti＋1－ti。

显然，当ki＝0时为恒速段，ki＞0时为升速段，ki＜0时为减速段。任意时刻的速度给定值为：

Ts为采样周期。

变化速率ki的取值由给定位置、当前位置以及运行速度的大小确定。

4关键技术问题的解决

该电动执行机构采用了最新的变频调速技术，电机驱动功率小于5．5kW。用户可根据需要设定力矩特性，根据控制的阀设定速度，速度分多转式、直行程、角行程3种方式。控制系统由阀位给定和阀位反馈信号构成的闭环系统，控制特性视运行方式、速度而定，并具有自动过流保护、过载保护、超压、欠压、过热、缺相、堵转等保护功能。

该执行机构解决的关键性技术问题主要有：

1)阀门柔性开关柔性开关主要是为了当阀关闭或全开时，保证阀门不卡死与损伤。执行机构内部的微处理器根据测得的变频器输出电压和电流，通过精确计算，得出其输出力矩。一旦输出力矩达到或大于设定的力矩，自动降低速度，以避免阀门内部过度的撞击，从而达到最优关闭，实现过力矩保护。

2)阀位的极限位置判断阀位的极限位置是指全开和全关位置。在传统执行机构中，该位置的检测是通过机械式限位开关获得的。机械式限位开关精度低，在运行中易松动，可靠性差。在文中，电动执行机构极限位置通过检测位置信号的增量获得。其原理是，单片机将本次检测的位置信号与上次检测的信号相比较，如果未发生变化或变化较小，即认为己达到极限位置，立即切断异步电机的供电电源，保证阀门的安全关闭或全开。省去了机械式限位开关，无需在调试时对其进行复杂的调整。

3)电机保护的实现为了防止电机因过热而烧毁，单片机通过温度传感器连续检测电机的实际运行温度，如果温度传感器检测到电机温度过高，自动切断供电电源。温度传感器内置于电机内部。

4)准确定位传统的电动执行机构在异步电机通电后会很快达到其额定动作速度，当接近停止位置时，电机断电后，由于机械惯性，其阀门不可能立即停下来，会出现不同程度的超程，这一超程通常采用控制电机反向转动来校正。机电一体化的大流量电动执行机构根据当前位置与给定位置的差值以及运行速度的大小超前确定减速点的位置及减速段变化速率ki，使阀门在较低的速度下实现精确的微调和定位，从而将超程降到最低。

5)模拟信号的隔离。

对于变频器的直流电压以及输出的三相电压，它们之间的地址不一致，存在着较高的共模电压，为了保证系统的安全性，必须将它们彼此相互隔离。采用LM358和4N25组成了隔离线性放大电路。如图4-1所示，采用±15V和±12V两组独立的正负电源。若运放A的反相端电位由于扰动而正向偏离虚地，则运放A输出端的电位将降低，因而光电耦合器的发光强度将增强，则使其集射极电压减小，最后使运放A反相端的电位降低，回到正常状态。若A的反相端电位负向偏离虚地，也可以重回到正常状态。从而增强了系统的抗干扰性。

5结束语

该执行机构集微机技术和执行器技术于一体，是一种新型的终端控制单元，其电机是通过内部集成的一体化变频器来控制，因此，同一台智能执行机构可以在一定范围内具有不同的运行速度和关断力矩。该智能执行机构采用了液晶显示技术，它利用内置的液晶显示板，不仅可以显示阀门的开、关状态和正常运行时阀门的开度，还可以通过菜单选择运行参数设定，当系统出现故障时，能显示出故障信息。总之，该执行机构集测量、决断、执行3种功能于一体，顺应了电动执行机构的发展趋势，它的研制成功给电动执行机构的研究开发提供了新的思路。

参考文献

［1］邓兵，等．数字阀门电动执行机构［J］．自动化仪表，2001(1)．

［2］LiuJianhou．Theresearchonreliabilityandenvironmentadaptabilityofelectriccontrolvalveusedinunclearpowerstation［J］．MaintainabilityandSafety，vol．2，Dalian，China，28－31August2001．

