電機故障診斷技術(shù)課件

電機故障診斷技術(shù)電氣信息工程學(xué)院魏云冰電機故障診斷技術(shù)電氣信息工程學(xué)院1目錄現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢傳感器數(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)目錄現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢2第一節(jié)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

電機故障診斷技術(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)電機運行過程中產(chǎn)生的各種信息，判斷電機運行是正常還是發(fā)生了異常，識別電機是否發(fā)生了故障。它能實現(xiàn)電機在帶負荷運行時，或不拆卸情況下，通過對其狀態(tài)參數(shù)的檢測和分析，判定是否存在故障及故障的位置和原因，并對電機未來狀態(tài)進行預(yù)測。第一節(jié)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢電機故障診斷技術(shù)，是近年來興3

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進步、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)所采用的電機數(shù)量不斷增加，單機容量不斷提高。電機的正常工作對保障生產(chǎn)制造過程的安全、高效、敏捷、優(yōu)質(zhì)和低耗運行意義非常重大。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進步、生產(chǎn)系統(tǒng)的發(fā)展和設(shè)備制造水平4

電機故障不僅會損壞電機本身，且會影響整個系統(tǒng)的正常工作，甚至危及人身安全，造成巨大的經(jīng)濟損失。通過對電機常見故障的診斷和分析，可以及早發(fā)現(xiàn)故障和預(yù)防故障的進一步惡化，減少突發(fā)事故造成的停產(chǎn)損失，防止對人員和設(shè)備安全的威脅，并為實現(xiàn)狀態(tài)檢修創(chuàng)造條件。電機故障不僅會損壞電機本身，且會影響整個系統(tǒng)的正常工5

在電機故障初期便能捕捉到故障信息，為實現(xiàn)合理的狀態(tài)檢修創(chuàng)造條件，這是電機最為理想的診斷和保護措施。但早期故障微弱信息的獲取和智能診斷系統(tǒng)的準確性，特別是在信號處理技術(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入實用化階段。在電機故障初期便能捕捉到故障信息，為實現(xiàn)合理的狀態(tài)檢6

國外對電機故障診斷技術(shù)的研究始于20世紀60年代。盡管各個國家都很重視，但是直到70～80年代，隨著傳感器、計算機、光纖等高新技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，電機在線診斷技術(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。國外對電機故障診斷技術(shù)的研究始于20世紀60年代。盡7

我國對電機故障診斷技術(shù)的重要性也早有認識，20世紀60年代就提出過不少帶電試驗的方法，但由于操作復(fù)雜，測量結(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。我國對電機故障診斷技術(shù)的重要性也早有認識，20世紀68

除解析模型法外，基于信號處理和專家知識的電機故障診斷技術(shù)占很大成分，有相關(guān)函數(shù)高階統(tǒng)計量、倒譜分析等，但這些方法局限于穩(wěn)態(tài)運行時的電機故障診斷。目前，對于起動、加速等動態(tài)運行條件下實時診斷日益引起重視。如小波變換技術(shù)，由于具有良好的時頻局部化特性，能準確抓住瞬變信號的特征，因此在動態(tài)信號分析上有明顯的優(yōu)勢。除解析模型法外，基于信號處理和專家知識的電機故障診斷9第二節(jié)傳感器

傳感器，也稱換能器或變換器，是將被測的某一物理量(或信號)，按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換為與其對應(yīng)的另一種(或同種)物理量(或信號)并輸出的裝置。傳感器是實現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)，信息的采集與轉(zhuǎn)換主要依靠傳感器來完成。第二節(jié)傳感器傳感器，也稱換能器或變換器，是將被測10

傳感器通常由兩個基本部分組成：(1)敏感元件將被測非電量預(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。傳感器通常由兩個基本部分組成：11傳感器分類：根據(jù)被測物理量分類，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。

傳感器分類：12電機故障診斷對傳感器的要求：應(yīng)具有較好的響應(yīng)特性；從被測對象抽走的能量要?。患釉诒粶y對象上的負載要盡可能?。槐仨氂休^高的穩(wěn)定性和較長使用壽命；信號傳遞、記錄和處理要方便；具有較好的抗干擾能力。

電機故障診斷對傳感器的要求：13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。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：14數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：多路分時采集系統(tǒng)；多路同步采集系統(tǒng)；低電平數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：15

多路轉(zhuǎn)換開關(guān)，常被用來輪流切換各被測信號，使被測信號輸入通道，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。多路轉(zhuǎn)換開關(guān)，常被用來輪流切換各被測信號，使被測信號16

采樣保持電路，是在某個規(guī)定的時間內(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：采樣精度；保持精度；采樣速度。采樣保持電路，是在某個規(guī)定的時間內(nèi)接收輸入電壓，并在17

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)。采集的信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后，便于進行處理和分析。精度和速度是A/D轉(zhuǎn)換器最重要的性能指標。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18

