1 引言
電機的保護，一直是電氣行業的一個較熱門的研究課題。保護電機的產品也很多，但總有這種或那種的不足。現在可編程控制器(簡稱PLC)已廣泛地應用到工業生產中，我們可以利用可編程中的功能來監視和保護電機的安全運行。
2 電機運行的基本情況及分析
大家知道，每臺電機在其額定的工作條件下，都遵循某一條固定的轉矩-轉差率(轉速)曲線運行，這一曲線就是電機的固有機械特性(見圖1)。
圖1 三相異步電機的機械特性
從曲線上可以定性地分析出電機的當前負載運行狀況，也就是從電機的轉速反映出電機的負載情況。從圖1看，ne點是電機的額定轉速點，如果運行點朝n0方向移動，說明電機輕載，電機在安全運行段;如果運行點朝nij方向移動，則說明電機進入超載。n下降多少反映出超載的實際程度。如果將單位時間內電機轉數信號進行分析、比較，就可得知電機當前運行在什么狀態下，也就是說將電機的運行情況處理成數字化了。經過數字化的處理，判斷故障的可靠性是很高的。
3 三菱PLC保護電機的安全運行
3.1 PLC內部某些功能的簡介
在PLC內具有計數和記時功能，其最小單位都是10ms。如果將電機每轉一圈作為一脈沖信號輸入，信號最短的周期是20ms(因為電機最高轉速是3000rpm)，這個時間大于計數和計時功能的最小單位。如果利用其高速計數功能，則可每s處理2000個信號。
3.2 據電機參數來確定其運行的保護點
這里選擇1臺電機為例來說明保護點的選擇，在手冊中選定1臺電機型號為:Y315M-6 90kW ne=980，堵轉轉矩=1.6，過載能力λ=2.0。
根據以上這些參數可求出最大轉矩的轉差率Sij:
Sij＝(λ＋(λ2-1)1/2)×(n0-ne)÷n0
＝(2＋(2×2-1)1/2)×(1000-980)÷1000
≈0.075
最大轉矩轉速nij
nij＝n0-n0×Sij＝1000-1000×0.075＝925
如果將保護點選在n=940，則每轉所需時間t=63.8ms;每轉10圈所需的時間t=638ms。根據PLC的特點，選擇單位時間為640ms，定義電機每轉10圈與計時器計64個時間脈沖進行比較，如果計時脈沖小于64個，則電機輕載;反之則電機過載，隨即報警或停車。
[NextPage]
3.3 PLC程序的設計
根據2.2的計算分析，在設計程序時，必須取電機的轉數n=11，因為定義為每轉10圈的時間，取n=11正好從1號脈沖到11號脈沖之間為10轉所需要的時間(見圖2)。
圖2 轉數信號與時間的關系
用輸入PLC的X401作為接收電機轉數的輸入信號;
計數器C660計輸入轉數;K=11;
計時器Y560作時間累計;K=64;
因保護點選在n=940，當電機進入正常運轉后，轉速n必定大于940轉，t/n<63.8ms，電機每轉11圈，計數器C660=0，計時器T560≠0。
當電機進入正常運行是，n≤940，t/n≥63.8ms。此時電機每轉11圈，C660=0或C660≠0，但T560=0;程序根據此條件發出停止電機運行命令。
3.4 程序原理圖
根據以上分析，設計出PLC程序原理圖(圖3)。
圖3 保護電機過載程序圖
以下根據圖3程序圖分析其工作原理。第12、13行是對外驅動電機起動、停車。當電機起動后，延時10s，保護電路程序投入運行;見14行，這是因電機起動時轉速很慢。
當起動電機Y30動作10s后(電機進入正常運行后)，T50動作，C660投入計數運行，見3行。當電機轉數脈沖X401第一脈沖到來后，使S300置位，開通T560計時器，在這段時間里，C660和T560同時計數和計時，當C660計數11滿，T560計時未滿，電機正常，C660的常開點閉合，促使PLS100發出一個脈沖(見15行)使C660、R300、T560復位，進入下一個周期。PLS101、PLS102總有一個脈沖信號發出(見7、8行)，促使M103動作，停止Y30輸出(見9~13行)，這樣就保護了電機的過載運行。
4 結束語
用此種方案對電機實行監視、保護切實可靠，在已使用PLC控制的現場尤為實用，它可人 為地任意選擇多個保護點，且動作迅速，可在1s之內切斷電源。利用這一技術，還可以推廣到機械轉矩的控制，當然投入實用還需進一步研究、探討。