电机故障智能诊断系统设计

1、 摘要 现代工业生产及产业部门以致我们的日常生活，几乎离不开各种各样的电机，电机作为一种复杂的旋转机械，具有复杂的电磁、机械特性，其故障也表现为多样性、复杂性，征兆多种多样，既有机械故障的一般特性，也有电气部件、磁场等故障特性。电机发生故障，其危害是非常严重的，举一个简单的例子，一台生产线上主要电动机的故障，必将造成生产线的停工，它甚至会影响整个大生产系统的工艺流程，影响之大可以设想。众所周知，电机类型很多，每类电机又有不同的规格、结构形式和使用条件等，电机发生故障时，电机维修工作的技术难度很大。论文首先论述了电机故障诊断技术的发展、现状及各种诊断方法的特点和存在的不足。着重对鼠龙型异步电机转

2、子绕组故障的故障机理分析与故障诊断系统两方面进行研究及其仿真，其目标是探索电机转子绕组故障的成因、发展、对电机运行的影响、引起的征兆，并研制出方便准确、实用可靠的故障诊断系统。本文简要叙述了频谱分析方法、异步电动机转子断条的机理、频谱分析诊断转子断条的原理以及转子断条诊断系统的组成, 最后给出了转子断条诊断程序设计流程图.研究鼠笼型异步电动机转子断条故障的在线检测方法。 当转子出现断条故障时，转速发生改变，转子中除了有sf1的频率分量以外，还会产生3sf1的频率分量，但是对于笼型转子得到的转子电流信号比较困难，这样在我所设计的检测系统中，通过检测轴磁通中这个特征分量来判断转子断条故障，从而达到

3、检测的目的。 所以在设计过程中，利用该系统测取轴磁通信号，经过频谱分析，可根据轴磁通信号中三倍转差频率分量的大小来检测感应电动机的断条故障。 关键词：电机；故障诊断；转子故障；智能 AbstractModern industrial production and industrial sectors close to our daily lives, almost inseparable from a variety of motors, motor as a complex machinery, with a complex electromagnetic, mechanical prope

4、rties, the failure also showed diversity, complexity, a variety of symptoms, both the general characteristics of mechanical failure, there are electrical components, such as failure characteristics of the magnetic field.Motor failure, the harm is very serious,to give a simple example, a major electr

5、ical fault line, will inevitably lead to the production line downtime, it will even affect the whole system of large-scale production process, the impact of can imagine. Is well known that many types of motors, each type has different specifications of the motor, structure and use conditions, the el

6、ectrical failure, electrical maintenance work of the technical difficultIn this paper first discuss the development, the present conditionand the vary fault diagnosis methods of electric motor.This dissertation consists of two parts, the fault mechanism analysis and the fault diagnosing system of ro

7、tor windings fault of the large-capacity asynchronous motor. The aim is to explore the cause and development of motor fault, its impact on the motor operation and the omen of rotor windings fault, and to develop a convenient, accurate, practical and reliable fault diagnosing system.This paper narrat

8、es the method of frequency analysis briefly. The mechanism of the open-circuit rotor of asynchronous motor , the principle of the diagnosis in the open-circuit rotor of asynchronous motor , and the construction of the diagnostic system for the open-circuit rotor of asynchronous motor are discussed.

9、The programming flowchart of the diagnosis in the open-circuit rotor of asynchronous motor is given. A method to detect squirrel cage induction motors with broken rotor bars and is presented. This system may be used as an on-line system to detect axial flux signals. The amplitude of 3sf1 frequency c

10、omponent of axial flux signals can examine broken rotor bar faults by spectrum analysis.Key Words： motor;fault diagnosis; Rotor Fault；Smart 目 录摘 要IAbstractII目 录III第1章 绪 论 1.1 电机故障诊断技术 1.1.1 电机与生产和生活的关系 1.1.2 电机故障诊断技术的特点 1.1.3 电机的故障诊断过程 1.2 研究本课题的意义 1.3 国内外电机诊断技术的研究与开发情形 1.3.1 国内情形 1.3.2 国外情形 1.4 本文研

11、究的主要内容 第2章 电机故障机理分析 2.1 概述 2.2 电机常见故障原因分析及处理方法第3章 异步电动机断条及偏心的故障分析 3.1异步电动机转子断条的分析 3.2 转子断条产生转子谐波磁势 第4章 电机故障诊断系统的总体设计 4.1 检测系统硬件部分 4.1. 概述 4.1.2 检测系统的硬件组成 4.2 检测系统硬件部分工作原理 4.2.1电网频率测量电路4.2.2 转差测量电路 .2.3 电流采样电路 4.3 系统软件部分 4.3.1 主界面 4.3.2系统软件部分功能 4.3.3 主程序框图 4.3.4 转差子程序 4.4 数据采样 结 束 语 参考文献 第1章 绪 论 电机作为