［3］AntsaklisPJ．Intelligenceandlearning［J］．IEEEControlSystMag，1995(15)．

篇5

（1）滚筒体的三维模型本文设计的滚筒体直径D=630mm，滚筒体长度L=1800mm。由于设计的滚筒体直径较大，因此选取厚度为16mm。滚筒体采用Q235A型钢板焊接而成，弹性模量2.1×105MPa，泊松比μ=0.3，密度为77kg/m3，其许用应力为65MPa。根据以上设计参数，使用三维软件SolidWorks建立外装式电动滚筒滚筒体的三维实体模型。最终完成电动滚筒滚筒体三维实体模型。

（2）滚筒体有限元模型的边界条件有限元分析中的边界条件分为力约束和位移约束。本文只对滚筒体进行模态分析，所以只有位移约束。电动滚筒滚筒体可以沿着轴向旋转（绕着轴旋转），定义的约束必须要限制滚筒体其他5个自由度。所以要在2个端盖的轴孔内表面设置铰链约束，约束它3个方向的平动和2个方向的转动。

（3）滚筒体的网格划分SolidWorksSimulation提供了3种网格划分方式：四面体实体单元、三角形壳体单元和混合网格，本文采用三角形壳体单元作为划分单元。整个滚筒体模型共生成15623个节点，划分为13682个单元如图3所示。

（4）滚筒体的模态分析模态分析用于分析结构的振动特性，即确定结构的固有频率和振型。SolidWorksSimulation是一款基于有限元技术的设计分析软件，可以进行模态分析。由有限元法进行求解分析，得到滚筒体的前5阶固有振动频率和振型图如图4所示。其中第1阶模态频率0.0024595Hz是刚体的转动模态，没有实际参考意义；第2阶模态频率1369Hz，节点最大变形位移214.7mm，振型为扭曲形式；第3阶模态频率2043.1Hz,节点最大变形位移245.3mm，振型为弯曲形式；第4阶模态频率2043.9Hz，节点最大变形位移246.1mm，振型为弯曲形式；第5阶模态频率2048Hz，节点最大变形位移383.2mm，振型为弯曲形式。由振型图可以看出，随着频率的增加，滚筒体以弯曲振动为主且变形越来越大，最危险节点的变形位移也越来越大且总是在滚筒体的中心位置。在设计筒体时，可以通过加厚筒体或改善支承条件来抑制其变形。

在一定输入转速条件下，各齿轮的齿数决定了齿轮的啮合频率。设计滚筒内部的封闭行星齿轮传动机构时，确定各齿轮齿数及其他参数，要避开滚筒体的振动频率，以免发生共振。

2结语

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关键词：高压断路器电气机械联动可靠性比较

1引言

高压断路器在电力系统中起控制和保护作用，其性能的可靠与否关系到电力系统的安全、稳定运行。为降低非全相分合闸情况出现，有的场所需要用三相机械联动。有的用户更直观地判断三相机械联动断路器可靠性远大于电气联动的断路器，但实际情况却需要具体分析。

2断路器故障概率统计

据CIGRE于1988～1991年对1978～1991年投运的66kV及以上单压式SF6断路器进行的可靠性调查，共70708台年，因操动机构故障造成的失效占总失效数的64.8%，其中二次电气控制和辅助回路故障占21%，操动机构机械故障占43.8%。

1989～1997年全国电力系统110、220、330kV和500kVSF6，断路器操动机构部分故障统计见表1。操动机构包括2个部分，一是机械传动部分；二是包括控制机械部分合、分操作的控制回路和辅助回路，如接线端子、接触器、辅助开关、分合闸线圈、微动开关、马达、气体继电器等二次元件。共统计故障458次，机构故障304次。

表11989～1997年全国电力系统110、220、330kV和500kVSF6断路器操作机构部分故障统计

上述统计资料表明，目前断路器主要故障为操动机构故障，且机械故障占有较大比例。

CIGRE报告WGl3.06，故障按操动机构的类型来划分的情况见表2。

表2不同操动机构故障情况表

从中可以看出弹簧操动机构故障次数远远低于液压及气动机构，其可靠性相对较高。为避免机构类型不同对分析结果的影响，本文均选用弹簧机构的SF6高压断路器。

3电气联动与机械联动机构故障率分析

3.1电气及机械联动

三相电气联动的高压断路器一般采用三个独立操动机构，通过汇控箱使机构之间通过电气联接来实现三相联动，各相机构传动输出轴直接与极柱相连；在保护装置上，采用三相位置不一致继电器启动跳闸。

