交流異步電動(dòng)機(jī)故障綜合診斷方法研究

孫彬

摘要：交流異步電動(dòng)機(jī)在一些大型電氣設(shè)備中使用廣泛。由于交流異步電機(jī)自身構(gòu)成結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，因此故障產(chǎn)生后也體現(xiàn)出多元化特征。當(dāng)前針對(duì)交流異步電動(dòng)機(jī)所采用的故障診斷方法比較單一。本文就交流異步電動(dòng)機(jī)故障綜合診斷方法展開(kāi)探討。

關(guān)鍵詞：交流異步電動(dòng)機(jī);故障診斷;診斷技術(shù)

引言

電動(dòng)機(jī)是當(dāng)今工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的常用電器設(shè)備，它對(duì)我國(guó)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有著推動(dòng)作用，給人們生活帶來(lái)了巨大便利。=異步電動(dòng)機(jī)作為人們生活、生產(chǎn)中接觸最多的電動(dòng)機(jī)，有著結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、啟動(dòng)方便、體積小和工作可靠的優(yōu)勢(shì)，但任何一個(gè)設(shè)備經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期運(yùn)行都難免會(huì)出現(xiàn)一些故障問(wèn)題。

1定子電流分析技術(shù)

1.1定子信號(hào)采集

交流異步電動(dòng)機(jī)故障診斷中，定子電流分析技術(shù)可幫助快速了解交流異步電動(dòng)機(jī)使用中電流傳的情況。定子信號(hào)采集使用二次回路方法，在交流異步電機(jī)的輸入端設(shè)置動(dòng)力二次回路，輸入端與輸出端共同構(gòu)成完整的信號(hào)采集系統(tǒng)。在三相定子交流信號(hào)采集中，根據(jù)電流傳輸波動(dòng)所采集到的電子信號(hào)也會(huì)因此產(chǎn)生變化，所以電動(dòng)機(jī)使用的信號(hào)波形顯示方法控制在頻率4000HZ范圍內(nèi)，這種電動(dòng)機(jī)最常應(yīng)用在水泵中。

1.2基于電流頻譜分析技術(shù)的特征提取

（1）診斷轉(zhuǎn)子斷條故障。隨著轉(zhuǎn)子斷條數(shù)目的增加，f0（1-2s）處的幅值增大，若幅值為分貝（dB）形式，則斷條數(shù)目n為

式中 R———轉(zhuǎn)子導(dǎo)條數(shù); p———極數(shù); N———供電頻率f0與f0（1-2s）頻率的分貝幅值之差。（2）診斷電磁氣隙偏心故障。對(duì)電動(dòng)機(jī)定子電流信號(hào)作頻譜分析，通過(guò)檢測(cè)頻譜圖中是否存在相關(guān)頻率分量判斷氣隙是否偏心。如果存在氣隙偏心，電動(dòng)機(jī)定子電流中將出現(xiàn)頻率的附加分量

式中 k———整數(shù)，k=1，2，3，…。（3）診斷絕緣故障。通過(guò)對(duì)電動(dòng)機(jī)定子電流信號(hào)頻譜中的特征頻率進(jìn)行分析，可判斷定子繞組的絕緣狀況。如果絕緣不良，電動(dòng)機(jī)定子電流中將出現(xiàn)頻率的附加分量

當(dāng)定子繞組絕緣良好時(shí)，fdll的幅值不明顯;若fdll的幅值明顯增加，說(shuō)明繞組絕緣不良;若fdll的幅值超過(guò)一定閾值，表明繞組發(fā)生絕緣故障。

2振動(dòng)頻譜分析技術(shù)

2.1振動(dòng)信號(hào)采集

振蕩信號(hào)經(jīng)過(guò)采集整理后構(gòu)建成為集合，同樣可以反映出交流異步電動(dòng)機(jī)故障產(chǎn)生區(qū)域，以及故障的嚴(yán)重程度。利用該項(xiàng)技術(shù)是通過(guò)交流異步電動(dòng)機(jī)電磁加速部分，進(jìn)行振蕩信號(hào)采集，采集點(diǎn)數(shù)設(shè)置為50×1048。根據(jù)所采集到的數(shù)據(jù)樣本構(gòu)建出電動(dòng)機(jī)使用過(guò)程中輸入端原始電流波形，常規(guī)使用狀態(tài)下異步交流電動(dòng)機(jī)的振蕩波形具有固定特征，一旦發(fā)生故障，原有特征將會(huì)被打破，通過(guò)電子信號(hào)采集所生成的諧波振蕩頻譜也會(huì)因此產(chǎn)生變化。技術(shù)人員在對(duì)交流異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行故障排查檢修時(shí)，也可以參照諧波振蕩頻譜確定檢修方案。振動(dòng)信號(hào)采集中，由于交流異步電動(dòng)機(jī)在使用期間需要同時(shí)處理大量參數(shù)信息變化，信號(hào)采集難度也因此增大。對(duì)此，在故障綜合診斷中可以首先確定信號(hào)采集范圍，采用模糊處理技術(shù)來(lái)對(duì)信號(hào)是否有用做出初步判斷，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行信號(hào)振蕩分析，可以避免在無(wú)用信號(hào)范圍中浪費(fèi)大量時(shí)間。

