芻議電機(jī)故障的診斷方法及保護(hù)技術(shù)

摘要:電機(jī)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用廣泛，作為重要的動(dòng)力設(shè)備，電機(jī)的正常運(yùn)行關(guān)系到生產(chǎn)效率。本文以三相異步電機(jī)為例，簡(jiǎn)要論述了電機(jī)常見(jiàn)的故障，提出了幾點(diǎn)電機(jī)故障的診斷方法。

關(guān)鍵詞:電機(jī)故障 診斷

電機(jī)的工作狀態(tài)直接影響著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的正常進(jìn)行。隨著故障診斷技術(shù)的不斷發(fā)展，人們開(kāi)發(fā)出了各種電機(jī)故障診斷系統(tǒng)，而且效果比較顯著。但誤判率高、準(zhǔn)確度低，仍然是一個(gè)現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。因此通過(guò)電機(jī)的故障特征，對(duì)電機(jī)的常見(jiàn)故障進(jìn)行分析及診斷，可以有效地降低故障率，保證生產(chǎn)系統(tǒng)安全可靠地運(yùn)行，減少突發(fā)事故造成的停產(chǎn)損失，降低維修成本，消除對(duì)人員和設(shè)備的安全威脅。因此，對(duì)電機(jī)故障診斷方法的研究具有重要意義。

1、電機(jī)的主要故障及原因分析

1.1繞組絕緣故障

電機(jī)故障頻率最高的是在絕緣系統(tǒng)。以鼠籠異步電機(jī)為例，該電機(jī)常在較差的環(huán)境下工作，外界環(huán)境影響會(huì)使電機(jī)內(nèi)活動(dòng)性放電量增加，絕緣電阻降低，造成泄露電流的增大，耐壓水平降低。在發(fā)生故障較多且的運(yùn)行了幾年后的鼠籠異步電機(jī)中，絕緣故障約占總故障的80%以上。繞組絕緣由于環(huán)境和工作人員的不規(guī)范操作使得老化、受潮、磨損、過(guò)熱、污染等導(dǎo)致絕緣電阻下降直至絕緣擊穿。

1.2定子鐵心故障

故障出現(xiàn)的主要原因除了制造過(guò)程不規(guī)范外，還由于穿轉(zhuǎn)子過(guò)程中的損傷或電機(jī)摩擦、劇烈振動(dòng)使得片間絕緣損壞，造成定子鐵心故障的發(fā)生。故障出現(xiàn)前一般會(huì)有空載電流加大，振動(dòng)幅度和噪聲增大，環(huán)路電流，鐵心溫度升高，絕緣材料分解異?，F(xiàn)象。這是由于有些三相電機(jī)氣隙較小，加上裝配不當(dāng)，在使用過(guò)程中造成軸承磨損、轉(zhuǎn)軸彎曲及單邊磁拉力，進(jìn)而造成定轉(zhuǎn)子的摩擦，損壞絕緣。可通過(guò)鐵損試驗(yàn)及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障。

1.3轉(zhuǎn)子軸承故障

由于電機(jī)的轉(zhuǎn)子在工作中要承受各種復(fù)雜和交變的應(yīng)力，加上轉(zhuǎn)子上零件的脫落和松動(dòng)使得轉(zhuǎn)子失衡，轉(zhuǎn)子偏心會(huì)產(chǎn)生不對(duì)稱電磁拉力等造成的轉(zhuǎn)軸彎曲、軸頸橢圓及軸承故障等都會(huì)使電機(jī)振動(dòng)增加，發(fā)生扭轉(zhuǎn)振蕩，軸系斷裂。因此，轉(zhuǎn)子軸承故障的異常表現(xiàn)是噪聲和振動(dòng)。

1.4缺相故障

三相電源中出現(xiàn)一相斷路即為缺相。其原因一般是電機(jī)的接線端子損壞或脫落或電機(jī)某一繞組損壞。缺相的異常表現(xiàn)有在電機(jī)運(yùn)行時(shí)運(yùn)行時(shí)發(fā)出“嗡嗡”聲，電機(jī)升溫快。要注意的是，當(dāng)電機(jī)缺相時(shí)，當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間接通電源或多次頻繁接通電源將導(dǎo)致電機(jī)燒毀，同時(shí)，電機(jī)達(dá)到滿載后，電機(jī)可能不會(huì)運(yùn)轉(zhuǎn)，嚴(yán)重時(shí)可能燒損電機(jī)。因此，要馬上對(duì)電機(jī)進(jìn)行停機(jī)檢查，檢驗(yàn)電機(jī)的各接線端子的松落情況，再檢查電機(jī)繞組。

1.5轉(zhuǎn)子籠條故障

電機(jī)本身制造的過(guò)程中鑄件不合格、焊接不良和轉(zhuǎn)子強(qiáng)度不夠等，加上操作上的不合理，頻繁啟動(dòng)電機(jī)，在制動(dòng)和長(zhǎng)期重負(fù)載運(yùn)行都會(huì)使轉(zhuǎn)子籠條及端環(huán)在較大的熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力的作用下使鼠籠疲勞斷裂。轉(zhuǎn)子鼠籠故障出現(xiàn)后一般會(huì)有電機(jī)啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)，力矩減小，振動(dòng)和噪聲增大，電機(jī)轉(zhuǎn)速、定子電流出現(xiàn)脈動(dòng)的異?，F(xiàn)象。由于該故障主要由于長(zhǎng)期的重負(fù)載，轉(zhuǎn)子鼠籠故障多發(fā)生在拖動(dòng)高負(fù)載(如采掘機(jī)、引風(fēng)機(jī)和磨煤機(jī)等)和高速機(jī)械(如給水泵)的電機(jī)中。

