電機故障智能診斷系統(tǒng)設計

1、 摘要 現(xiàn)代工業(yè)生產及產業(yè)部門以致我們的日常生活，幾乎離不開各種各樣的電機，電機作為一種復雜的旋轉機械，具有復雜的電磁、機械特性，其故障也表現(xiàn)為多樣性、復雜性，征兆多種多樣，既有機械故障的一般特性，也有電氣部件、磁場等故障特性。電機發(fā)生故障，其危害是非常嚴重的，舉一個簡單的例子，一臺生產線上主要電動機的故障，必將造成生產線的停工，它甚至會影響整個大生產系統(tǒng)的工藝流程，影響之大可以設想。眾所周知，電機類型很多，每類電機又有不同的規(guī)格、結構形式和使用條件等，電機發(fā)生故障時，電機維修工作的技術難度很大。論文首先論述了電機故障診斷技術的發(fā)展、現(xiàn)狀及各種診斷方法的特點和存在的不足。著重對鼠龍型異步電機轉

2、子繞組故障的故障機理分析與故障診斷系統(tǒng)兩方面進行研究及其仿真，其目標是探索電機轉子繞組故障的成因、發(fā)展、對電機運行的影響、引起的征兆，并研制出方便準確、實用可靠的故障診斷系統(tǒng)。本文簡要敘述了頻譜分析方法、異步電動機轉子斷條的機理、頻譜分析診斷轉子斷條的原理以及轉子斷條診斷系統(tǒng)的組成, 最后給出了轉子斷條診斷程序設計流程圖.研究鼠籠型異步電動機轉子斷條故障的在線檢測方法。 當轉子出現(xiàn)斷條故障時，轉速發(fā)生改變，轉子中除了有sf1的頻率分量以外，還會產生3sf1的頻率分量，但是對于籠型轉子得到的轉子電流信號比較困難，這樣在我所設計的檢測系統(tǒng)中，通過檢測軸磁通中這個特征分量來判斷轉子斷條故障，從而達到

3、檢測的目的。 所以在設計過程中，利用該系統(tǒng)測取軸磁通信號，經過頻譜分析，可根據軸磁通信號中三倍轉差頻率分量的大小來檢測感應電動機的斷條故障。 關鍵詞：電機；故障診斷；轉子故障；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 錄摘 要IAbstractII目 錄III第1章 緒 論 1.1 電機故障診斷技術 1.1.1 電機與生產和生活的關系 1.1.2 電機故障診斷技術的特點 1.1.3 電機的故障診斷過程 1.2 研究本課題的意義 1.3 國內外電機診斷技術的研究與開發(fā)情形 1.3.1 國內情形 1.3.2 國外情形 1.4 本文研

11、究的主要內容 第2章 電機故障機理分析 2.1 概述 2.2 電機常見故障原因分析及處理方法第3章 異步電動機斷條及偏心的故障分析 3.1異步電動機轉子斷條的分析 3.2 轉子斷條產生轉子諧波磁勢 第4章 電機故障診斷系統(tǒng)的總體設計 4.1 檢測系統(tǒng)硬件部分 4.1. 概述 4.1.2 檢測系統(tǒng)的硬件組成 4.2 檢測系統(tǒng)硬件部分工作原理 4.2.1電網頻率測量電路4.2.2 轉差測量電路 .2.3 電流采樣電路 4.3 系統(tǒng)軟件部分 4.3.1 主界面 4.3.2系統(tǒng)軟件部分功能 4.3.3 主程序框圖 4.3.4 轉差子程序 4.4 數據采樣 結 束 語 參考文獻 第1章 緒 論 電機作為

12、一種復雜的旋轉機械，具有復雜的電磁、機械特性，其故障也表現(xiàn)為多樣性、復雜性，征兆多種多樣，既有機械故障的一般特性，也有電氣部件、磁場等故障特性。大量故障結果的統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，電機故障按其原因分:軸承類占38.5%,繞組類占39%，兩者之和占77.5%;從發(fā)生的部位來看，這兩類故障分別占1/3，兩者之和達2/3181。常見的電機電氣故障有三大類型，即定子繞組故障、轉子繞組故障和氣隙偏心故障。 因此，為使電機的安全可靠運行，對電機故障機理的分析、對電機故障診斷方法的研究以及對電機故障診斷裝置的開發(fā)都是十分必要的，不但具有重大的理論意義，而且具有相當的工業(yè)、社會經濟價值。電機故障診斷理論的發(fā)展，也促使

13、人們對電機故障裝置的開發(fā)提出了深層次的思考。因此，本課題不但能豐富電機故障診斷理論，而且更適合社會的需求，具有重大的社會、經濟價值和工業(yè)應用價值。 隨著現(xiàn)代科學技術的發(fā)展，工業(yè)設備對電機的安全性能提出越來越高的要求，因此電機的設備故障診斷技術受到越來越多人的關注。1.1 電機故障診斷技術1.1.1 電機與生產和生活的關系 從19世紀發(fā)明發(fā)電機和電動機以來，由于電能應用方便，而且電動機的性能優(yōu)良，便于控制，使用與操作簡單，因而得到了迅速普及，應用范圍越來越廣，使用數量越來越多，使人類從繁重的體力勞動中逐步解脫出來，從而推進和完成了人類歷史上第二次的工業(yè)革命。而到了今天，在我們日常生活和生產活動中