12、一种复杂的旋转机械，具有复杂的电磁、机械特性，其故障也表现为多样性、复杂性，征兆多种多样，既有机械故障的一般特性，也有电气部件、磁场等故障特性。大量故障结果的统计分析发现，电机故障按其原因分:轴承类占38.5%,绕组类占39%，两者之和占77.5%;从发生的部位来看，这两类故障分别占1/3，两者之和达2/3181。常见的电机电气故障有三大类型，即定子绕组故障、转子绕组故障和气隙偏心故障。 因此，为使电机的安全可靠运行，对电机故障机理的分析、对电机故障诊断方法的研究以及对电机故障诊断装置的开发都是十分必要的，不但具有重大的理论意义，而且具有相当的工业、社会经济价值。电机故障诊断理论的发展，也促使

13、人们对电机故障装置的开发提出了深层次的思考。因此，本课题不但能丰富电机故障诊断理论，而且更适合社会的需求，具有重大的社会、经济价值和工业应用价值。 随着现代科学技术的发展，工业设备对电机的安全性能提出越来越高的要求，因此电机的设备故障诊断技术受到越来越多人的关注。1.1 电机故障诊断技术1.1.1 电机与生产和生活的关系 从19世纪发明发电机和电动机以来，由于电能应用方便，而且电动机的性能优良，便于控制，使用与操作简单，因而得到了迅速普及，应用范围越来越广，使用数量越来越多，使人类从繁重的体力劳动中逐步解脱出来，从而推进和完成了人类历史上第二次的工业革命。而到了今天，在我们日常生活和生产活动中

14、，已经离不开电机，电机在日常生活中已无所不在。任何产业部门和每个家庭几乎离不开各种各样的电机，它作为当今世界上使用最普遍的、数量最多的供电设备和动力机械，几乎占领了所有领域。以工业生产部门为例，绝大多数的生产设备是依靠电动机驱动的。钢厂的轧钢机是由电动机驱动的，矿井提升机是依靠电动机升降的，化肥厂的压缩机是由电动机来拖动的，金属切削机床是由电动机驱动的，自来水厂的水泵是用电动机驱动的。在交通运输部门也是如此，驱动电力机车和内燃机车的是牵引电动机、起重机、带式运输机都是由电动机来驱动的，即使在飞机，汽车上也不能缺少各种辅助电机。 由于电机的使用环境差别万千，石油钻井平台是在潮湿的环境中，矿井电机

15、必须在矿井中和有爆炸性气体的场合下作业潜水电机长期在水下运行；航空电机要能在高空工作；湿热带电动机要能胜任在高温、高湿下运行；户外电机要耐得住长期风吹雨打。使用要求也是各不相同，电力机车、球磨机的驱动电动机首先要求能重载起动，轧钢电动机必须能承受频繁的冲击负荷和起、制动，矿井提升机和电梯电动机要求非常平稳的运行和准确定位，伺服电机则要求有很高的快速性，一些特殊岗位上的电动机则要求能高可靠性地运行。机电一体化对电动机的外形、结构和工作方式另有特殊要求，电动机将作为机电一体化设备和装置中的一部分，和其他元器件、零部件配合，在复杂功能的执行过程中，各尽其责，以实现整个过程的完成。这种方式工作的电动机

16、日趋增加，如机器人、自动相机、电子表中的电动机。机电一体化要求电动机能与其他部件更好地配合，外形、结构和特性必须作相应改变。 此外，现代控制技术的发属、电机必须做许多适应性改进。进入本世纪后，电机设计水平和制造技术有了很大提高，电机的性能有了很大改善。现代的电机不仅要求性能好、体积小、重量轻、运行可靠，丽邑必须能适应控制方式和电源条件改变所产生的影响。如60年代后，晶闸管静止变频电源逐步取代了变流机组，直流电动机必须能适应困电源中高次谐波分量和动态换向带来的种种问题，为此在直流电机中采用了叠片机座和各种反涡流阻尼措施。80年代后，交流变频技术已经成熟，并实现了工业化，使交流电动机调速问题迎刃而

17、解，而且正在迅速推广和普及，并在逐步取代大型直流传动系统。但与此同时，交流电机将面临适应变频电源和可逆运行的要求。电机的家族真可谓是一个大干世界，其种类、系列、型号、规格、结构类型如此之多，而差别又是如此之大。大型的发电机容量超过 1000MW，用于电子手表的微型电动机仅为几MW。大型轧钢电动机重量超过300t；而微型电机最小重量不到1g。因为电动机有各种不同的使用要求，因此，必须设计和制造成具有不同的运动特性、适应不听环境的电机来满足不同的使用要求。1.1.2 电机故障诊断技术的特点 1) 涉及较多的知识领域 电机诊断事设备诊断技术的一个部分，但是由于电机的工作原理和结构上的种种特点，其诊断

18、方法和采用的检测技术和其他设备的诊断有所不同。根据电机的工作原理，在他的内部存在着几个相互关联又不可截然分割的工作系统，因此，电机诊断需涉及较多技术领域。电机的功能是把机械能转化成电能(发电机)或将电能转化成机械能(电动机)，因此，除永磁电机外，其他电机都有两套电路，通过磁场相互耦合，在定、转子间气隙内实现能量交换，即通过磁场作为耦合场，实现机、电能量转换。因此，电机中大都存在相互独立的电路和一个耦合电路的磁场。电机绕组事实现能量转换的核心部件，绕组内导体之间，绕组对地之间均有不同的电压，电机内不同的电压是由不同绝缘材料组成的绝缘结构来隔离的。电机内不同绝缘结构构成了一个整体，这就是电机的绝缘

