電機(jī)故障診斷技術(shù)課件

1、電機(jī)故障診斷技術(shù)電氣信息工程學(xué)院魏云冰目 錄 現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì) 傳感器 數(shù)據(jù)采集和預(yù)處理 數(shù)據(jù)處理 診斷軟件與專家系統(tǒng)第一節(jié) 現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì) 電機(jī)故障診斷技術(shù)，是近年來興起的一門包含很多新科技內(nèi)容的綜合技術(shù)。它根據(jù)電機(jī)運(yùn)行過程中產(chǎn)生的各種信息，判斷電機(jī)運(yùn)行是正常還是發(fā)生了異常，識(shí)別電機(jī)是否發(fā)生了故障。它能實(shí)現(xiàn)電機(jī)在帶負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，或不拆卸情況下，通過對(duì)其狀態(tài)參數(shù)的檢測(cè)和分析，判定是否存在故障及故障的位置和原因，并對(duì)電機(jī)未來狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測(cè)。 隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步、生產(chǎn)系統(tǒng)的發(fā)展和設(shè)備制造水平的提高，生產(chǎn)系統(tǒng)所采用的電機(jī)數(shù)量不斷增加，單機(jī)容量不斷提高。電機(jī)的正常工作對(duì)保障生產(chǎn)制造過程的安全、高效、敏捷

2、、優(yōu)質(zhì)和低耗運(yùn)行意義非常重大。 電機(jī)故障不僅會(huì)損壞電機(jī)本身，且會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的正常工作，甚至危及人身安全，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。通過對(duì)電機(jī)常見故障的診斷和分析，可以及早發(fā)現(xiàn)故障和預(yù)防故障的進(jìn)一步惡化，減少突發(fā)事故造成的停產(chǎn)損失，防止對(duì)人員和設(shè)備安全的威脅，并為實(shí)現(xiàn)狀態(tài)檢修創(chuàng)造條件。 在電機(jī)故障初期便能捕捉到故障信息，為實(shí)現(xiàn)合理的狀態(tài)檢修創(chuàng)造條件，這是電機(jī)最為理想的診斷和保護(hù)措施。但早期故障微弱信息的獲取和智能診斷系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，特別是在信號(hào)處理技術(shù)和特征提取環(huán)節(jié)上還存在很多困難，使得該方法還未能取得理想效果并進(jìn)入實(shí)用化階段。 國(guó)外對(duì)電機(jī)故障診斷技術(shù)的研究始于20世紀(jì)60年代。盡管各個(gè)國(guó)家都很重視，

3、但是直到7080年代，隨著傳感器、計(jì)算機(jī)、光纖等高新技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，電機(jī)在線診斷技術(shù)才真正得到迅速發(fā)展。加拿大、日本及前蘇聯(lián)陸續(xù)研制了變壓器、發(fā)電機(jī)的局部放電、泄漏電流等在線監(jiān)視系統(tǒng)，有些已經(jīng)發(fā)展成正式產(chǎn)品。 我國(guó)對(duì)電機(jī)故障診斷技術(shù)的重要性也早有認(rèn)識(shí)，20世紀(jì)60年代就提出過不少帶電試驗(yàn)的方法，但由于操作復(fù)雜，測(cè)量結(jié)果分散性大而未得到推廣。直到80年代開始出現(xiàn)電機(jī)故障在線診斷技術(shù)的研究，近10多年來得到迅猛的發(fā)展。 除解析模型法外，基于信號(hào)處理和專家知識(shí)的電機(jī)故障診斷技術(shù)占很大成分，有相關(guān)函數(shù)高階統(tǒng)計(jì)量、倒譜分析等，但這些方法局限于穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的電機(jī)故障診斷。目前，對(duì)于起動(dòng)、加速等動(dòng)態(tài)運(yùn)行條件

4、下實(shí)時(shí)診斷日益引起重視。如小波變換技術(shù)，由于具有良好的時(shí)頻局部化特性，能準(zhǔn)確抓住瞬變信號(hào)的特征，因此在動(dòng)態(tài)信號(hào)分析上有明顯的優(yōu)勢(shì)。第二節(jié) 傳感器 傳感器，也稱換能器或變換器，是將被測(cè)的某一物理量(或信號(hào))，按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換為與其對(duì)應(yīng)的另一種(或同種)物理量(或信號(hào))并輸出的裝置。傳感器是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)，信息的采集與轉(zhuǎn)換主要依靠傳感器來完成。 傳感器通常由兩個(gè)基本部分組成： (1)敏感元件 將被測(cè)非電量預(yù)先變換成另一種非電量的器件，也稱預(yù)變換器。傳感器中的各類彈性元件就是敏感元件。 (2)轉(zhuǎn)換元件 將感受到的非電量直接轉(zhuǎn)換為電學(xué)量的器件。如應(yīng)變電阻、壓電晶體、熱電偶等。傳感器分類