信號變換電路是對信號進行預(yù)處理，具體包括：阻抗變換、信號的放大或衰減、濾波、線性化處理、數(shù)值運算、電氣隔離等。如傳感器輸出信號十分微弱時，必須采用前置放大器，提高對信號的分辨率；當信號含有較多噪聲成分時，必須進行濾波處理等。信號變換電路是對信號進行預(yù)處理，具體包括：阻抗變換、19第四節(jié)數(shù)據(jù)處理信號處理方法：時域分析—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；時差域分析—自相關(guān)、互相關(guān)分析；計數(shù)域分析—峰值計數(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。第四節(jié)數(shù)據(jù)處理信號處理方法：20頻譜分析法相關(guān)分析法信號平均法頻率統(tǒng)計法電機故障診斷技術(shù)課件21第五節(jié)診斷軟件與專家系統(tǒng)計算機技術(shù)在診斷儀器、診斷系統(tǒng)和監(jiān)測系統(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)揮測試硬件的作用，使得數(shù)據(jù)采集、分析、存儲和臨界參數(shù)的預(yù)報，直至電機運行狀態(tài)的診斷的整個過程實現(xiàn)自動化。第五節(jié)診斷軟件與專家系統(tǒng)計算機技術(shù)在診斷22幾個典型的診斷軟件：設(shè)備預(yù)知維修系統(tǒng)(PM)診斷軟件電動機絕緣檢測軟件MTA4.5MFD、MFD2振動監(jiān)測、診斷軟件幾個典型的診斷軟件：23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)知維護軟件，包括基本和高級的分析程序、綜合診斷程序和計算機輔助試驗程序，主要用于工廠對于設(shè)備運行分析預(yù)報。該軟件能周期性監(jiān)測機器運行的狀態(tài)參數(shù)，監(jiān)測它們的臨界參數(shù)，發(fā)現(xiàn)和消除可能發(fā)生的故障，以保證正常生產(chǎn)。設(shè)備預(yù)知維修系統(tǒng)(PM)診斷軟件：24電動機絕緣檢測軟件MTA4.5：由美國貝克公司開發(fā)的，是一個性能全面的絕緣沖擊試驗檢測和數(shù)據(jù)庫軟件。它是與貝克公司生產(chǎn)的“S”系列沖擊/高壓測試儀配套的專用軟件。電動機絕緣檢測軟件MTA4.5：25MFD、MFD2振動監(jiān)測、診斷軟件：由南京航空航天大學(xué)振動工程研究所開發(fā)，是與DSC-1、YE5938數(shù)據(jù)采集器配套的軟件。MFD、MFD2振動監(jiān)測、診斷軟件：26專家系統(tǒng)：一種智能計算機程序系統(tǒng)，它用一定的知識和推理過程去解決某一領(lǐng)域通常需要專家水平知識和經(jīng)驗才能解決的復(fù)雜問題。它能象領(lǐng)域?qū)＜乙粯庸ぷ?，能運用專家們多年積累的工作經(jīng)驗與專門知識，在很短時間內(nèi)對問題作出高水平的解答。專家系統(tǒng)：27EXPLORE-EX診斷專家系統(tǒng)：EXPLORE-EX旋轉(zhuǎn)機械故障診斷專家系統(tǒng)，由美國恩泰克公司與斯韋公司聯(lián)合開發(fā)的一套專門用于對多種旋轉(zhuǎn)機械一些常見的振動問題進行診斷咨詢的專家系統(tǒng)，它通過對大量振動數(shù)據(jù)自動進行分析和診斷，提高了預(yù)知維修的效率和效果。EXPLORE-EX診斷專家系統(tǒng)：28電機故障診斷技術(shù)電氣信息工程學(xué)院魏云冰電機故障診斷技術(shù)電氣信息工程學(xué)院29目錄現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢傳感器數(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)目錄現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢30第一節(jié)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

電機故障診斷技術(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)電機運行過程中產(chǎn)生的各種信息，判斷電機運行是正常還是發(fā)生了異常，識別電機是否發(fā)生了故障。它能實現(xiàn)電機在帶負荷運行時，或不拆卸情況下，通過對其狀態(tài)參數(shù)的檢測和分析，判定是否存在故障及故障的位置和原因，并對電機未來狀態(tài)進行預(yù)測。第一節(jié)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢電機故障診斷技術(shù)，是近年來興31

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進步、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)所采用的電機數(shù)量不斷增加，單機容量不斷提高。電機的正常工作對保障生產(chǎn)制造過程的安全、高效、敏捷、優(yōu)質(zhì)和低耗運行意義非常重大。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進步、生產(chǎn)系統(tǒng)的發(fā)展和設(shè)備制造水平32