19、系统。为了实现能量转换，电机结构上必须实现一个可以相互运动的整体，这就要包括一个固定部分（定子）和一个旋转（或移动）部分（转子）。通常是用机座把定子铁芯和绕组定位在一个固定空间位置，因转动部分通常与转轴一起由轴承支撑在端盖上或底板上，这就是电机最为基本的机械系统。电机在进行能量交换的过程中，往往会产生电损耗、机械损耗和介质损耗，这些损耗最终都变成热能散逸出来，并由冷却介质带走，这就是电机的发热和冷却。电机的冷却是通过轴上风扇、强制鼓风或密封的冷却系统来实现的。电机的通风沟、风扇、挡风罩以及鼓风机、冷却器、过滤器等构成了电机的通风系统。综上所述，电机内部至少包括如下几个独立的、又相互关联的工作系

20、统：a)电路系统b)磁路系统c)绝缘系统d)机械系统e)通风散热系统电机运行中出现的故障，将会涉及这些独立的工作系统，因而电机的诊断比一般机械设备诊断涉及的技术领域要广一些。电机诊断涉及的知识领域有：电机学a）热力学和传热学b）高电压技术c）材料工程d）机械诊断学e）定子测量学f）信息工程技术g）计算机技术因此，要求诊断人员具有较高的素质。 2) 要熟悉诊断对象由于电机内存在几个相互关联的工作系统，故障起因和故障征兆往往表现出多样性，这为电动机故障诊断增加了难度，对电机进行诊断时，必须熟悉诊断对象。一个故障，在电机上常常表现出多种的故障征兆。例如，笼型异步电动机因笼条断裂或开焊时，就会出现振动

21、增加，起动时间延长，定子电流摆动，电机滑差增加，转速、转矩波动，温升增高等故障征兆，而且它们往往都是相关联的。端条故障发生后，如电动机继续运行，随着劣化过程断条数量将越来越多，征兆越来越显著，故障越来越严重，最终使电机失效报废。但也有相反的情况，有几个故障起因，同时反映出一个故障征兆。例如，一台直流电机运行中由于过载、机械振动、换向器变形、维护不当、温度过低等诸原因，造成换向恶化故障，这些因素往往同时反映出火花加大这一相同的征兆。在这种情况下，如仅仅只排除某一个故障起因并不能彻底排除故障，必须振动出所有故障起因，逐个排除这些起因，才能使电机发热换向状态恢复正常。电动机运行中由于负载条件、环境条

22、件或其他运行条件改变等原因，会导致电机出现各种故障，这些故障又会以各种不同的征兆表现出来，其关系是十分错综复杂的。如果对电动机的运行特性、结构、工作方式和负荷情况不熟悉，甚至不了解情况的话，要对电机故障进行诊断是十分困难的。只有对诊断某一台具体的电机有充分的了解后，诊断时 才能做出正确的判断。这是因为所有的故障都是按一定机理发生和发展的，有一定的客观规律，电机故障诊断的目的正是要根据这种规律，利用先进的检测手段和方法，并利用多年设计、运行经验和理论研究所形成的丰富的诊断软件，来判定故障原因，并制定出排除故障的维修方案，才能最终实现电机诊断的目的。因此，熟悉诊断对象对电机故障的诊断具有特别重要意

23、义。3） 有利于机电保护系统长期以来，处于重要位置的大型电机都有继电保护系统，用各种继电器整定到某一设定值，当运行参数和状态参数达到或超过继电器设定值后，继电器就会报警。一些重要参数超限并达到危险值时，会切断电路，让电机停止运行，以防止发生事故或事故扩大。通常大型电机的继电保护功能包括过电流保护、过电压保护、欠电压保护、差动保护、负序保护、失磁保护、逆电流保护、接地保护、过速保护、振动超限保护、过热保护、润滑油、冷却水、风机连锁保护。从表面上看，继电保护功能已很完善，但是必须知道，继电保护系统只是当被监视参数达到或超过继电器整定值才起作用，即只有当故障已经发生时才作用，而并没有预防功能。相反，

24、有时一个运行参数超限，继电保护系统动作，电机被突然切断而使生产流程中止，仍会导致很大损失。电机振动技术不但能根据早期征兆进行故障预报，并能对故障进行诊断和趋势分析，判定出合理的检修方案。由于继电保护和设备诊断技术功能是不同的，因此，决不能用继电保护系统来代替电机的诊断技术。1.1.3 电机的故障诊断过程 电机和所有的机器一样，在运行过程中有能量、介质、力、热量、磨损等各种物理和化学参数的传递和变化，由此而产生各种各样的信息。这些信息变化直接和间接的反映出系统的运行状态，而在正常运行和出现异常时，信息变化规律是不一样的，电机的诊断技术是根据电机运行时不同的信息变化规律，即信息特征来判别电机运行状