三相机械联动的高压断路器—般采用一个操动机构，断路器三个极柱与操动机构之间通过操作杆联接。

按SDJ5-85《高压配电装置设计技术规程》，屋外配电装置的相间距离不低于该规程中A2的要求，即110J、220J、330J、500J分别为1000mm、2000mm、2800mm、4300mm。

3.2故障可能性分析

对三相电气、机械联动操动机构故障发生的可能性，按表3进行分析。

表3发生重大事故的可能性

注：(*)弹簧机构和极柱之间为直接连接

对绝缘击穿和断路器无法开断或操作这两种故障，电气或机械联动听发生的机率应是相同的。区别在于弹簧机构内部的机械故障的不同以及弹簧机构与本体之间的机械故障的不同，即表中的P3和P50。

3.3故障分析

3.3.1机构与本体之间出现故障的可能

与电气联动相比，机械联动的断路器安装要困难得多。它需要在三极之间进行准确的调整，才能确保三极之间的机械联接在允许误差范围之内并保证其同期性。一般情况下，由于现场施工条件比较简陋，断路器基础及支架尺寸也会有偏差，再加上施工人员技术素质不同，很难满足安装的要求。从表1中也可以看出，机械部分变形损坏在机构部分故障中所占的比例达到23%，如果扣除液压和气动机构类型的影响，这种比例会更大，这也间接反映了现场安装调试难度加大，会造成运行后故障的增多。电气联动操动机构由于机构与断路器极柱直接连接，出现该故障的机率就少多了。

其次，对于机械联动机构，各极上的力和能量的传递是不一样的，离机构最近的一极将承受比较大的机械应力；各极之间的振动也不一样，离机构最近的一极，其振动程度最严重。此外，由于大气温度的变化，金属会热胀冷缩，连杆长度的变化会使断路器的分合闸时的位置发生改变，而这种改变的后果是严重的。

最后，机械连杆内部的应力会随着相间距离的变化而增大。一般与dA成正比(1≤A≤2)。线性变形时(如变形或伸长)，A=1；非线性变形时(如：膨胀)，A=2。试验表明，当相间距离小于2.5m时，应力还处在可接受的范围内。但是，当相间距离超过2.5m时，应力和变形就会对断路器的可靠性和稳定性产生影响。并且，由于SF6断路器开距要远小于少油断路器，因此机械传动上的微小差异，即对断路器性能造成很大影响。这也是世界上所有断路器制造商为什么不愿意生产300kv及以上的三相机械联动断路器最重要的原因之一。

3.3.2机构本身故障可能性

从表2可以看出，弹簧机构断路器的故障次数要远低于液压和气动机构断路器的故障次数。但三相联动机构与电气联动机构相比，前者所需操作功比后者要大的多，产生的应力和振动就大，对机构的破坏就大。当然，对各制造商来说，其产品性能与其制造质量、工艺水平有很大关系，用户可以选用年平均故障率低、质量可靠的制造商的产品以降低故障率，但总的说三相联动机构故障率P4远大于电气联动机构故障率P3。

4小结

三相机械联动故障率大于三相电气联动机构，在没有特殊要求的情况下，应尽可能选用电气联动机构的断路器；1l0kV及以下断路器相间距离一般小于2000mm，采用三相机械联动的方式比较适宜；220kV及以上断路器，相间距离一般为3000～4000mm，采用三相电气联动机构比较适宜。

参考文献

[1]CRHeising，ALJanssen，WLanz，etal．Summa-ryofCIGRE13.06WorkingGroupWorldWideRelia-bilityDataandMaintenanceCostDataonHighVoltageCircuit/peakersAbove63kV[A]．IndustryApplica-tionsSocietyAnnualMeeting[C]，ConferenceRecordofIEEE，1994．