14、，已經離不開電機，電機在日常生活中已無所不在。任何產業(yè)部門和每個家庭幾乎離不開各種各樣的電機，它作為當今世界上使用最普遍的、數量最多的供電設備和動力機械，幾乎占領了所有領域。以工業(yè)生產部門為例，絕大多數的生產設備是依靠電動機驅動的。鋼廠的軋鋼機是由電動機驅動的，礦井提升機是依靠電動機升降的，化肥廠的壓縮機是由電動機來拖動的，金屬切削機床是由電動機驅動的，自來水廠的水泵是用電動機驅動的。在交通運輸部門也是如此，驅動電力機車和內燃機車的是牽引電動機、起重機、帶式運輸機都是由電動機來驅動的，即使在飛機，汽車上也不能缺少各種輔助電機。 由于電機的使用環(huán)境差別萬千，石油鉆井平臺是在潮濕的環(huán)境中，礦井電機

15、必須在礦井中和有爆炸性氣體的場合下作業(yè)潛水電機長期在水下運行；航空電機要能在高空工作；濕熱帶電動機要能勝任在高溫、高濕下運行；戶外電機要耐得住長期風吹雨打。使用要求也是各不相同，電力機車、球磨機的驅動電動機首先要求能重載起動，軋鋼電動機必須能承受頻繁的沖擊負荷和起、制動，礦井提升機和電梯電動機要求非常平穩(wěn)的運行和準確定位，伺服電機則要求有很高的快速性，一些特殊崗位上的電動機則要求能高可靠性地運行。機電一體化對電動機的外形、結構和工作方式另有特殊要求，電動機將作為機電一體化設備和裝置中的一部分，和其他元器件、零部件配合，在復雜功能的執(zhí)行過程中，各盡其責，以實現(xiàn)整個過程的完成。這種方式工作的電動機

16、日趨增加，如機器人、自動相機、電子表中的電動機。機電一體化要求電動機能與其他部件更好地配合，外形、結構和特性必須作相應改變。 此外，現(xiàn)代控制技術的發(fā)屬、電機必須做許多適應性改進。進入本世紀后，電機設計水平和制造技術有了很大提高，電機的性能有了很大改善?，F(xiàn)代的電機不僅要求性能好、體積小、重量輕、運行可靠，麗邑必須能適應控制方式和電源條件改變所產生的影響。如60年代后，晶閘管靜止變頻電源逐步取代了變流機組，直流電動機必須能適應困電源中高次諧波分量和動態(tài)換向帶來的種種問題，為此在直流電機中采用了疊片機座和各種反渦流阻尼措施。80年代后，交流變頻技術已經成熟，并實現(xiàn)了工業(yè)化，使交流電動機調速問題迎刃而

17、解，而且正在迅速推廣和普及，并在逐步取代大型直流傳動系統(tǒng)。但與此同時，交流電機將面臨適應變頻電源和可逆運行的要求。電機的家族真可謂是一個大干世界，其種類、系列、型號、規(guī)格、結構類型如此之多，而差別又是如此之大。大型的發(fā)電機容量超過 1000MW，用于電子手表的微型電動機僅為幾MW。大型軋鋼電動機重量超過300t；而微型電機最小重量不到1g。因為電動機有各種不同的使用要求，因此，必須設計和制造成具有不同的運動特性、適應不聽環(huán)境的電機來滿足不同的使用要求。1.1.2 電機故障診斷技術的特點 1) 涉及較多的知識領域 電機診斷事設備診斷技術的一個部分，但是由于電機的工作原理和結構上的種種特點，其診斷

18、方法和采用的檢測技術和其他設備的診斷有所不同。根據電機的工作原理，在他的內部存在著幾個相互關聯(lián)又不可截然分割的工作系統(tǒng)，因此，電機診斷需涉及較多技術領域。電機的功能是把機械能轉化成電能(發(fā)電機)或將電能轉化成機械能(電動機)，因此，除永磁電機外，其他電機都有兩套電路，通過磁場相互耦合，在定、轉子間氣隙內實現(xiàn)能量交換，即通過磁場作為耦合場，實現(xiàn)機、電能量轉換。因此，電機中大都存在相互獨立的電路和一個耦合電路的磁場。電機繞組事實現(xiàn)能量轉換的核心部件，繞組內導體之間，繞組對地之間均有不同的電壓，電機內不同的電壓是由不同絕緣材料組成的絕緣結構來隔離的。電機內不同絕緣結構構成了一個整體，這就是電機的絕緣

19、系統(tǒng)。為了實現(xiàn)能量轉換，電機結構上必須實現(xiàn)一個可以相互運動的整體，這就要包括一個固定部分（定子）和一個旋轉（或移動）部分（轉子）。通常是用機座把定子鐵芯和繞組定位在一個固定空間位置，因轉動部分通常與轉軸一起由軸承支撐在端蓋上或底板上，這就是電機最為基本的機械系統(tǒng)。電機在進行能量交換的過程中，往往會產生電損耗、機械損耗和介質損耗，這些損耗最終都變成熱能散逸出來，并由冷卻介質帶走，這就是電機的發(fā)熱和冷卻。電機的冷卻是通過軸上風扇、強制鼓風或密封的冷卻系統(tǒng)來實現(xiàn)的。電機的通風溝、風扇、擋風罩以及鼓風機、冷卻器、過濾器等構成了電機的通風系統(tǒng)。綜上所述，電機內部至少包括如下幾個獨立的、又相互關聯(lián)的工作系