25、态是否正常。电机故障诊断过程和其他设备的诊断过程是相同的，其诊断过程应包括异常检测、故障状态和部位的诊断、故障类型和起因分析等三个部分。1） 异常检测。这是对电机进行简易诊断，是采用简单的设备和仪器，对电机状态迅速有效地作出概括性评价。电机的简易诊断具有以下功能：a)电机的检测和保护b)电机故障的早期征兆发现和趋势控制。如果异常检测后发现电机运行正常，则无需进行进一步的诊断;如发现异常，则应对电机进行精密诊断。 2）故障状态和部位的诊断 这是发现异常后接着进行的诊断内容，是属于精密诊断的内容。可用传感器采集电机运行时的各种状态信息，并用各种分析仪器对这些信息进行数据分析和信号处理，从这些状态信

26、息中分离出与故障直接有关的信息来，以确定故障的状态和部位。 3）分析故障类型和起因 这是利用诊断软件或专家系统进行电机状态的识别，以确定故障类型和部位。 故障诊断的后两部分是属于电机精密诊断的内容，电机的精密诊断是对于状态有异常的电机进行的专门性的判断，它具有下列功能： a）确定电机故障类型、分析故障起因； b）估算故障的危险程度，预测其发展； c)确定消除故障、恢复电机正常状态的方法。1.2 研究本课题的意义设备诊断技术，是由于设备的安全性和维修的迫切需要才应运而生的，科学技术和工业发展给设备维修管理提出了新的课题。在现代的各个新技术领域和工业生产中，设备的高可靠性运行和生产发展的迫切需求，

27、并有迅速发展的电子技术、计算机技术、信息技术作为它们的技术基础，已逐步形成而迅速崛起，并很快在各个领域得到推广和应用。它的作用和效益更日益显著，覆盖面越来越宽，并为更多的作用者所充分肯定。 1） 设备的诊断技术促进了维修方式的变革随着大生产的形成和生产社会化，企业生产能力和效率的提高，促进了生产设备现代化水平的不断提高，设备的管理和维修逐渐成为工业化大生产中一个重要问题，生产的不断发展促使设备管理和维修体制随之作适应性变革。70年代，由于设备诊断技术的的出现和迅速推广应用，以促使设备维修体系开始进入一种新的方式状态维修方式。从工业化大生产出现至今，设备维修大致经历了下列三种方式：a）事后维修b

28、）预防维修c)状态维修或预知维修到19世纪，由于蒸汽机和电动机的出现，工业化完成了手工作坊到大机器的工业革命，但是当时由于生产规模不是很大，机器设备比较简单，技术水平也较低，因此设备利用率和维修费用不是突出问题，并不引起人们的注意，对设备的故障也缺乏认识，设备管理意识比较淡薄，只是在坏了之后再进行修理。这种维修方式叫事后维修，是最早出现的维修方式。随着社会化大生产的发展，出现了流水线生产方式和流程生产工业，采用的机械设备的技术先进性和复杂程度有了很大的提高，机器运行节奏加快，设备故障对生产所造成的影响显著增加。为了防止事故发生，维修部门预先制定计划，定期进行检修和更换零部件，这种维修方式叫定期

29、预防维修，或称预防维修。计算机和电子技术的发展，促进了工业生产和科学技术的进一步发展，生产装备、军事装备、航天航空装备越来越先进和复杂，没有故障检测和诊断的先进手段，就很难预防各种随机因素引起的故障；另一方面也很难避免产生过剩维修。美国开始从可靠性工程研究入手，通过应用概率统计方式，定量的检测机器零部件的可靠程度和故障率，来确定机器的维修计划。这种方法提高了装配运行的可靠性，减少了不必要的过剩维修，减少了维修成本，取得了良好的效果。在此基础上，一些发达的工业国家将新的设备诊断技术应用于设备的管理和维修，根据设备状态检测和故障诊断所预知的设备状态来确定设备维修工作的内容和时间，制定维修方案，这种

30、维修方式叫状态状态维护或预知维修。由于设备诊断技术的出现，已促使设备的维修体制逐步进入到状态维修的阶段。2） 设备诊断技术延长了设备服役寿命 所有设备在整个服役期限内，故障发生的次数和使用时间之间是有着宏观规律的，虽然对每一台设备或电机来说，出现故障的次数和使用寿命各不相同，但其发展规律都是一致的，设备故障率和使用寿命的关系曲线如下，其形状两边高，中间低凹平坦，形似一个浴盆，故称设备故障发生的“浴盆”曲线。 通过日常的工作和学习总结我们对电机故障发展过程进行分析虽然每一台电机出现故障的次数和使用寿命各不相同但发展规律基本一致图示出了设备故障率与使用时间的关系。 a）初期阶段因设备刚投入使用由于