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随着移动通信技术的发展，任何移动节点都可以与IP核心网进行无缝的连接，从而形成无线网络。就目前来看，数据连接的方法多种多样，如：WLAN、蓝牙和GSM等。其中在移动无线网络中的实现过程中，移动IP技术最为关键。移动IP一般包括移动节点、归属和外埠，其中归属和外埠又称为本地与外地，统称为移动。移动节点（mobilenode）指的是在移动环境下工作的一些安有移动信息接收和无线网卡的计算机通讯设备，由此这些设备具备了移动通讯和无线通讯的功能。简单点的说，就是这些设备具有了长久IP地址的移动终端。归属（homeagent）又称作本地，也就是说这是在本地链路上的路由器。同理，外埠（foreignagent）又称外地，就是在外部链路上的路由器。移动IP的原理如下：首先移动节点归属是信息的入口，相比较而言，外埠就是信息的出口。一般先经过归属进行数据包的封装，然后传达给外埠。当外埠接收到数据包之后，进行数据的解开并将其传递给移动节点。一般来说，数据包在隧道内时，路由环会将它重新放回到隧道的入口处。由此，需要在数据包上加封IP的报头。一旦归属将广播包传递到了移动节点那里，就需要对其进行重新封装。值得注意的是，归属向移动节点进行传送时的本地地址是里层隧道，相反的，归属往移动节点转交时的地址是外层隧道。当解封的IP报头获得得到了数据之后，就会报告移动节点，综上，这就是节点向移动节点发送数据的全过程。

2移动通讯中移动IP节点技术的实现

2.1移动IP节点的关键技术

在移动通讯中，移动IP节点技术实现的需要依靠的技术有很多，其中关键的技术就是隧道技术（Tunneling）。隧道技术的种类包括IP的IP封装、IP的最小封装和通用路由封装。RFC2004是这样定义IP的最小封装的：IP的最小封装是一种可以选择的隧道，其主要目的是为了能够减少实现隧道所需要的额外字节数，这个过程需要去掉IP的IP封装中的内层IP报头和外层IP的报头的冗余部分才能实现。

2.2移动IP节点的工作过程

通常情况下，移动IP的工作过程分为三个阶段：发现、注册和数据包传送。在发现阶段主要是由本地和外地进行周期性地广播消息，这样链路上的所有节点才能够接收到这个消息，并对其进行检查且决定它的连接方式是本地链路还是漫游链路。一般情况下，如果是漫游链路，移动节点就可以从广播消息中得到需要转交的地址。与此同时，移动节点依据IP报头来由此判断自己所处的位置，如果原IP地址的网络前缀和移动节点的本地地址的网络前缀相同，那么就可以确定移动节点处于本地链路上。由此，移动节点可以根据从广播消息中得到ICMP路由器广播部分的生存区域，并由这个阶段去通知移动节点从同一个处接收到一个广播的平均时间。

2.3移动IP节点的工作方式

移动IP节点主要有5个方面的基本工作方式，包括搜索、注册、注销、接受和发送数据包，接下来将对这五个方面进行详细的分析。

2.2.1搜索

搜索是指在保证移动节点能够正常运作的前提下，采用搜索的方式进行移动节点的寻找，从而能够得出自己所在的位置。移动IP节点在这个过程中完成三个功能：首先是分析出自己当前的位置是位于本地链路上还是外地链路上；其次，检查自己是否已经切换到了链路上；最后，如果自己已经位于外地链路上了，就可以获取外地链路上的转交地址。一般来说，在这个过程中需要由搜索完成两条简单的消息，分别是广播消息和请求消息。通常，本地会通过广播消息来进行移动节点功能的宣布，即当节点处于链路上时，才能够成为本地的服务器，从而广播消息，确定链路是否存在。这时就会出现两种结果，当存在，移动节点就可以在广播消息时获得本地服务器的地址，相反的，当移动节点不能够广播消息时，才可以发送请求消息。由于请求消息希望能够发送广播消息，在一定的时间内，移动节点就会通过转换链路来发送广播。由此，这种请求消息的选择是十分必要的。

2.2.2注册、注销制度

当完成搜索过程之后，才可以进行移动IP的注册。这时，虽然移动节点已经明确了自己的位置，但是注册是一个必不可少的环节。一般来说，注册的时间比较长，移动节点却不能移动自己的位置，而且当注册过期时，移动节点需要重新进行注册。注册的过程是要先将从外地链路上获得的转交地址移交给归属，使得过期的注册重新生效，然后等到重新回到本地链路上时，就可以进行注销操作了。