電機故障不僅會損壞電機本身，且會影響整個系統(tǒng)的正常工作，甚至危及人身安全，造成巨大的經(jīng)濟損失。通過對電機常見故障的診斷和分析，可以及早發(fā)現(xiàn)故障和預(yù)防故障的進一步惡化，減少突發(fā)事故造成的停產(chǎn)損失，防止對人員和設(shè)備安全的威脅，并為實現(xiàn)狀態(tài)檢修創(chuàng)造條件。電機故障不僅會損壞電機本身，且會影響整個系統(tǒng)的正常工33

在電機故障初期便能捕捉到故障信息，為實現(xiàn)合理的狀態(tài)檢修創(chuàng)造條件，這是電機最為理想的診斷和保護措施。但早期故障微弱信息的獲取和智能診斷系統(tǒng)的準確性，特別是在信號處理技術(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入實用化階段。在電機故障初期便能捕捉到故障信息，為實現(xiàn)合理的狀態(tài)檢34

國外對電機故障診斷技術(shù)的研究始于20世紀60年代。盡管各個國家都很重視，但是直到70～80年代，隨著傳感器、計算機、光纖等高新技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，電機在線診斷技術(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。國外對電機故障診斷技術(shù)的研究始于20世紀60年代。盡35

我國對電機故障診斷技術(shù)的重要性也早有認識，20世紀60年代就提出過不少帶電試驗的方法，但由于操作復(fù)雜，測量結(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。我國對電機故障診斷技術(shù)的重要性也早有認識，20世紀636

除解析模型法外，基于信號處理和專家知識的電機故障診斷技術(shù)占很大成分，有相關(guān)函數(shù)高階統(tǒng)計量、倒譜分析等，但這些方法局限于穩(wěn)態(tài)運行時的電機故障診斷。目前，對于起動、加速等動態(tài)運行條件下實時診斷日益引起重視。如小波變換技術(shù)，由于具有良好的時頻局部化特性，能準確抓住瞬變信號的特征，因此在動態(tài)信號分析上有明顯的優(yōu)勢。除解析模型法外，基于信號處理和專家知識的電機故障診斷37第二節(jié)傳感器

傳感器，也稱換能器或變換器，是將被測的某一物理量(或信號)，按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換為與其對應(yīng)的另一種(或同種)物理量(或信號)并輸出的裝置。傳感器是實現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)，信息的采集與轉(zhuǎn)換主要依靠傳感器來完成。第二節(jié)傳感器傳感器，也稱換能器或變換器，是將被測38

傳感器通常由兩個基本部分組成：(1)敏感元件將被測非電量預(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。傳感器通常由兩個基本部分組成：39傳感器分類：根據(jù)被測物理量分類，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。

傳感器分類：40電機故障診斷對傳感器的要求：應(yīng)具有較好的響應(yīng)特性；從被測對象抽走的能量要?。患釉诒粶y對象上的負載要盡可能?。槐仨氂休^高的穩(wěn)定性和較長使用壽命；信號傳遞、記錄和處理要方便；具有較好的抗干擾能力。

電機故障診斷對傳感器的要求：41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。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：42數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：多路分時采集系統(tǒng)；多路同步采集系統(tǒng)；低電平數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：43

多路轉(zhuǎn)換開關(guān)，常被用來輪流切換各被測信號，使被測信號輸入通道，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。多路轉(zhuǎn)換開關(guān)，常被用來輪流切換各被測信號，使被測信號44

采樣保持電路，是在某個規(guī)定的時間內(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：采樣精度；保持精度；采樣速度。采樣保持電路，是在某個規(guī)定的時間內(nèi)接收輸入電壓，并在45

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)。采集的信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后，便于進行處理和分析。精度和速度是A/D轉(zhuǎn)換器最重要的性能指標。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46

信號變換電路是對信號進行預(yù)處理，具體包括：阻抗變換、信號的放大或衰減、濾波、線性化處理、數(shù)值運算、電氣隔離等。如傳感器輸出信號十分微弱時，必須采用前置放大器，提高對信號的分辨率；當信號含有較多噪聲成分時，必須進行濾波處理等。信號變換電路是對信號進行預(yù)處理，具體包括：阻抗變換、47第四節(jié)數(shù)據(jù)處理信號處理方法：時域分析—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；時差域分析—自相關(guān)、互相關(guān)分析；計數(shù)域分析—峰值計數(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。第四節(jié)數(shù)據(jù)處理信號處理方法：48頻譜分析法相關(guān)分析法信號平均法頻率統(tǒng)計法電機故障診斷技術(shù)課件49第五節(jié)診斷軟件與專家系統(tǒng)計算機技術(shù)在診斷儀器、診斷系統(tǒng)和監(jiān)測系統(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)揮測試硬件的作用，使得數(shù)據(jù)采集、分析、存儲和臨界參數(shù)的預(yù)報，直至電機運行狀態(tài)的診斷的整個過程實現(xiàn)自動化。第五節(jié)診斷軟件與專家系統(tǒng)計算機技術(shù)在診斷50幾個典