31、设计、安装、调试、操作不熟练等存在一些问题 故障率较高。 b） 稳定阶段的设备故障一般是突发故障故障率较低。 劣化阶段是电机随着运行时间的推移逐渐步入劣化期劣化现象开始显著故障率上升。 c）注意阶段是电机经过长期运行因机械疲劳、绝缘老化等原因机械故障、电气故障增多故障率增加这时要勤观察勤维护保养降低设备的故障率。 d）危险阶段运行的电机随时可能出现故障应作好备份进行计划大修。 一种故障在电机上常常表现出多种故障征兆,例如笼型异步电机笼条断裂或开焊时会出现起动时间延长、定子电流摆动、电机转速下降、转矩波动、温升增高、震动增加等故障征兆。也有几种故障同时存在却反映出一种故障征兆例如电机过载、铁芯绝

32、缘损坏和通风不好 都会造成电机铁芯发热。 电机中至少包括几个独立而又互相联系的工作系统如电路系统、磁路系统、绝缘系统、机械系统、通风散热系统等。 小型电机的故障及寿命时间主要跟周围环境、负载状况及温度有关例如酒钢集团公司各厂矿用绕线型起重电机，在夏季主生产旺季损坏率比较高，有些电机负载变化大的，如起重机，用的绕线电机有些电机的工作制式不断改变如机床用电机有些电机工作环境恶劣如水泥厂电机。这些电机有的绝缘良好电气或机械系统有这样或那样的问题有些电机的绝缘系统、电气系统和机械系统均有问题。1.3 国内外电机诊断技术的研究与开发情形1.3.1 国内情形 国内设备诊断技术的研究和开发是从70年代末期开

33、始的。当时国家经委下属的中国设备管理协会积极地推动、组织这项技术在国内各产业部门的应用和开发，1983年国家经委制定的国营工业交通设备管理试行条例中规定：“根据生产需要，逐步采用现代故障诊断和状态检测技术，发展以状态维修为基础的预防性维修”。这一条例的颁布试用，对于设备诊断技术在国内的推广，起了积极地促进作用，也引起了很多大型企业对这项技术的重视。80年代初国内一些重点大学相继成立了故障诊断研究室，并且取得了一大批研究成果，而且培养了一批硕士和博士研究生，为国内开展这一技术领域的研究做了准备，且输送了一大批优秀人才。1987年5月中国振动工程学会故障诊断学会成立，同年10月，由振动工程学会、故

34、障诊断学会和转子动力学学会联合召开了第一届旋转机械故障诊断对策研讨会。北京、沈阳、天津、上海先后成立了机械设备诊断技术委员会或研究开发中心，同时积极开展宣传、咨询、培训、技术交流等活动，有力的推动了这项技术的推广和应用。同时，冶金部、化工部在大力推广设备故障诊断技术的同时，在部内也成立了设备管理和故障诊断学会，以更有效地在部门内推广这项先进技术。 1.3.2 国外情形美国是开发设备故障诊断技术最早的国家。二次大战时，美国军用装备频繁出现故障，暴露了定期预防维修方式的弱点，为了解决这一问题，美国开始大力开展可靠性工程的研究。利用可靠性和故障率的的概率形式把设备状态定量的描述出来，并把研究成果引入

35、到飞机、坦克、舰艇等军事装备的管理维修中，取得了良好的效果。英国设备诊断技术研究工作开始于60年代末期。英国机器保健中心首先开展诊断技术的宣传、培训、咨询和开发，以后曼彻斯特大学等相继开展此项技术的研究，并取得了很多成就。欧洲其他国家的设备诊断技术研究和开发都有了进展，而且它们各具有自己的专长的技术领域和特色。如丹麦B#K公司的声学和振动的检测技术，具有很丰富的经验，开发了许多性能优良、功能很强的诊断仪器，为世界所公认。瑞典AGEMA公司对红外测温技术富有经验，所生产的红外热像仪普遍的被用于电力部门带电部件和输电线测温和大型冶金炉窑等的测温中。瑞典SPM对于轴承故障检测颇有特长，所生产的轴承脉

36、冲测量仪、电子听诊器等被广泛用于日常的点验中。挪威的船舶研究所在船舶的诊断和检测领域中，富有经验和特色。 1.4 本文研究的主要内容1）电动机故障形式及研究内容2）研究的方法3）故障诊断专家系统软件的开发4）故障诊断界面第2章 电机故障机理分析2.1 概述 设备诊断技术是应用先进的测试和分析仪器和计算机技术，检查和识别设备的实时技术状态，诊断它是否正常，并预测未来的技术。从系统工程的观点来看，诊断系统应包括以下几个部分；1） 故障诊断技术手段检测、分析装置和诊断软件；2） 故障诊断的执行者受过专门训练的操作人员；3） 被诊断对象设备或系统设备故障诊断是根据设备正常运行时产生的不同的信息变化规律

37、，识别设备运行状态是正常还是异常，因此，设备诊断过程通常包括了信息获得、数据采集、数据处理和诊断决策等过程，下图为设备诊断过程流程图。使用传感器从被诊断的设备或系统中获得原始信息是设备诊断的第一步。传感器使用方式有两种，它可以永久地安装在机器或设备某一固定部位（如状态检测系统中的传感器都是固定地安装在一个检测部位），也可以采用手持式传感器巡回检测方式，这时传感器往往与便携式测量或记录仪表，如振动计、声级计、数据采集器、磁带记录仪等配套使用。固定安装方式的传感器可以较方便的长期性获得机器运行的状态参数，并将数据送入数据采集系统和分析系统进行处理。手持式传感器和便携式监测记录仪表配套的检测方式比较