2.2.3传递数据包的选路

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1.1变电站电气自动化技术应用的现状。电气自动化技术是通过计算机、信号处理以及电子通信等技术，对变电站二次侧的电气设备进行自动监测，这种自动监测可以实时的反映变电站电气设备的运行情况，当系统故障时可以及时的发出故障信号，工作人员可以在第一时间准确地对故障进行处理，从而保证变电站安全可靠的运行。变电站自动化技术还可以提供原始数据帮助工作人员对电气设备进行检修和维护。电气自动化技术对变电站的安全运行具有非常重要的作用，所以电气自动化技术在变电站建设中得到了广泛应用。

1.2变电站电气自动化技术未来的发展趋势。科学技术的发展是非常迅速的，数字化已成为现实，变电站电气自动化技术也将迎来新的局面。随着计算机技术、信号处理技术、网络技术和通信技术等科学技术的发展和完善，与电气自动化技术的融合一定会在不久的将来实现，有了这些高端科学技术的融入，电气自动化技术一定具有大幅度水平的提高。这样就可以更加科学合理的对变电站进行设计和规划，同时也可以大大提高变电站运行的自动化水平，从而使变电站系统运行时能够快速的自动处理各种问题，使变电站的运行更为有效和安全。

2电气自动化技术在变电站中的应用

2.1电气自动化技术应用于变电站计算机监控系统。现如今计算机技术已经发展到了相当高的水平，社会各行各业都必须要用到计算机技术。计算机技术对变电站运行具有非常重要的作用，它可以实现对变电站系统内各电气设备的运行监控、监测，有利于提高变电站运行的安全性。通过与网络技术和通信技术的融合，电气自动化技术应用于变电站的计算机监测系统可以有效的扩大变电站计算机监控系统的范围。与此同时，还可以及时地对变电站运行中出现的各种问题和故障做出相应的处理。

2.2电气自动化技术应用于变电站中等电位连接。等电位连接就是将电气结构中，相适应的电气设备间的导电部位进行连接，这样做可以保证变电站运行时电源充足。等电位连接对于变电站的运行、维护的安全性具有重要的作用，它可以有效避免变电安全问题。所以将电气自动化技术应用到变电站等电位连接非常重要。

2.3电气自动化技术应用于变电站计算机保护。电气自动化技术应用于变电站中的一个主要的功能是计算机保护功能。各电气设备通过信号处理技术，将各自运行的状态信息通过通信技术传递给计算机，通过计算机对变电站中的电气设备进行监测和保护，可以保护变压器、线路等。当变电站运行发生故障时，计算机对接收到的故障信息进行分析，并发出相应的故障处理命令，由相应的电气设备执行命令，处理故障。这样就起到了很好的保护作用，所以将电气自动化技术应用到变电站计算机保护中是至关重要的，可以很大程度上提高变电站运行的安全性。

2.4电气自动化技术应用于变电站自行诊断。变电站的自行诊断功能是以电气自动化技术、计算机技术、网络技术和通信技术等为基础，通过对变电站各项运行数据的实时监测、分析对比，迅速找到故障点，并及时自行修复故障。电气自动化技术应用于变电站自行诊断不仅可以降低发生故障的概率，减少了工作人员的工作量，还可以有效提高变电站系统的运行效率。

2.5电气自动化技术应用于变电站数据的采集和处理。变电站的数据采集是变电站自动化系统中非常重要的环节，是电气自动化技术应用于变电站的主要表现。变电站运行中的数字信号和模拟信号是变电站运行数据的基本形式，可以表现变电站运行的各项数据，比如脉冲数据、状态数据等。变电站的数据处理指的是对各项数据的分析对比，来发出处理命令，比如对故障跳闸的处理、断路器状态的处理、故障警告的处理和隔离开关的状态处理等。电气自动化技术中的光电隔离方式和通信方式是采集和处理数据的主要方式。

2.6电气自动化技术应用于变电站记录故障数据。电气自动化技术的另一个重要功能是记录设备的故障数据，记录设备的故障数据主要是为了监控系统分析故障。当故障发生时，记录下当时的开关闭合闸状态和相应的保护动作的状态。通过对故障时各项数据的分析，可以在以后的检修和维护工作中做出正确的改进。

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1.1发电效率明显提升

社会的不断发展以及人们对生产及生活要求的不断提高，就导致了对电能的需求量会逐渐的增加，这为我国的火力发电工作带来了一定挑战，提高火力发电效率已经成为社会各界共同关注的问题。而原有传统的火力发电设备多数都需要较多的人员进行实际操作及控制，工作效率低，而将电气自动化技术应用于火力发电，可以使火力发电实现自动化控制，提高发电效率及电能产昌，更好满足社会需求。