2.2基于振動(dòng)分析技術(shù)的特征提取

振動(dòng)信號(hào)的頻譜分析也是診斷和監(jiān)測(cè)交流異步電動(dòng)機(jī)的有效方法。該方法的核心原理為

利用小波技術(shù)分解振動(dòng)信號(hào)，得到不同帶寬的信號(hào)，計(jì)算分解后的特征頻率及其幅值作為特征參量。此技術(shù)可提高診斷準(zhǔn)確性。小波變換的定義為

圖1為對(duì)原始信號(hào)進(jìn)行小波變換前后的頻域圖形。小波變換尺度為1。在各種運(yùn)行情況下，通過(guò)對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，采集大量信號(hào)并做相應(yīng)的處理與分析，總結(jié)得到各種故障引起的振動(dòng)特征頻率見(jiàn)表1。

表1中z為滾珠或滾柱數(shù)目;n為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速;d為滾珠直徑;D為滾珠分布直徑;β為軸承壓力角;f1為定子外加電源頻率;fr為轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)頻率;k=6，7，…，12;s為轉(zhuǎn)差率;靜態(tài)偏心時(shí)，nd=0;動(dòng)態(tài)偏心時(shí)，nd=1;nw=2，4，6，…。

3智能綜合診斷系統(tǒng)構(gòu)建技術(shù)

3.1硬件數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

智能綜合診斷系統(tǒng)在交流異步電動(dòng)機(jī)故障檢修中應(yīng)用比較頻繁。智能綜合診斷技術(shù)采用一種自動(dòng)化控制方法，可以根據(jù)交流異步電動(dòng)機(jī)在使用過(guò)程中出現(xiàn)的數(shù)據(jù)異常自動(dòng)調(diào)控，使其恢復(fù)安全使用狀態(tài)，這種方法不需要投入大量人力資源，僅僅通過(guò)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)便能完成故障檢修。由于交流異步電動(dòng)機(jī)使用中可能會(huì)出現(xiàn)硬件故障，僅僅通過(guò)智能綜合控制系統(tǒng)不能幫助其恢復(fù)功能，此時(shí)在硬件數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)幫助下，可以將這部分異常情況反映在診斷系統(tǒng)內(nèi)，并通過(guò)報(bào)警來(lái)通知技術(shù)人員。由此可見(jiàn)，智能綜合診斷技術(shù)是將軟件維護(hù)與硬件檢修相結(jié)合。軟件系統(tǒng)故障恢復(fù)與硬件損壞維護(hù)同時(shí)進(jìn)行，可更高效地防止交流異步電動(dòng)機(jī)實(shí)用風(fēng)險(xiǎn)的產(chǎn)生。

3.2軟件故障診斷系統(tǒng)

各部分的功能如下：（1）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)診斷儀主機(jī)，對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行信號(hào)采集，并存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中;（2）信號(hào)分析與處理系統(tǒng)包含10余種信號(hào)處理方法，可對(duì)電動(dòng)機(jī)的采集信號(hào)進(jìn)行處理、分析，并提取出相應(yīng)的故障特征;（3）故障診斷庫(kù)包含電動(dòng)機(jī)常見(jiàn)的電氣類與機(jī)械類故障及其主要特征，并可進(jìn)行添加、刪除、修改、查詢等各項(xiàng)操作;（4）自動(dòng)分析與處理系統(tǒng)可對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)處理、分析，并自動(dòng)與設(shè)備故障庫(kù)進(jìn)行比較，診斷出可能的故障。該故障診斷軟件與國(guó)內(nèi)外同類系統(tǒng)相比，其最大特點(diǎn)有以下幾點(diǎn)：（1）具有自動(dòng)處理數(shù)據(jù)的功能，極大地減輕診斷人員的數(shù)據(jù)分析工作量;（2）具有自動(dòng)建立診斷庫(kù)的功能，簡(jiǎn)化診斷檔案的建立工作，便于長(zhǎng)期積累數(shù)據(jù);（3）數(shù)據(jù)分析與處理功能強(qiáng)大，涵蓋30余種傳統(tǒng)與現(xiàn)代的故障診斷模型與方法;（4）具有數(shù)據(jù)的自適應(yīng)處理功能，無(wú)須分析人員過(guò)多的設(shè)置、選擇;（5）輸出結(jié)果功能強(qiáng)大，可適應(yīng)不同分析場(chǎng)合的需要。

結(jié)語(yǔ)

針對(duì)電動(dòng)機(jī)故障的診斷方法有很多，但幾乎所有的方法診斷對(duì)象均單一，只是針對(duì)電動(dòng)機(jī)某一類故障進(jìn)行診斷，而沒(méi)有可以同時(shí)對(duì)電氣類和機(jī)械類故障進(jìn)行診斷的綜合方法，并且有些診斷方法的理論研究和實(shí)際應(yīng)用尚不完善。因此，將電流分析與振動(dòng)分析相結(jié)合，開(kāi)發(fā)出合理、實(shí)用且能有效地解決電動(dòng)機(jī)電氣類及機(jī)械類故障的綜合診斷方法已經(jīng)迫在眉睫，未來(lái)技術(shù)發(fā)展也需要從這一層面重點(diǎn)強(qiáng)化。

參考文獻(xiàn)

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