38、灵活，可以随时根据需要选择测点位置，但是必须在现场进行。这种方式实际上已经包括了数据采集过程，它只适用于设备简易诊断和间断式状态检测。数据采集和预处理也是设备诊断过程的第二步。为了使设备诊断得到正确的结论，数据分析系统得到的信息必须有高的保真度，因此，在信号的采集和传输过程中，必须注意被噪声污染，在背景噪声较大的地方，信号应该经过数字化处理后再进行传输，当有很多个信号需要采集和传输是，必须使用信号采集器或多路电子开关，以实现定时采样和检测的目的。但是，有很多从传感器获得的电信号并不具备直接进行信号处理的条件，必须进行阻抗变换、信号放大、滤波等处理，这些处理称信号预处理，信号预处理和数据采集有时

39、往往结合在一起，难以具体划分。数据处理是设备诊断中的重要一环，它往往是由各种分析仪，信号处理仪或计算机来完成。由传感器上获得的信息往往都是各种物理量的动态波形，而这些动态波形往往又是由很多幅值、频率、相位不同的波形混叠而成，为了分解信号内的各种频率成分的有效值，为了全面的揭示动态波形中包含的信息，必须对信号进行加工处理信号处理。信号分析可以采用各种数学处理分析方法，如时域分析、频域分析、幅值域分析等。这些分析有些已经可以通过硬件来实现，如FFT、数字滤波等，大大提高了分析和处理速度。诊断就是根据对机器运行状态检测和监测所得的信息，进行趋势分析和故障识别，确定机器运行是否存在故障，以及故障性质和

40、故障部位，做出诊断决策，制定设备维修计划，确定设备继续运行还是停机检修。在设备诊断领域中，目前已经出现了大量的诊断软件（其中也包括专家系统），这些诊断软件的出现，大大地提高了诊断的效率和可靠程度，它们能完成大量的数据处理，识别故障和作出诊断结论。这是因为诊断软件和专家系统的推理功能还没有完善到代替该领域专家的地步，而且复杂的现场环境也难以在诊断软件中全面考虑，诊断能力还受到一定限制。但是设备诊断技术的总趋势是采取更多的计算机来辅助诊断，开发出更多适应性强的诊断软件，使设备诊断效率和准确性更高。上面介绍的设备故障诊断过程是一个完整的程序，但是在实际使用中，不是每一次诊断都要进行完整的程序检测，往

41、往省略了某些过程和环节，例如采用简易诊断技术对设备状态进行“健康”检查，在检测过程中只是采集数据和作出判断，确定设备状态是否正常，还是需要立即维修或做进一步诊断，并不需要使用复杂的手段进行全过程的诊断。2.2 电机常见故障原因分析及处理方法1、线圈全部烧毁变色当三相绕组全部变成黑色时，说明该电机曾长时间过电流，轴承损坏，定转子严重相擦或电压等级不对。普通电机频繁起动，制动状态下运行也会出现此现象。如图a示：这是使用不当造成的。 2、一相或二相烧毁变色一相或二相全部变成黑褐色，一般是由于缺相运行造成。Y接运行时烧两相， 接运行时烧一相，如下图，缺相运行的原因一般发生在供电线路中，极少数发生在电机

42、内部（掉头或引线断），如图b为Y 接图c为 接 出现这种情况应先检查引线是否掉头或引线烧断，否则，是供电线路问题，和电机无关。3、局部烧毁或部分绕组变色如出现图（d）所示的局部烧断现象，说明该处发生了匝间短路或对地短路。若部分绕组变色，则是已有短路但还未达到最严重的程度，见分析图eh，图i是相间短路造成的。 4、匝间短路的判断方法4.1在三相电压平衡的情况下，原基本平衡的三相电流逐渐或突然变得非常不平衡，同时电机温升增加负载能力下降，可初步判定该机定子绕组匝间短路。4.2用电桥测试直流电阻，三相直流电阻不平度大，即某相变小说明该相发生了匝间短路：正常情况下，三相直流电阻不平衡度1%，超过此值说

43、明线圈有匝间短路的可能。4.3匝间仪测试5、三相运行电流不平在三相直流电阻平衡的情况下，三相运行电流不平衡应检查三相端电压是否平衡。电压的轻微不平衡能引起电流的极大不平衡，一般情况下空载不平衡大，满载时不平衡小，满载时不平衡度不超过10%。6、电机运行中噪声电机运行中会产生不同的声音，电机大小不同，结构不同声音会有明显的不同。如果运行中产生的声音在国家标准GB10069-2000“电动机噪声测量方法及噪声限值 ”规定的范围之内，属正常，超出标准范围均为噪声，应予以处理。6.1轴承噪声经长途运输的电机，试运行时会有明显的轴承异声，加注润滑脂即可解决，这是因为运输途中的颠簸，润滑脂从轴承部位流出造