20、統(tǒng)：a)電路系統(tǒng)b)磁路系統(tǒng)c)絕緣系統(tǒng)d)機械系統(tǒng)e)通風散熱系統(tǒng)電機運行中出現(xiàn)的故障，將會涉及這些獨立的工作系統(tǒng)，因而電機的診斷比一般機械設備診斷涉及的技術領域要廣一些。電機診斷涉及的知識領域有：電機學a）熱力學和傳熱學b）高電壓技術c）材料工程d）機械診斷學e）定子測量學f）信息工程技術g）計算機技術因此，要求診斷人員具有較高的素質。 2) 要熟悉診斷對象由于電機內存在幾個相互關聯(lián)的工作系統(tǒng)，故障起因和故障征兆往往表現(xiàn)出多樣性，這為電動機故障診斷增加了難度，對電機進行診斷時，必須熟悉診斷對象。一個故障，在電機上常常表現(xiàn)出多種的故障征兆。例如，籠型異步電動機因籠條斷裂或開焊時，就會出現(xiàn)振動

21、增加，起動時間延長，定子電流擺動，電機滑差增加，轉速、轉矩波動，溫升增高等故障征兆，而且它們往往都是相關聯(lián)的。端條故障發(fā)生后，如電動機繼續(xù)運行，隨著劣化過程斷條數量將越來越多，征兆越來越顯著，故障越來越嚴重，最終使電機失效報廢。但也有相反的情況，有幾個故障起因，同時反映出一個故障征兆。例如，一臺直流電機運行中由于過載、機械振動、換向器變形、維護不當、溫度過低等諸原因，造成換向惡化故障，這些因素往往同時反映出火花加大這一相同的征兆。在這種情況下，如僅僅只排除某一個故障起因并不能徹底排除故障，必須振動出所有故障起因，逐個排除這些起因，才能使電機發(fā)熱換向狀態(tài)恢復正常。電動機運行中由于負載條件、環(huán)境條

22、件或其他運行條件改變等原因，會導致電機出現(xiàn)各種故障，這些故障又會以各種不同的征兆表現(xiàn)出來，其關系是十分錯綜復雜的。如果對電動機的運行特性、結構、工作方式和負荷情況不熟悉，甚至不了解情況的話，要對電機故障進行診斷是十分困難的。只有對診斷某一臺具體的電機有充分的了解后，診斷時 才能做出正確的判斷。這是因為所有的故障都是按一定機理發(fā)生和發(fā)展的，有一定的客觀規(guī)律，電機故障診斷的目的正是要根據這種規(guī)律，利用先進的檢測手段和方法，并利用多年設計、運行經驗和理論研究所形成的豐富的診斷軟件，來判定故障原因，并制定出排除故障的維修方案，才能最終實現(xiàn)電機診斷的目的。因此，熟悉診斷對象對電機故障的診斷具有特別重要意

23、義。3） 有利于機電保護系統(tǒng)長期以來，處于重要位置的大型電機都有繼電保護系統(tǒng)，用各種繼電器整定到某一設定值，當運行參數和狀態(tài)參數達到或超過繼電器設定值后，繼電器就會報警。一些重要參數超限并達到危險值時，會切斷電路，讓電機停止運行，以防止發(fā)生事故或事故擴大。通常大型電機的繼電保護功能包括過電流保護、過電壓保護、欠電壓保護、差動保護、負序保護、失磁保護、逆電流保護、接地保護、過速保護、振動超限保護、過熱保護、潤滑油、冷卻水、風機連鎖保護。從表面上看，繼電保護功能已很完善，但是必須知道，繼電保護系統(tǒng)只是當被監(jiān)視參數達到或超過繼電器整定值才起作用，即只有當故障已經發(fā)生時才作用，而并沒有預防功能。相反，

24、有時一個運行參數超限，繼電保護系統(tǒng)動作，電機被突然切斷而使生產流程中止，仍會導致很大損失。電機振動技術不但能根據早期征兆進行故障預報，并能對故障進行診斷和趨勢分析，判定出合理的檢修方案。由于繼電保護和設備診斷技術功能是不同的，因此，決不能用繼電保護系統(tǒng)來代替電機的診斷技術。1.1.3 電機的故障診斷過程 電機和所有的機器一樣，在運行過程中有能量、介質、力、熱量、磨損等各種物理和化學參數的傳遞和變化，由此而產生各種各樣的信息。這些信息變化直接和間接的反映出系統(tǒng)的運行狀態(tài)，而在正常運行和出現(xiàn)異常時，信息變化規(guī)律是不一樣的，電機的診斷技術是根據電機運行時不同的信息變化規(guī)律，即信息特征來判別電機運行狀

25、態(tài)是否正常。電機故障診斷過程和其他設備的診斷過程是相同的，其診斷過程應包括異常檢測、故障狀態(tài)和部位的診斷、故障類型和起因分析等三個部分。1） 異常檢測。這是對電機進行簡易診斷，是采用簡單的設備和儀器，對電機狀態(tài)迅速有效地作出概括性評價。電機的簡易診斷具有以下功能：a)電機的檢測和保護b)電機故障的早期征兆發(fā)現(xiàn)和趨勢控制。如果異常檢測后發(fā)現(xiàn)電機運行正常，則無需進行進一步的診斷;如發(fā)現(xiàn)異常，則應對電機進行精密診斷。 2）故障狀態(tài)和部位的診斷 這是發(fā)現(xiàn)異常后接著進行的診斷內容，是屬于精密診斷的內容?？捎脗鞲衅鞑杉姍C運行時的各種狀態(tài)信息，并用各種分析儀器對這些信息進行數據分析和信號處理，從這些狀態(tài)信

