直流電動機的故障檢測和診斷技術(shù)綜述
劉小明,劉振興(武漢科技大學(xué)冶金自動化與檢測技術(shù)教育部工程研究中心,武漢430081)
摘要:本文對直流電動機主要故障表現(xiàn)特征進行總結(jié),對相關(guān)的主要故障檢測和診斷方法進行介紹和評述,提出直流電動機故障診斷的發(fā)展方向。
關(guān)鍵詞:直流電動機;故障檢測;故障診斷;專家系統(tǒng)
中圖分類號:TM381; TM307+.1 文獻標(biāo)志碼:A 文章編號:1001-6848( 2010) 01-0086-05
0引 言
直流電動機具有調(diào)速特性好、能承受頻繁沖擊負載、過載能力強、能實現(xiàn)頻繁快速起動制動以及逆向旋轉(zhuǎn)等優(yōu)越性,使其在當(dāng)前“以交代直”的發(fā)展趨勢中仍然在傳動領(lǐng)域,尤其是在調(diào)速性能要求很高的重要系統(tǒng)中占有極其重要的地位。現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備的大型化,生產(chǎn)工藝連續(xù)化、高速化使得直流電動機等重要設(shè)備故障引起的停工停產(chǎn)損失極大增加,維修費用大幅度上升。因此,從維持系統(tǒng)穩(wěn)定、減少事故、降低成本等方面出發(fā),十分有必要對直流電動機進行故障檢測和故障診斷。本文將在總結(jié)國內(nèi)外學(xué)者在直流電動機故障檢測和故障診斷方面的研究成果的基礎(chǔ)上,對此作一個比較全面的介紹。
1 直流電動機的常見故障
1.1換向故障
刷火異常是綜合反映電動機各種故障的先兆,明亮、暴鳴狀、火球狀或飛濺狀刷火明顯標(biāo)志了換向不良。刷火異常通常由電磁原因、機械原因、負載原因,環(huán)境原因等造成。
電刷工作面出現(xiàn)霧狀的輕微燒痕、過熱、磨損過快、磨損不均、振動、噪聲大,甚至碎裂、掉邊缺角等,都說明了電機換向存在故障。造成電刷故障的原因是電刷壓力過大、接觸電阻過大、換向器偏心、電機火花過大、環(huán)境溫度過高過低、粉塵過多等。
常見的換向器表面故障有隔片燒傷、相隔一個極距燒傷、局部區(qū)域燒痕、換向片沿圓周不均勻燒黑等。誘發(fā)換向器故障的主要原因有升高片有開焊、刷粉將換向片局部短路、換向器表面不圓、產(chǎn)生刷火、電刷電流分布不均、電機定子中心不對、轉(zhuǎn)子不平衡等。
1.2電樞故障
電樞常有接地和短路故障。電樞短路故障包含換向片間短路和電樞繞組匝間、層間短路。換向片間短路更常見。換向片間短路的原因有換向器云母溝內(nèi)或升高片根底有大量導(dǎo)電雜質(zhì)、電刷灰等使片間短路;V形云母環(huán)3度面縫隙內(nèi)進入導(dǎo)電粉塵。電樞繞組匝間或?qū)娱g短路原因主要有電樞繞組絕緣長期過熱老化;繞組遭受潮氣、酸類侵蝕;槽內(nèi)線圈松動、線圈絕緣遭受機械損傷等。
繞線斷裂、開焊等故障也時有發(fā)生,主要征兆有振動大、噪聲大、電樞電流波動大。其原因有負載過大、電流過大、機體材料缺陷等。
1.3繞組故障
定子繞組常見故障有絕緣電阻降低、匝間短路、斷路、接地以及繞組連接極性接反。定子勵磁繞組絕緣電阻降低的原因有絕緣表面有污垢和碳粉、絕緣受潮、絕緣老化。勵磁繞組匝間短路較多時,電機會產(chǎn)生振動、繞組發(fā)熱或冒煙、勵磁電流劇增、絕緣有被燒焦的痕跡。故障原因有線圈絕緣表面積滿灰塵和油污、制造或重繞修理時造成S彎處匝間短路、搬運檢修時造成的機械損傷。勵磁繞組接地是由于線圈對鐵心松動、對地絕緣遭到磨損。電機起動困難、轉(zhuǎn)矩降低,甚至不能起動的原因是勵磁繞組接反或斷路。
補償繞組和換向極繞組常見故障是匝間短路和對地擊穿。
2直流電動機的故障檢測方法
2.1基于電樞電流分析的方法
元件開路、元件脫焊和匝間短路等故障發(fā)生時,電機的電樞電流(包括啟動電流和穩(wěn)態(tài)電流)會有較大的變化。電樞繞組中的一個元件開路,當(dāng)其他電磁參數(shù)未發(fā)生改變時,導(dǎo)致電樞并聯(lián)支路數(shù)的減少,引起電樞電阻增大,必然使平均電樞電流減小,電機轉(zhuǎn)速下降,電流的脈動頻率減小。電樞繞組線圈短路后與正常情況相比,電樞電流比正常狀態(tài)下增大了,起動過程的電樞電流的下降速率降低[2-7]
永磁直流電動機的電樞電沆的瞬態(tài)響應(yīng)為:
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