1.2发电成本显著降低

用于火力发电的原材料通常都是煤炭及石油等可燃原料，原有的火力发电技术存在诸多问题，使得原材料的燃烧率不高，不能够充分燃烧而释放出全部的能量，这使得发电效果平平，投入了较多的原料却没有得到预期的电量，也就增加了发电成本。而将电气自动化技术应用到火力发电中，就可以对各种燃烧方法进行自动化控制，从而实现燃料的充分燃烧，使得燃料的浪费率大为降低，也就相应的节约了发电成本。

1.3资源得到最优化配置

在火力发电的过程中，所需要的是所有的资源是否能够全面合理的得以有效的利用，其结果对于电厂的发电效率有着直接的影响，过去较为滞后的发电技术，对于电力设备和原材料以及工作人员都没有进行更好更全面的加以利用，人员和原材料的浪费，设备发生了故障没有得到及时的发现和维护，对于火力发电在一定程度上都造成了损失。然而，自从电气自动化技术实现之后，对于设备运行中出现的障碍，能够得以有效的及早发现，在操作模式方面可以实现人机操作，时期资源在使用的过程中，能够将其最大的可利用价值给予充分发挥。

2火力发电系统应用电气自动化技术的可行性和必要性

电气自动化技术自诞生以来，在各行各业中都取得了十分骄人的应用成绩，其在数据采集及管理、运行控制等多个方面都取得了不错的效果。在火力发电系统中运用了电气自动化技术在对交流电进行采样、测量和监控的同时，还可以在新型计算机技术的协助下与工业输电之间的电网进行创新性和性能性革新。火力发电厂原来使用的火力发电技术中各系统与集散控制系统之间的数据传送量有限，加上工作人员无法周全的观察到所有的参数信息变化，这就导致了整个发电运行系统我们所能掌握的信息量较少，而且也导致了电力操作人员的操作内容不轻松和不能及时的发现运行装置系统中存在的问题，无法把握故障的发生。但是，对于电气自动化系统的火力发电，电力设备的自动化水平显著提高，在建立的火力发电的通信网络上传送的数据信号明显增多数倍。对于电力操作人员来说，很大程度上降低了操作难度和发现设备故障的难度。

3电气自动化在火力发电系统中各方面的应用实例

3.1实现炉机组一体化

在火力发电中运用电气自动化技术，就实现了火力发电厂的机、炉、电运行系统一体化的目标。这样整个系统的数据和运行信息就靠机、电、炉这个一体来监控运行和汇总分析。这样的一体化就更大的实现了火电机组的潜力，并且缩小了控制层的规模，简化了发电系统的监控系统，因此，也更大程度的降低了发电的生产成本。另一方面，炉机组这一统一单元实现了火力发电信息采集的便利化，更能提高火力发电厂的电厂信息管理系统的工作效率，统一了电网的运行和管理，提高了电网的工作效率，使电网保持在最优化的运行状态。

3.2实现设备的自动化检测

我国火力发电厂传统的系统控制及保护功能等只局限于电力运行系统内，是为了电力运行超过一定限定数值后，便会出现跳闸及报警的现象。但是现代化的电气自动化技术，可以运用计算机技术来进行检测，并实现对整个电力运行系统的有效控制，其不仅可以完成对发电系统的监控及诊断检测工作，同时还能够提前预测出可能发生的安全事故等，不是等到事故真的发生了现进行报警等，这样的工作方式有效的避免了电力安全事故的发生，降低了发电厂的经济损失。

3.3实现了通用网络结构的构建

在电气自动化系统的成功运行中，通用网络结构的构建起着至关重要的作用。通用网络结构实现了办公室自动化到整个系统的电气设备的运转自动化，完成了电厂的管理人员和操作人员对整个电厂设备的实时观测和监督，并且保证了控制系统、管理系统和计算机控制系统。