26、息中分離出與故障直接有關的信息來，以確定故障的狀態(tài)和部位。 3）分析故障類型和起因 這是利用診斷軟件或專家系統(tǒng)進行電機狀態(tài)的識別，以確定故障類型和部位。 故障診斷的后兩部分是屬于電機精密診斷的內容，電機的精密診斷是對于狀態(tài)有異常的電機進行的專門性的判斷，它具有下列功能： a）確定電機故障類型、分析故障起因； b）估算故障的危險程度，預測其發(fā)展； c)確定消除故障、恢復電機正常狀態(tài)的方法。1.2 研究本課題的意義設備診斷技術，是由于設備的安全性和維修的迫切需要才應運而生的，科學技術和工業(yè)發(fā)展給設備維修管理提出了新的課題。在現(xiàn)代的各個新技術領域和工業(yè)生產中，設備的高可靠性運行和生產發(fā)展的迫切需求，

27、并有迅速發(fā)展的電子技術、計算機技術、信息技術作為它們的技術基礎，已逐步形成而迅速崛起，并很快在各個領域得到推廣和應用。它的作用和效益更日益顯著，覆蓋面越來越寬，并為更多的作用者所充分肯定。 1） 設備的診斷技術促進了維修方式的變革隨著大生產的形成和生產社會化，企業(yè)生產能力和效率的提高，促進了生產設備現(xiàn)代化水平的不斷提高，設備的管理和維修逐漸成為工業(yè)化大生產中一個重要問題，生產的不斷發(fā)展促使設備管理和維修體制隨之作適應性變革。70年代，由于設備診斷技術的的出現(xiàn)和迅速推廣應用，以促使設備維修體系開始進入一種新的方式狀態(tài)維修方式。從工業(yè)化大生產出現(xiàn)至今，設備維修大致經歷了下列三種方式：a）事后維修b

28、）預防維修c)狀態(tài)維修或預知維修到19世紀，由于蒸汽機和電動機的出現(xiàn)，工業(yè)化完成了手工作坊到大機器的工業(yè)革命，但是當時由于生產規(guī)模不是很大，機器設備比較簡單，技術水平也較低，因此設備利用率和維修費用不是突出問題，并不引起人們的注意，對設備的故障也缺乏認識，設備管理意識比較淡薄，只是在壞了之后再進行修理。這種維修方式叫事后維修，是最早出現(xiàn)的維修方式。隨著社會化大生產的發(fā)展，出現(xiàn)了流水線生產方式和流程生產工業(yè)，采用的機械設備的技術先進性和復雜程度有了很大的提高，機器運行節(jié)奏加快，設備故障對生產所造成的影響顯著增加。為了防止事故發(fā)生，維修部門預先制定計劃，定期進行檢修和更換零部件，這種維修方式叫定期

29、預防維修，或稱預防維修。計算機和電子技術的發(fā)展，促進了工業(yè)生產和科學技術的進一步發(fā)展，生產裝備、軍事裝備、航天航空裝備越來越先進和復雜，沒有故障檢測和診斷的先進手段，就很難預防各種隨機因素引起的故障；另一方面也很難避免產生過剩維修。美國開始從可靠性工程研究入手，通過應用概率統(tǒng)計方式，定量的檢測機器零部件的可靠程度和故障率，來確定機器的維修計劃。這種方法提高了裝配運行的可靠性，減少了不必要的過剩維修，減少了維修成本，取得了良好的效果。在此基礎上，一些發(fā)達的工業(yè)國家將新的設備診斷技術應用于設備的管理和維修，根據設備狀態(tài)檢測和故障診斷所預知的設備狀態(tài)來確定設備維修工作的內容和時間，制定維修方案，這種

30、維修方式叫狀態(tài)狀態(tài)維護或預知維修。由于設備診斷技術的出現(xiàn)，已促使設備的維修體制逐步進入到狀態(tài)維修的階段。2） 設備診斷技術延長了設備服役壽命 所有設備在整個服役期限內，故障發(fā)生的次數和使用時間之間是有著宏觀規(guī)律的，雖然對每一臺設備或電機來說，出現(xiàn)故障的次數和使用壽命各不相同，但其發(fā)展規(guī)律都是一致的，設備故障率和使用壽命的關系曲線如下，其形狀兩邊高，中間低凹平坦，形似一個浴盆，故稱設備故障發(fā)生的“浴盆”曲線。 通過日常的工作和學習總結我們對電機故障發(fā)展過程進行分析雖然每一臺電機出現(xiàn)故障的次數和使用壽命各不相同但發(fā)展規(guī)律基本一致圖示出了設備故障率與使用時間的關系。 a）初期階段因設備剛投入使用由于

31、設計、安裝、調試、操作不熟練等存在一些問題 故障率較高。 b） 穩(wěn)定階段的設備故障一般是突發(fā)故障故障率較低。 劣化階段是電機隨著運行時間的推移逐漸步入劣化期劣化現(xiàn)象開始顯著故障率上升。 c）注意階段是電機經過長期運行因機械疲勞、絕緣老化等原因機械故障、電氣故障增多故障率增加這時要勤觀察勤維護保養(yǎng)降低設備的故障率。 d）危險階段運行的電機隨時可能出現(xiàn)故障應作好備份進行計劃大修。 一種故障在電機上常常表現(xiàn)出多種故障征兆,例如籠型異步電機籠條斷裂或開焊時會出現(xiàn)起動時間延長、定子電流擺動、電機轉速下降、轉矩波動、溫升增高、震動增加等故障征兆。也有幾種故障同時存在卻反映出一種故障征兆例如電機過載、鐵芯絕