44、成的。运行一段时间后出现的轴承噪声，须用听棒或螺丝刀放在轴承外盖仔细听，如果轴承运行的声音很均匀，加油即可解决，如果轴承运行中有明显的“咯噔”声，须更换轴承，同时检查轴承室的圆柱度。因为铸铁或钢板的端盖制造过程中均会产生应力，电机运行一段时间后，随着应力的释放，轴承室会变形，圆柱度可能会超差，在用户现场检查，轴承室是否变形的最好方法是用旧轴承回装。我公司电机轴承室内孔尺寸均为H7公差。6.2机械噪声若电机发出低频的“嗡嗡”声，一般原因如下：a) 内盖安装时偏，电机轴磨擦内盖，这时的声音是连续的，处理时可将内盖调换角度重新上紧。b) 若在启动或停机进出现断续的“嗡嗡”声，可以考虑是跑套，因为转速

45、低时滚动摩擦力相对大一些，轴承的滚珠在内、外环滚道中转动时带动外环或内环旋转的力相对大，如轴承室尺寸偏大，或轴颈尺寸偏小，外环或内环就可能转动，就会产生断续的摩擦声。这时往往会伴随断续的振动。若发生高频响声，可能是甩油环或挡水环松动。6.3振动噪声电机振动时会产生明显的噪声，尤其是共振，处理这种问题只有处理好振动问题。6.4电磁噪声电磁噪声是持续的断开电源立即消失的噪声，和设计制造均有关系，设计时槽配合选择不当、制造时定子冲片片间压力不当、真空浸漆不到位等等，都可能产生电磁噪声。处理时若重新浸漆没有明显改善就几乎没有办法了。7、轴承过热轴承过热的原因轴颈大了，轴承装上后，由于内环膨胀，轴承径向

46、游隙减小，运行时发热。同样道理，端盖或轴承套内孔小同样会造成轴承运行时过热。润滑脂过多或过少也会引起轴承过热。电机运行时受轴向力，电机的定位轴承会过热（一般是风扇端）。处理轴承过热时应先查明原因。一般情况下，端盖或轴承套内孔尺寸小或内孔变形是主要原因，修刮后即可。8、电机抱轴 隔爆电机抱轴，多是因为内盖和轴的间隙过小，运行因发热膨胀造成内盖和轴研死。发热的原因主要是轴承过热造成。现场修理时须检查电机轴是否弯曲，如弯曲须换轴，不弯曲更换零部件。现场检查时应观察轴承注油管是否有润滑脂，如没有说明没有按要求加润滑脂，还要检查轴承测温装置及继电保护是否使用正常。9、滑动轴承温度高。9.1强制润滑的滑动

47、轴承温度高有以下几种原因：a) 轴与瓦隙过小；b) 油囊开口小，进油量不足；c) 润滑油温度高；d) 轴瓦研伤；e) 回油不畅，进油量不足；在现场处理时，应先检查回油是否畅通，畅通时在回油透油镜上能看到油快速流动，能看到回油，但液面高，流速很慢，说明回油管安装不当，或回油管道有堵塞。回油没有压力，油是靠落差（自重）回到油箱中的，因此油箱的安装位置要保证回油口比轴承回油管水平线低1.2m以上。在保证安装正确的情况下，轴瓦温度还高，再检查轴瓦是否有问题，修刮轴瓦时间隙可控制在轴颈的3以下。另需注意，凡在现场检查轴瓦时都要把油囊适当开大，以保证进油量。油囊开大对轴瓦运行只有好处没有坏处。9.2自润滑

48、的滑动轴承因散热条件差温度高的现象相对多些，现场处理时除上述方法还应注意，定子温升对轴瓦的影响。10、漏油目前我公司生产的滑动轴承电机往电机内部渗漏油现象存在，这是电机内风扇运行时产生的负压造成的。现场解决方法有以下几种：1）防护等级较低的Y系列电机滑动轴承可在轴承上方的扇形盖板上钻多排小孔，或直接更换带有方孔的扇形盖板，靠外部空气进入电机内部减小轴承内盖区域的负压解决漏油问题。2）防护等级要求高的电机可以靠改内盖结构，在电机外部通正压气体的方法，消除内盖区域的负压，解决漏油问题。同样的道理YB系列高压自润滑结构的电机，风扇端轴承会因电机外风扇工作时产生的负压向外漏油，漏出油被风吹走，在风管中

49、流到电机轴伸端，解决方法相似。3）油压过高，进油量过大，回油不畅均会造成向内、向外漏油现象。实际上，轴承进油口的压力是无法控制的，说明书上要求的0.010.05Mpa的油压是为了保证从润滑站出来的润滑油克服管道阻力后能顺利地流到轴承座内部，油进入轴承座后的油压是零，轴承座进油口的压力也是零！我们控制的是润滑油的流量，节流孔板、调节阀（节流阀）均是流量调节元件。在回油畅通的情况下流量调节到油窗的一半正好。在这种情况下一般不会向外漏油，如漏油应检查浮动油封的回油孔是否堵塞，清理回油孔，把回油孔适当钻大能很好地解决向外漏油的问题。一般情况下不用更换浮动油封。根据向内漏油的机理，除了通风，通正压气体外