4结语

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风电机组中发生共振的现象时有发生，为了避免机组发生较大振动，需对塔筒以及整个风力发电机轴系进行共振裕度分析。塔筒为细长结构，可采用梁模型进行简化处理得到塔筒的1、2阶弯曲频率。轴系计算中，重点关心了机组的1、2阶扭转自振频率。风力发电机组的激振源较多，主要有转频、电网频率以及叶片通过频率，振动特性分析较为复杂。通过机组工作转速与固有频率的CAMPBELL分析以及机组的共振裕度分析表，从而可得出结论，该机组动力特性良好。塔筒为细长梁模型，一阶弯曲固有频率一般介于1倍工作转频至3倍工作转频之间，因此塔筒的频率必须首先保证避免共振。同时发电机部件由于激振来源较多，主要来自转频、电网以及叶片通过频率等，振动特性分析较为复杂。对于机组振动特性的分析，可以通过机组CAMPBELL分析.

2强度优化设计

为提高风电产品的市场竞争力，机组在保证性能的基础上，要具备成本优势以及开发效率优势。基于以上目的，优化设计的方向和目标大致分为以下几个方面。

2.1以降低重量为目标的多参数强度优化设计

降低重量主要是要通过减小产品的尺寸来实现。在保证产品的刚强度各项性能指标满足要求的前提下进行，即优化之后进行。许用应力值:σ≤［σ］疲劳损伤因子:D≤1，D＜0.5(焊缝)

2.2基于工艺成本控制的多目标强度优化设计

对于产品某些加工部位的表面光洁度可进行优化设计，对产品成型工艺可进行降本优化改进。例如，在保证疲劳可靠性的前提下，由原来的表面光洁度2.5μm增至12.5μm，显然降低了加工的难度，节约了加工成本。同样，由原来的锻造成型改为铸造成型，同样可降低机组的制造成本，并满足批量产生的需求。在工艺优化设计中，同样需保证结构的抗疲劳性能，需满足以下疲劳性能指标:疲劳损伤因子:D＜1，D＜0.5(焊缝位置)。

2.3整体提高产品性能的全新优化设计

上述2种优化方式与方法，参数的调整系统性不强。借助计算软件的先进优化算法，例如遗传算法等，可以对结构的重量、疲劳可靠性等进行系统的优化分析。

2.4基于软件设计开发平台，自主编程定制优化

设计流程，缩短开发周期为了能够满足批量产品的设计需求，在大量分析计算经验积累的基础上，对于某些特定问题，借助软件的设计开发平台，开发全参数的强度分析设计软件。

3风电机组中几类特殊难点问题

3.1螺栓连接强度分析计算

风机和发电机部件中，螺栓连接及焊缝连接是最常用的2种连接方式。对于此类问题的静强度与疲劳强度分析，考核标准以欧洲的标准体系British、GermanorDNV或美国的ASME标准为主。对于塔筒分段的链接螺栓，有学者提出了采用分段线性模拟螺栓在不同阶段受力的方法，该方法简单易行。对于塔筒与主机架、主机架与发电机主轴、轮毂与发电机等部位的连接螺栓，由于载荷较为复杂，采用上述经验公式已不能满足要求，需要借助FEA分析方法。结合载荷谱，通过计算最终得到螺栓的疲劳损伤值。

3.2焊缝连接强度分析计算

关于焊缝疲劳问题，国际焊接协会IIW－2003、欧洲标准Eurocode3part1.9、英国标准BS7608、挪威船级社DNV的相关规范，以及美国机械工程协会ASME规范，均给出了相应的计算方法。东方电机一般采用国际焊接协会中的热点应力法来分析焊缝疲劳。首先，在FEA分析模型中建立热点应力的参考点，单位载荷作用下，得到2个参考应力点的应力分量，然后通过外推公式，最终得到热点位置的应力分量。通过查找和选取相应的疲劳等级DC，计算之后得到焊缝损伤。若损伤因子D＜0.5，可满足抗疲劳的要求。

3.3传动链疲劳分析难点

传动链的疲劳问题较为复杂。主轴轴承的装配，使得载荷在该位置的传递出现了较大的非线性因素耦合效应，主要来自于3个方面:

(1)轴承轴向及径向紧量装配。

(2)轴承内部滚子与滚道的接触。

(3)螺栓预紧作用的非线性效应。这使得FEA模拟仿真结果具有较大的不确定性，成功解决此类问题的难点在于准确模拟滚子与滚道的接触应力传递。

4结语