32、緣損壞和通風不好 都會造成電機鐵芯發(fā)熱。 電機中至少包括幾個獨立而又互相聯(lián)系的工作系統(tǒng)如電路系統(tǒng)、磁路系統(tǒng)、絕緣系統(tǒng)、機械系統(tǒng)、通風散熱系統(tǒng)等。 小型電機的故障及壽命時間主要跟周圍環(huán)境、負載狀況及溫度有關例如酒鋼集團公司各廠礦用繞線型起重電機，在夏季主生產旺季損壞率比較高，有些電機負載變化大的，如起重機，用的繞線電機有些電機的工作制式不斷改變如機床用電機有些電機工作環(huán)境惡劣如水泥廠電機。這些電機有的絕緣良好電氣或機械系統(tǒng)有這樣或那樣的問題有些電機的絕緣系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)和機械系統(tǒng)均有問題。1.3 國內外電機診斷技術的研究與開發(fā)情形1.3.1 國內情形 國內設備診斷技術的研究和開發(fā)是從70年代末期開

33、始的。當時國家經委下屬的中國設備管理協(xié)會積極地推動、組織這項技術在國內各產業(yè)部門的應用和開發(fā)，1983年國家經委制定的國營工業(yè)交通設備管理試行條例中規(guī)定：“根據生產需要，逐步采用現(xiàn)代故障診斷和狀態(tài)檢測技術，發(fā)展以狀態(tài)維修為基礎的預防性維修”。這一條例的頒布試用，對于設備診斷技術在國內的推廣，起了積極地促進作用，也引起了很多大型企業(yè)對這項技術的重視。80年代初國內一些重點大學相繼成立了故障診斷研究室，并且取得了一大批研究成果，而且培養(yǎng)了一批碩士和博士研究生，為國內開展這一技術領域的研究做了準備，且輸送了一大批優(yōu)秀人才。1987年5月中國振動工程學會故障診斷學會成立，同年10月，由振動工程學會、故

34、障診斷學會和轉子動力學學會聯(lián)合召開了第一屆旋轉機械故障診斷對策研討會。北京、沈陽、天津、上海先后成立了機械設備診斷技術委員會或研究開發(fā)中心，同時積極開展宣傳、咨詢、培訓、技術交流等活動，有力的推動了這項技術的推廣和應用。同時，冶金部、化工部在大力推廣設備故障診斷技術的同時，在部內也成立了設備管理和故障診斷學會，以更有效地在部門內推廣這項先進技術。 1.3.2 國外情形美國是開發(fā)設備故障診斷技術最早的國家。二次大戰(zhàn)時，美國軍用裝備頻繁出現(xiàn)故障，暴露了定期預防維修方式的弱點，為了解決這一問題，美國開始大力開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設備狀態(tài)定量的描述出來，并把研究成果引入

35、到飛機、坦克、艦艇等軍事裝備的管理維修中，取得了良好的效果。英國設備診斷技術研究工作開始于60年代末期。英國機器保健中心首先開展診斷技術的宣傳、培訓、咨詢和開發(fā)，以后曼徹斯特大學等相繼開展此項技術的研究，并取得了很多成就。歐洲其他國家的設備診斷技術研究和開發(fā)都有了進展，而且它們各具有自己的專長的技術領域和特色。如丹麥B#K公司的聲學和振動的檢測技術，具有很豐富的經驗，開發(fā)了許多性能優(yōu)良、功能很強的診斷儀器，為世界所公認。瑞典AGEMA公司對紅外測溫技術富有經驗，所生產的紅外熱像儀普遍的被用于電力部門帶電部件和輸電線測溫和大型冶金爐窯等的測溫中。瑞典SPM對于軸承故障檢測頗有特長，所生產的軸承脈

36、沖測量儀、電子聽診器等被廣泛用于日常的點驗中。挪威的船舶研究所在船舶的診斷和檢測領域中，富有經驗和特色。 1.4 本文研究的主要內容1）電動機故障形式及研究內容2）研究的方法3）故障診斷專家系統(tǒng)軟件的開發(fā)4）故障診斷界面第2章 電機故障機理分析2.1 概述 設備診斷技術是應用先進的測試和分析儀器和計算機技術，檢查和識別設備的實時技術狀態(tài)，診斷它是否正常，并預測未來的技術。從系統(tǒng)工程的觀點來看，診斷系統(tǒng)應包括以下幾個部分；1） 故障診斷技術手段檢測、分析裝置和診斷軟件；2） 故障診斷的執(zhí)行者受過專門訓練的操作人員；3） 被診斷對象設備或系統(tǒng)設備故障診斷是根據設備正常運行時產生的不同的信息變化規(guī)律

37、，識別設備運行狀態(tài)是正常還是異常，因此，設備診斷過程通常包括了信息獲得、數據采集、數據處理和診斷決策等過程，下圖為設備診斷過程流程圖。使用傳感器從被診斷的設備或系統(tǒng)中獲得原始信息是設備診斷的第一步。傳感器使用方式有兩種，它可以永久地安裝在機器或設備某一固定部位（如狀態(tài)檢測系統(tǒng)中的傳感器都是固定地安裝在一個檢測部位），也可以采用手持式傳感器巡回檢測方式，這時傳感器往往與便攜式測量或記錄儀表，如振動計、聲級計、數據采集器、磁帶記錄儀等配套使用。固定安裝方式的傳感器可以較方便的長期性獲得機器運行的狀態(tài)參數，并將數據送入數據采集系統(tǒng)和分析系統(tǒng)進行處理。手持式傳感器和便攜式監(jiān)測記錄儀表配套的檢測方式比較