1.6振動(dòng)或噪音過(guò)大

產(chǎn)生原因主要是沒(méi)有按要求進(jìn)行電機(jī)安裝，造成電機(jī)基礎(chǔ)不穩(wěn)、轉(zhuǎn)子不平衡或轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸彎曲;電機(jī)輸出端與工作機(jī)聯(lián)軸器聯(lián)接不合理也會(huì)導(dǎo)致電機(jī)的振動(dòng)幅度過(guò)大。針對(duì)此現(xiàn)象，要修正電機(jī)安裝情況，對(duì)重要部位進(jìn)行加固。經(jīng)常檢查電機(jī)轉(zhuǎn)子及轉(zhuǎn)軸。

2、故障診斷方法

2.1基于解析模型的診斷方法

基于解析模型的診斷方法已取得了相當(dāng)豐富的理論研究成果。目前，已經(jīng)完善了以“辨識(shí)及參數(shù)估計(jì)”、“線性狀態(tài)觀測(cè)器，和“等價(jià)空間”方法為基本框架的LTI系統(tǒng)故障診斷方法的理論研究，。實(shí)現(xiàn)了將多種參差發(fā)生器的設(shè)計(jì)方法集成以綜合考慮參差發(fā)生器的參數(shù)設(shè)計(jì)、評(píng)價(jià)函數(shù)的選擇和閉值的確定，有效提高了故障診斷系統(tǒng)的性能。然而，基于解析模型的診斷方法相對(duì)于流派分層、技術(shù)成熟且豐富的理論方法，在實(shí)踐中其成功應(yīng)用的范例明顯偏少。LTI系統(tǒng)診斷方法還有很多實(shí)際的復(fù)雜問(wèn)題需要解決。另外，非線性系統(tǒng)的診斷理論研究只是針對(duì)一些特殊的非線性系統(tǒng)的理論研究，尚不足以解決實(shí)際中廣泛存在的復(fù)雜非線性問(wèn)題。

2.2基于信號(hào)處理的診斷方法

基于信號(hào)處理的診斷方法能直接利用各類信號(hào)處理方法，回避部分建立診斷對(duì)象數(shù)學(xué)模型，適應(yīng)性較強(qiáng)，該法既適應(yīng)于線性系統(tǒng)，也適用于非線性系統(tǒng)。小波主要分析時(shí)間信號(hào)的奇異性、信號(hào)頻率結(jié)構(gòu)的變化、或者同時(shí)進(jìn)行時(shí)間和頻率特性。此外，能從噪聲特性分析出發(fā)診斷故障類型，其濾波性能對(duì)測(cè)量信號(hào)進(jìn)行有效降低噪音?；谀壳暗难芯?，可變多元統(tǒng)計(jì)模型的故障診斷研究，采樣時(shí)間序列的故障數(shù)據(jù)檢測(cè)，傳感器誤差故障檢測(cè)方法等，在一定程度上取得了有實(shí)用價(jià)值的成果?；谛盘?hào)處理的故障診斷方法是建立在對(duì)故障機(jī)理的透徹分析和研究基礎(chǔ)上的，能進(jìn)行時(shí)域和頻域分析，判斷系統(tǒng)傳感器的故障。

2.3基于知識(shí)的診斷方法

基于知識(shí)的故障診斷方法能充分利用領(lǐng)域?qū)＜业脑\斷知識(shí)，減小了對(duì)精確數(shù)學(xué)模型的依賴，廣泛運(yùn)用于非線性系統(tǒng)德診斷。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)擁有記憶，處理，學(xué)習(xí)，并能擬合任意連續(xù)非線性函數(shù)的能力，因此，在處理非線性問(wèn)題和在線估計(jì)比較突出，并得到了廣泛的重視。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)直接用于實(shí)現(xiàn)診斷故障; 進(jìn)行狀態(tài)觀測(cè)、參數(shù)估計(jì);對(duì)殘差發(fā)生以及殘差進(jìn)行評(píng)價(jià);能發(fā)現(xiàn)新的故障診斷知識(shí)，具有良好的并存和協(xié)同性。目前對(duì)于基于知識(shí)的故障診斷發(fā)方法的研究越來(lái)越多，也更加的深入，實(shí)現(xiàn)了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊推理等技術(shù)與其它技術(shù)有機(jī)集成，有效提高故障診斷的可靠性和實(shí)用性。

3、結(jié)語(yǔ)

總之，要對(duì)電機(jī)故障進(jìn)行的深入分析和精密診斷，進(jìn)一步了解和掌握電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，準(zhǔn)確定位故障發(fā)生的部位，提高電機(jī)使用壽命，降低對(duì)操作人員的威脅，減少突發(fā)事故造成的停產(chǎn)損失 。

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