感應(yīng)電機(jī)故障診斷研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)
陽同光1,2,蔣新華1
(1中南大學(xué),長(zhǎng)沙410075;2.三一集團(tuán),長(zhǎng)沙410029)
摘要:感應(yīng)電機(jī)在工業(yè)中扮演重要角色,它的可靠安全運(yùn)行至關(guān)重要。由于感應(yīng)電機(jī)結(jié)構(gòu)、濕度以及溫度的影響,感應(yīng)電機(jī)的故障時(shí)有發(fā)生。感應(yīng)電機(jī)在線故障診斷的基本步驟包括提取故障信號(hào)、提取故障特征信息以及故障狀態(tài)識(shí)別。首先在線提取故障信號(hào),然后通過信號(hào)處理技術(shù)提取故障特征信息,最后通過算法確定故障類別。文章對(duì)當(dāng)前的感應(yīng)電機(jī)在線故障診斷的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行探討。
關(guān)鍵詞:感應(yīng)電機(jī);故障診斷
中圖分類號(hào):tm346;tp277 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:a 文章編號(hào):1001-6848( 2010)04-0068-05
0引 言
感應(yīng)電機(jī)故障診斷技術(shù)主要分為基于模型、基于信號(hào)分析兩種類型。基于模型的故障診斷方法需要精確的感應(yīng)電機(jī)模型,但對(duì)非線性、強(qiáng)耦合、多變量的感應(yīng)電機(jī)來說,建立精確的數(shù)學(xué)模型并非易事,而且在運(yùn)行中,感應(yīng)電機(jī)的很多物理量都會(huì)發(fā)生一定的變化。基于信號(hào)分析的故障診斷方法是通過一定的信號(hào)處理技術(shù)從信號(hào)中提出故障特征,然后通過模式識(shí)別來判斷是否存在故障、故障類型和故障嚴(yán)重程度。本文對(duì)基于信號(hào)分析的感應(yīng)電機(jī)故障診斷理論和方法的研究現(xiàn)狀、存在問題以及未來發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行敘述。
1感應(yīng)電機(jī)故障類別
感應(yīng)電機(jī)故障根據(jù)電機(jī)的主要組成部分分為:定子部分故障,轉(zhuǎn)子部分故障,軸承故障和氣隙偏心等其他故障。
軸承是感應(yīng)電機(jī)最容易發(fā)生故障的部分,占感應(yīng)電機(jī)故障總數(shù)的百分之41。感應(yīng)電機(jī)軸承故障主要是由于過載、潤(rùn)滑不良、安裝不正、軸電流以及異物進(jìn)入等原因引起的軸承磨損,表面剝落、腐蝕甚至碎裂等。軸承故障能在機(jī)械振動(dòng)信號(hào)和其他傳感器信號(hào)(如電流)中產(chǎn)生特征頻率部分,對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行分析能確定軸承故障。
幾乎百分之40的感應(yīng)電機(jī)故障都屬于定子故障,主要是由線圈中相鄰繞組間絕緣故障引起,即匝間短路。由此產(chǎn)生的感應(yīng)電流導(dǎo)致過熱和氣隙磁場(chǎng)不平衡。如果不及時(shí)檢測(cè),局部過熱將導(dǎo)致更大的定子絕緣損害,甚至造成災(zāi)難。
大約有10 010的感應(yīng)電機(jī)故障屬于轉(zhuǎn)子故障。一般的電機(jī)機(jī)械故障為轉(zhuǎn)子斷條或端環(huán)斷裂,這些將使電機(jī)在運(yùn)行過程中發(fā)熱,使導(dǎo)條和端環(huán)受到循環(huán)熱應(yīng)力和變形,導(dǎo)致故障進(jìn)一步擴(kuò)大。轉(zhuǎn)子偏心將在定子中產(chǎn)生不均衡的氣隙,引起軸承故障和機(jī)械故障。
2故障信號(hào)選擇
電機(jī)是高度對(duì)稱的,各種形式的故障都影響他的對(duì)稱性。這導(dǎo)致定子、轉(zhuǎn)子之間的磁通產(chǎn)生相應(yīng)的改變,從而改變定子電流、電壓、磁場(chǎng)和機(jī)械振動(dòng)。通過對(duì)這些信號(hào)的分析,能對(duì)感應(yīng)電機(jī)的健康狀態(tài)進(jìn)行分析并判斷故障的嚴(yán)重程度(如表1)。如通過電流信號(hào)能識(shí)別感應(yīng)電機(jī)所有故障,振動(dòng)信號(hào)分析能識(shí)別轉(zhuǎn)子故障、軸承以及氣隙偏心等故障,而軸磁通則能識(shí)別除軸承意外的其他故障,與之相反,潤(rùn)滑油則只能識(shí)別軸承故障。
檢測(cè)機(jī)械振動(dòng)信號(hào)是一種傳統(tǒng)的技術(shù),在機(jī)械故障診斷方面有著廣泛的應(yīng)用。通常在旋軸上安裝一個(gè)壓電傳感器,由于其產(chǎn)生的電壓信號(hào)正比于加速度,因此它能很好地反應(yīng)旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動(dòng)信息。但加速度傳感器存在價(jià)格昂貴、安裝不便以及可靠性較差的缺點(diǎn)。定子電流信號(hào)是另一種常用的分析信號(hào),通常用霍爾電流探測(cè)針來測(cè)量,相對(duì)機(jī)械振動(dòng)信號(hào),它具有安裝簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、非侵入式以及與電機(jī)控制系統(tǒng)共享電流信號(hào)的特點(diǎn),已成為感應(yīng)電機(jī)故障診斷信號(hào)分析的熱點(diǎn)。此外,電磁轉(zhuǎn)矩、park矢量、軸向磁通、潤(rùn)滑油以及溫度等物坦量,也可用于故障診斷[3-4]。
3信號(hào)處理技術(shù)
信號(hào)處理技術(shù)就是處理檢測(cè)到的信號(hào),以產(chǎn)生和呈現(xiàn)故障和不明故障相關(guān)的特征值或參數(shù)(如與故障相關(guān)的頻率組成部分)。
3.1時(shí)域分析
常用的時(shí)域特征提取方法,如時(shí)間序列模型法,它通過對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析,建立它的時(shí)間序列模型,模型的參數(shù)既能反映系統(tǒng)固有的特性,又反映系統(tǒng)在外界作用下的輸出特性。其中常見的 |