38、靈活，可以隨時根據需要選擇測點位置，但是必須在現(xiàn)場進行。這種方式實際上已經包括了數據采集過程，它只適用于設備簡易診斷和間斷式狀態(tài)檢測。數據采集和預處理也是設備診斷過程的第二步。為了使設備診斷得到正確的結論，數據分析系統(tǒng)得到的信息必須有高的保真度，因此，在信號的采集和傳輸過程中，必須注意被噪聲污染，在背景噪聲較大的地方，信號應該經過數字化處理后再進行傳輸，當有很多個信號需要采集和傳輸是，必須使用信號采集器或多路電子開關，以實現(xiàn)定時采樣和檢測的目的。但是，有很多從傳感器獲得的電信號并不具備直接進行信號處理的條件，必須進行阻抗變換、信號放大、濾波等處理，這些處理稱信號預處理，信號預處理和數據采集有時

39、往往結合在一起，難以具體劃分。數據處理是設備診斷中的重要一環(huán)，它往往是由各種分析儀，信號處理儀或計算機來完成。由傳感器上獲得的信息往往都是各種物理量的動態(tài)波形，而這些動態(tài)波形往往又是由很多幅值、頻率、相位不同的波形混疊而成，為了分解信號內的各種頻率成分的有效值，為了全面的揭示動態(tài)波形中包含的信息，必須對信號進行加工處理信號處理。信號分析可以采用各種數學處理分析方法，如時域分析、頻域分析、幅值域分析等。這些分析有些已經可以通過硬件來實現(xiàn)，如FFT、數字濾波等，大大提高了分析和處理速度。診斷就是根據對機器運行狀態(tài)檢測和監(jiān)測所得的信息，進行趨勢分析和故障識別，確定機器運行是否存在故障，以及故障性質和

40、故障部位，做出診斷決策，制定設備維修計劃，確定設備繼續(xù)運行還是停機檢修。在設備診斷領域中，目前已經出現(xiàn)了大量的診斷軟件（其中也包括專家系統(tǒng)），這些診斷軟件的出現(xiàn)，大大地提高了診斷的效率和可靠程度，它們能完成大量的數據處理，識別故障和作出診斷結論。這是因為診斷軟件和專家系統(tǒng)的推理功能還沒有完善到代替該領域專家的地步，而且復雜的現(xiàn)場環(huán)境也難以在診斷軟件中全面考慮，診斷能力還受到一定限制。但是設備診斷技術的總趨勢是采取更多的計算機來輔助診斷，開發(fā)出更多適應性強的診斷軟件，使設備診斷效率和準確性更高。上面介紹的設備故障診斷過程是一個完整的程序，但是在實際使用中，不是每一次診斷都要進行完整的程序檢測，往

41、往省略了某些過程和環(huán)節(jié)，例如采用簡易診斷技術對設備狀態(tài)進行“健康”檢查，在檢測過程中只是采集數據和作出判斷，確定設備狀態(tài)是否正常，還是需要立即維修或做進一步診斷，并不需要使用復雜的手段進行全過程的診斷。2.2 電機常見故障原因分析及處理方法1、線圈全部燒毀變色當三相繞組全部變成黑色時，說明該電機曾長時間過電流，軸承損壞，定轉子嚴重相擦或電壓等級不對。普通電機頻繁起動，制動狀態(tài)下運行也會出現(xiàn)此現(xiàn)象。如圖a示：這是使用不當造成的。 2、一相或二相燒毀變色一相或二相全部變成黑褐色，一般是由于缺相運行造成。Y接運行時燒兩相， 接運行時燒一相，如下圖，缺相運行的原因一般發(fā)生在供電線路中，極少數發(fā)生在電機

42、內部（掉頭或引線斷），如圖b為Y 接圖c為 接 出現(xiàn)這種情況應先檢查引線是否掉頭或引線燒斷，否則，是供電線路問題，和電機無關。3、局部燒毀或部分繞組變色如出現(xiàn)圖（d）所示的局部燒斷現(xiàn)象，說明該處發(fā)生了匝間短路或對地短路。若部分繞組變色，則是已有短路但還未達到最嚴重的程度，見分析圖eh，圖i是相間短路造成的。 4、匝間短路的判斷方法4.1在三相電壓平衡的情況下，原基本平衡的三相電流逐漸或突然變得非常不平衡，同時電機溫升增加負載能力下降，可初步判定該機定子繞組匝間短路。4.2用電橋測試直流電阻，三相直流電阻不平度大，即某相變小說明該相發(fā)生了匝間短路：正常情況下，三相直流電阻不平衡度1%，超過此值說

43、明線圈有匝間短路的可能。4.3匝間儀測試5、三相運行電流不平在三相直流電阻平衡的情況下，三相運行電流不平衡應檢查三相端電壓是否平衡。電壓的輕微不平衡能引起電流的極大不平衡，一般情況下空載不平衡大，滿載時不平衡小，滿載時不平衡度不超過10%。6、電機運行中噪聲電機運行中會產生不同的聲音，電機大小不同，結構不同聲音會有明顯的不同。如果運行中產生的聲音在國家標準GB10069-2000“電動機噪聲測量方法及噪聲限值 ”規(guī)定的范圍之內，屬正常，超出標準范圍均為噪聲，應予以處理。6.1軸承噪聲經長途運輸的電機，試運行時會有明顯的軸承異聲，加注潤滑脂即可解決，這是因為運輸途中的顛簸，潤滑脂從軸承部位流出造