50、还可以通过增加油雾向内漏油的阻力来解决漏油问题，最好的方法是用硅质密封胶把最外侧的浮动油封的油槽填满（最多可以填满两道槽），靠密封长度加长，增加油雾流动的阻力解决漏油问题。11、振动振动的原因很多，4极以上多极数电机不会因为电机制造质量问题引起振动，振动常见于2极电机，振动的原因很多，GB10068-2000，旋转电机振动限值及测试方法规定了在刚性基础上不同中心高电机的振动限值、测量方法及刚性基础的判定标准，依据此标准可以判断电机是否符合标准。处理电机振动问题，按以下步骤进行：1)、把电机和主机脱开，空试电机；2）、检查电机底脚振动值，依据国标GB10068-2000，底脚板处振动值不得大于轴

51、承相应位置25%，如超过此值说明电机基础不是刚性基础。3)、 如四个底脚只有一个或对角2个振动超标，松开地脚螺栓，振动就会合格，说明该底脚下垫得不实,地脚螺栓把紧后引起机座变形产生振动,把底脚垫实,重新找正,拧紧地脚螺栓.4)、在基础上，4个地脚螺栓全松开，振动仍超标，检查轴伸联轴器是否和轴肩平，如不平，轴伸上多余的键产生的激振力会引起水平振动超标，（如下图）。这种情况振动值超得不会太多，往往和主机对接后振动值能下降，应说服用户使用，二极电机在出厂试验时根据GB10068-2000在轴伸键槽内装在半键。5)、 如空试电机不振，带上主机振动有两种原因，一种是找正偏差较大，另一种是主机的旋转部件（

52、转子）和电机转子对接后整个轴系的残余不平衡量大产生的激振动力大引起振动，可以把联轴器脱开，把两个联轴器中的任一个旋转180，再对接试机，振动会下降。6)、 振动烈度（振速）不超标，振动加速度超标，只能更换轴承。军标考核电机振动的指标是振动加速度不是振动烈度。7)、 二极大功率电机的转子由于刚性差，长时间不用转子会变形，再转时可能会振动，这是电机保管不善的原因，和电机制造无关。8)、 滑动轴承的电机振动和轴瓦的装配质量有关，应检查轴瓦是否有高点，轴瓦的进油是否够、轴瓦紧力、轴瓦间隙、磁力中心线是否合适。9)、 一般情况下，电机振动的原因，可以从三个方向的振动值简单判断，水平振动大，转子不平衡，垂

53、直振动大安装找正不好，轴向振动大，轴承装配质量差，这只是简单判断，根据现场情况综合考虑，查找原因。10)、Y系列箱式电机的振动应特别注意轴向振动，如轴向振动大于径向振动的3050%，对电机轴承的危害极大，会引起抱轴事故，注意观察轴承温度，如球轴承比柱轴承升温速度快，应立即停机。这是因为机座的轴向刚度不够引起的，应加固机座。11)、转子平衡后，转子的残余不平衡量已经固化，不会改变，电机本身的振动值也不会随着地点、工况的变化而变化，在用户现场是能处理好振动问题的。12)、除了极特别的情况，如柔性基础、转子变形等，须做现场动平衡或返厂处理。12、风机常见故障风机在正常运行中常见以下故障：1） 轴承温

54、度高由于风机结构的特殊性，电机轴承注油管长，且弯道多，注油时阻力大，注油时往往感觉油加进去了，实际油并没有加到位，轴承因缺油温度高，正确的加油方法，一边观察轴承温度，一边加油，温度开始升高时，停止加油，观察轴承温度升高1小时左右温度是否下降，如下降为正常，不下降应拆检风机电机。2） 定子绕组温度逐渐升高风机在运行中电流没有变化，定子绕组温度逐渐升高的原因是风机内电机自身散热条件发生了变化，一是电机风扇罩进风口堵塞，二是电机散热管内灰垢较多，清理即可。3） 振动风机出线管悬空较长，出线盒重，运行中出线盒能看见明显的晃动，新结构风机靠调整线盒支撑架能调整好,老结构风机可以在风机的出线孔垫小木块或在

55、风机上重新做支撑架的方法解决.13、定子绕组温度高遇到定子绕组温度高应从以下几方面检查：1） 电机旋转方向是否正确；2） 用钳形表检测实际运行电流是否超额定电流；3） Y系列箱式电机还应检查内风路循环是否正常，如机座前端温度比机座后端温度高得多，可能内风路循环有问题，应拆下冷却器检查并处理。4） 定、转子气隙小，也会造成内风路循环不畅，引起定子温升高，这种情况须抽出转子，转子表面光刀酸洗即可解决问题。车削转子表面时，切削深度不大于0.1mm，酸洗表面时用氧气均匀加热，用稀磷酸快速刷洗加热面，这是处理绕组温升高的常用办法。14、发电机安装时注意事项：1） 安装发电机前应仔细阅读使用说明书，并按装箱单清点零部件；2） 按照图纸检查基础，底板是否正确；3） 检查吊装使用的吊具，绳索是否合适，