5、： 根據(jù)被測(cè)物理量分類，如位移傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器、加速度傳感器等； 按工作原理分類，如應(yīng)變式、壓電式、渦流式、電阻式等； 按能量傳遞方式分類，分為有源傳感器和無源傳感器。 電機(jī)故障診斷對(duì)傳感器的要求： 應(yīng)具有較好的響應(yīng)特性； 從被測(cè)對(duì)象抽走的能量要?。?加在被測(cè)對(duì)象上的負(fù)載要盡可能?。?必須有較高的穩(wěn)定性和較長(zhǎng)使用壽命； 信號(hào)傳遞、記錄和處理要方便； 具有較好的抗干擾能力。 第三節(jié) 數(shù)據(jù)采集和預(yù)處理數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通常包括： 多路轉(zhuǎn)換開關(guān)； 采樣保持電路； A/D變換器。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)： 多路分時(shí)采集系統(tǒng)； 多路同步采集系統(tǒng)； 低電平數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。 多路轉(zhuǎn)換開關(guān)，常被用來輪流切換各被

6、測(cè)信號(hào)，使被測(cè)信號(hào)輸入通道，可以共用采樣保持器或A/D轉(zhuǎn)換器，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，使用元件數(shù)減少，是目前數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中不可缺少的基本單元。 采樣保持電路，是在某個(gè)規(guī)定的時(shí)間內(nèi)接收輸入電壓，并在輸出端保持該電壓，直至下次采樣開始時(shí)為止，采樣保持電路一般用電容保持，其增益一般為1，且是同相。主要有以下指標(biāo)： 采樣精度； 保持精度； 采樣速度。 A/D轉(zhuǎn)換器將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)。采集的信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后，便于進(jìn)行處理和分析。精度和速度是A/D轉(zhuǎn)換器最重要的性能指標(biāo)。 信號(hào)變換電路是對(duì)信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，具體包括：阻抗變換、信號(hào)的放大或衰減、濾波、線性化處理、數(shù)值運(yùn)算、電氣隔離等。如

7、傳感器輸出信號(hào)十分微弱時(shí)，必須采用前置放大器，提高對(duì)信號(hào)的分辨率；當(dāng)信號(hào)含有較多噪聲成分時(shí)，必須進(jìn)行濾波處理等。第四節(jié) 數(shù)據(jù)處理信號(hào)處理方法： 時(shí)域分析幅值、周期分析； 頻域分析頻譜、功率譜密度分析； 幅值域分析均值、方差、概率分析； 時(shí)差域分析自相關(guān)、互相關(guān)分析； 計(jì)數(shù)域分析峰值計(jì)數(shù)分析； 轉(zhuǎn)速域分析幅值變化、階次分析； 倒頻域分析倒頻譜分析。 頻譜分析法 相關(guān)分析法 信號(hào)平均法 頻率統(tǒng)計(jì)法第五節(jié) 診斷軟件與專家系統(tǒng) 計(jì)算機(jī)技術(shù)在診斷儀器、診斷系統(tǒng)和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中日益廣泛的應(yīng)用是診斷軟件出現(xiàn)和推廣的前提。應(yīng)用軟件與診斷設(shè)備的配合，即軟件與硬件的結(jié)合可以最大發(fā)揮測(cè)試硬件的作用，使得數(shù)據(jù)采集、分析、

8、存儲(chǔ)和臨界參數(shù)的預(yù)報(bào)，直至電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的診斷的整個(gè)過程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。幾個(gè)典型的診斷軟件： 設(shè)備預(yù)知維修系統(tǒng)(PM)診斷軟件 電動(dòng)機(jī)絕緣檢測(cè)軟件MTA4.5 MFD、MFD2振動(dòng)監(jiān)測(cè)、診斷軟件設(shè)備預(yù)知維修系統(tǒng)(PM)診斷軟件： 由恩泰克公司開發(fā)的工業(yè)用預(yù)知維護(hù)軟件，包括基本和高級(jí)的分析程序、綜合診斷程序和計(jì)算機(jī)輔助試驗(yàn)程序，主要用于工廠對(duì)于設(shè)備運(yùn)行分析預(yù)報(bào)。該軟件能周期性監(jiān)測(cè)機(jī)器運(yùn)行的狀態(tài)參數(shù)，監(jiān)測(cè)它們的臨界參數(shù)，發(fā)現(xiàn)和消除可能發(fā)生的故障，以保證正常生產(chǎn)。電動(dòng)機(jī)絕緣檢測(cè)軟件MTA4.5： 由美國(guó)貝克公司開發(fā)的，是一個(gè)性能全面的絕緣沖擊試驗(yàn)檢測(cè)和數(shù)據(jù)庫(kù)軟件。它是與貝克公司生產(chǎn)的“S”系列沖擊/高壓測(cè)試儀配套的專用軟件。MFD、MFD2振動(dòng)監(jiān)測(cè)、診斷軟件： 由南京航空航天大學(xué)振動(dòng)工程研究所開發(fā)，是與DSC-1、YE5938數(shù)據(jù)采集器配套的軟件。專家系統(tǒng)： 一種智能計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)，它用一定的知識(shí)和推理過程去解決某一領(lǐng)域通常需要專家水平知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)才能解決的復(fù)雜問題。它能象領(lǐng)域?qū)＜乙粯庸ぷ?，能運(yùn)用專家們多年積累的工作經(jīng)驗(yàn)與專門知識(shí)，在很短時(shí)間內(nèi)對(duì)問題作