44、成的。運行一段時間后出現(xiàn)的軸承噪聲，須用聽棒或螺絲刀放在軸承外蓋仔細聽，如果軸承運行的聲音很均勻，加油即可解決，如果軸承運行中有明顯的“咯噔”聲，須更換軸承，同時檢查軸承室的圓柱度。因為鑄鐵或鋼板的端蓋制造過程中均會產生應力，電機運行一段時間后，隨著應力的釋放，軸承室會變形，圓柱度可能會超差，在用戶現(xiàn)場檢查，軸承室是否變形的最好方法是用舊軸承回裝。我公司電機軸承室內孔尺寸均為H7公差。6.2機械噪聲若電機發(fā)出低頻的“嗡嗡”聲，一般原因如下：a) 內蓋安裝時偏，電機軸磨擦內蓋，這時的聲音是連續(xù)的，處理時可將內蓋調換角度重新上緊。b) 若在啟動或停機進出現(xiàn)斷續(xù)的“嗡嗡”聲，可以考慮是跑套，因為轉速

45、低時滾動摩擦力相對大一些，軸承的滾珠在內、外環(huán)滾道中轉動時帶動外環(huán)或內環(huán)旋轉的力相對大，如軸承室尺寸偏大，或軸頸尺寸偏小，外環(huán)或內環(huán)就可能轉動，就會產生斷續(xù)的摩擦聲。這時往往會伴隨斷續(xù)的振動。若發(fā)生高頻響聲，可能是甩油環(huán)或擋水環(huán)松動。6.3振動噪聲電機振動時會產生明顯的噪聲，尤其是共振，處理這種問題只有處理好振動問題。6.4電磁噪聲電磁噪聲是持續(xù)的斷開電源立即消失的噪聲，和設計制造均有關系，設計時槽配合選擇不當、制造時定子沖片片間壓力不當、真空浸漆不到位等等，都可能產生電磁噪聲。處理時若重新浸漆沒有明顯改善就幾乎沒有辦法了。7、軸承過熱軸承過熱的原因軸頸大了，軸承裝上后，由于內環(huán)膨脹，軸承徑向

46、游隙減小，運行時發(fā)熱。同樣道理，端蓋或軸承套內孔小同樣會造成軸承運行時過熱。潤滑脂過多或過少也會引起軸承過熱。電機運行時受軸向力，電機的定位軸承會過熱（一般是風扇端）。處理軸承過熱時應先查明原因。一般情況下，端蓋或軸承套內孔尺寸小或內孔變形是主要原因，修刮后即可。8、電機抱軸 隔爆電機抱軸，多是因為內蓋和軸的間隙過小，運行因發(fā)熱膨脹造成內蓋和軸研死。發(fā)熱的原因主要是軸承過熱造成。現(xiàn)場修理時須檢查電機軸是否彎曲，如彎曲須換軸，不彎曲更換零部件。現(xiàn)場檢查時應觀察軸承注油管是否有潤滑脂，如沒有說明沒有按要求加潤滑脂，還要檢查軸承測溫裝置及繼電保護是否使用正常。9、滑動軸承溫度高。9.1強制潤滑的滑動

47、軸承溫度高有以下幾種原因：a) 軸與瓦隙過小；b) 油囊開口小，進油量不足；c) 潤滑油溫度高；d) 軸瓦研傷；e) 回油不暢，進油量不足；在現(xiàn)場處理時，應先檢查回油是否暢通，暢通時在回油透油鏡上能看到油快速流動，能看到回油，但液面高，流速很慢，說明回油管安裝不當，或回油管道有堵塞?；赜蜎]有壓力，油是靠落差（自重）回到油箱中的，因此油箱的安裝位置要保證回油口比軸承回油管水平線低1.2m以上。在保證安裝正確的情況下，軸瓦溫度還高，再檢查軸瓦是否有問題，修刮軸瓦時間隙可控制在軸頸的3以下。另需注意，凡在現(xiàn)場檢查軸瓦時都要把油囊適當開大，以保證進油量。油囊開大對軸瓦運行只有好處沒有壞處。9.2自潤滑

48、的滑動軸承因散熱條件差溫度高的現(xiàn)象相對多些，現(xiàn)場處理時除上述方法還應注意，定子溫升對軸瓦的影響。10、漏油目前我公司生產的滑動軸承電機往電機內部滲漏油現(xiàn)象存在，這是電機內風扇運行時產生的負壓造成的?，F(xiàn)場解決方法有以下幾種：1）防護等級較低的Y系列電機滑動軸承可在軸承上方的扇形蓋板上鉆多排小孔，或直接更換帶有方孔的扇形蓋板，靠外部空氣進入電機內部減小軸承內蓋區(qū)域的負壓解決漏油問題。2）防護等級要求高的電機可以靠改內蓋結構，在電機外部通正壓氣體的方法，消除內蓋區(qū)域的負壓，解決漏油問題。同樣的道理YB系列高壓自潤滑結構的電機，風扇端軸承會因電機外風扇工作時產生的負壓向外漏油，漏出油被風吹走，在風管中

49、流到電機軸伸端，解決方法相似。3）油壓過高，進油量過大，回油不暢均會造成向內、向外漏油現(xiàn)象。實際上，軸承進油口的壓力是無法控制的，說明書上要求的0.010.05Mpa的油壓是為了保證從潤滑站出來的潤滑油克服管道阻力后能順利地流到軸承座內部，油進入軸承座后的油壓是零，軸承座進油口的壓力也是零！我們控制的是潤滑油的流量，節(jié)流孔板、調節(jié)閥（節(jié)流閥）均是流量調節(jié)元件。在回油暢通的情況下流量調節(jié)到油窗的一半正好。在這種情況下一般不會向外漏油，如漏油應檢查浮動油封的回油孔是否堵塞，清理回油孔，把回油孔適當鉆大能很好地解決向外漏油的問題。一般情況下不用更換浮動油封。根據向內漏油的機理，除了通風，通正壓氣體外

50、還可以通過增加油霧向內漏油的阻力來解決漏油問題，最好的方法是用硅質密封膠把最外側的浮動油封的油槽填滿（最多可以填滿兩道槽），靠密封長度加長，增加油霧流動的阻力解決漏油問題。11、振動振動的原因很多，4極以上多極數電機不會因為電機制造質量問題引起振動，振動常見于2極電機，振動的原因很多，GB10068-2000，旋轉電機振動限值及測試方法規(guī)定了在剛性基礎上不同中心高電機的振動限值、測量方法及剛性基礎的判定標準，依據此標準可以判斷電機是否符合標準。處理電機振動問題，按以下步驟進行：1)、把電機和主機脫開，空試電機；2）、檢查電機底腳振動值，依據國標GB10068-2000，底腳板處振動值不得大于軸

51、承相應位置25%，如超過此值說明電機基礎不是剛性基礎。3)、 如四個底腳只有一個或對角2個振動超標，松開地腳螺栓，振動就會合格，說明該底腳下墊得不實,地腳螺栓把緊后引起機座變形產生振動,把底腳墊實,重新找正,擰緊地腳螺栓.4)、在基礎上，4個地腳螺栓全松開，振動仍超標，檢查軸伸聯(lián)軸器是否和軸肩平，如不平，軸伸上多余的鍵產生的激振力會引起水平振動超標，（如下圖）。這種情況振動值超得不會太多，往往和主機對接后振動值能下降，應說服用戶使用，二極電機在出廠試驗時根據GB10068-2000在軸伸鍵槽內裝在半鍵。5)、 如空試電機不振，帶上主機振動有兩種原因，一種是找正偏差較大，另一種是主機的旋轉部件（

52、轉子）和電機轉子對接后整個軸系的殘余不平衡量大產生的激振動力大引起振動，可以把聯(lián)軸器脫開，把兩個聯(lián)軸器中的任一個旋轉180，再對接試機，振動會下降。6)、 振動烈度（振速）不超標，振動加速度超標，只能更換軸承。軍標考核電機振動的指標是振動加速度不是振動烈度。7)、 二極大功率電機的轉子由于剛性差，長時間不用轉子會變形，再轉時可能會振動，這是電機保管不善的原因，和電機制造無關。8)、 滑動軸承的電機振動和軸瓦的裝配質量有關，應檢查軸瓦是否有高點，軸瓦的進油是否夠、軸瓦緊力、軸瓦間隙、磁力中心線是否合適。9)、 一般情況下，電機振動的原因，可以從三個方向的振動值簡單判斷，水平振動大，轉子不平衡，垂

53、直振動大安裝找正不好，軸向振動大，軸承裝配質量差，這只是簡單判斷，根據現(xiàn)場情況綜合考慮，查找原因。10)、Y系列箱式電機的振動應特別注意軸向振動，如軸向振動大于徑向振動的3050%，對電機軸承的危害極大，會引起抱軸事故，注意觀察軸承溫度，如球軸承比柱軸承升溫速度快，應立即停機。這是因為機座的軸向剛度不夠引起的，應加固機座。11)、轉子平衡后，轉子的殘余不平衡量已經固化，不會改變，電機本身的振動值也不會隨著地點、工況的變化而變化，在用戶現(xiàn)場是能處理好振動問題的。12)、除了極特別的情況，如柔性基礎、轉子變形等，須做現(xiàn)場動平衡或返廠處理。12、風機常見故障風機在正常運行中常見以下故障：1） 軸承溫

54、度高由于風機結構的特殊性，電機軸承注油管長，且彎道多，注油時阻力大，注油時往往感覺油加進去了，實際油并沒有加到位，軸承因缺油溫度高，正確的加油方法，一邊觀察軸承溫度，一邊加油，溫度開始升高時，停止加油，觀察軸承溫度升高1小時左右溫度是否下降，如下降為正常，不下降應拆檢風機電機。2） 定子繞組溫度逐漸升高風機在運行中電流沒有變化，定子繞組溫度逐漸升高的原因是風機內電機自身散熱條件發(fā)生了變化，一是電機風扇罩進風口堵塞，二是電機散熱管內灰垢較多，清理即可。3） 振動風機出線管懸空較長，出線盒重，運行中出線盒能看見明顯的晃動，新結構風機靠調整線盒支撐架能調整好,老結構風機可以在風機的出線孔墊小木塊或在

55、風機上重新做支撐架的方法解決.13、定子繞組溫度高遇到定子繞組溫度高應從以下幾方面檢查：1） 電機旋轉方向是否正確；2） 用鉗形表檢測實際運行電流是否超額定電流；3） Y系列箱式電機還應檢查內風路循環(huán)是否正常，如機座前端溫度比機座后端溫度高得多，可能內風路循環(huán)有問題，應拆下冷卻器檢查并處理。4） 定、轉子氣隙小，也會造成內風路循環(huán)不暢，引起定子溫升高，這種情況須抽出轉子，轉子表面光刀酸洗即可解決問題。車削轉子表面時，切削深度不大于0.1mm，酸洗表面時用氧氣均勻加熱，用稀磷酸快速刷洗加熱面，這是處理繞組溫升高的常用辦法。14、發(fā)電機安裝時注意事項：1） 安裝發(fā)電機前應仔細閱讀使用說明書，并按裝箱單清點零部件；2） 按照圖紙檢查基礎，底板是否正確；3） 檢查吊裝使用的吊具，繩索是否合適，