淺談電機故障的邏輯診斷

馬可

摘? 要：隨著科學技術的不斷發展與進步，在工業生產中對電機提出了更多更高的要求，尤其是電機的安全性，對生產的質量、效率以及工作人員的人身安全具有重要影響。因此在實際工作中，應正確認識到電機故障診斷的重要性，并結合實際情況選擇適當的診斷方法，切實保障診斷結果的準確性。應用邏輯診斷法，有利于保障診斷結果的準確性，進而及時發現其中存在的問題，為電機的安全穩定運行提供了有力的保障。

關鍵詞：電機故障;邏輯診斷

在應用邏輯診斷法對電機進行診斷的過程中，應明確各項診斷的參數、測試的方法等。可通過仿真實驗對電機中定子繞組匝間短路、相間短路、轉子的斷條等問題進行研究，這些故障的出現會對電機的聲學性能和振動性能等產生不利影響，并最終影響到電機的運行質量和效率，嚴重時甚至導致安全事故。

1 邏輯診斷方法

通常情況下可通過參數與特征的集合對電機實際的運行狀態進行表示，其中外部激勵輸入通過向量X（X1、X2、X3...Xn）進行表示。而電機動力學指標則可通過向量Y（Y1、Y2、Y3....Yn）進行表示，則此時可通過R=f（Xg、Yg、Zg、t）進行表示，是一種處于正常狀態下的模型。利用該模型可對試驗結果和動力學指標以及狀態參數等的關系進行有效診斷，經過相應的實踐。發現在發生故障的初期階段，電機中主要的動力學指標仍處于原始值狀態。當損毀嚴重時才會出現較為明顯的變化，應對該狀況有效考慮，因此當處于正常激勵時，出現了i類故障時，可用Rs（j）=f（Xg、Yg、Zs（j）、Zs（j/i）、t）進行該故障模型。其中Zs（j）為處于i類故障時，受到損毀的部件實際狀態所發生的變化，而Zs（j/i）則為在i類故障下引發的j類條件故障，此時其他部件狀態發生的變化。因此故障集可通過S={S（i），S（j/i）}進行表示，并通過診斷參數、特征的結合Z=f（Zg、Zs（j）、Zs（j/i））進行故障集、條件故障集的表示。結合發生故障時的診斷參數，可進行診斷實驗的明確。設定診斷參數、實驗結果的取值僅有0與1兩種，則可針對電機的狀態進行具有邏輯性數學模型的建立，即布爾矩陣。處于不同故障時，由診斷試驗結果所組成的布爾矩陣如表1所示。

通過布爾矩陣可進行診斷試驗集的建立，并在其中篩選出最小列的結合，從而保障每行中均包含一個1.結合診斷試驗可進行故障的明確，結合試驗的結果可進行推測，試驗結果若不為0，或診斷參數為1，則表明此時電機出現了故障。

2 典型電機故障的分析

2.1 定子繞組匝間短路故障、相間短路故障

在對交流電機中的定子繞組故障進行診斷時，通常故障類型為匝間短路故障、相間短路故障。

其中通過箭頭進行故障部件對其他部件的作用，并通過虛線進行短路環流作用的表示。大出現匝間短路、相間短路時，通常表現為繞組出現局部過熱的現象，此時各個相的電流缺乏對稱性，并且會產生較為嚴重的振動和噪聲。但當故障到達最終階段，此時短路環流處于某界定值，電機停止運行才會使這些現象較為明顯。在發生故障的初期階段可通過參數變化進行診斷，通常當電機中的定子繞組出現故障時，會導致以下幾種參數出現變化：

其一便是三次諧波電流會缺乏對稱性，處于正常狀態時，三相繞組具有對稱性，且在三次諧波電流中產生的磁勢為0。若匝間短路、相間短路的現象出現，則會導致諧波中所產生的磁勢缺乏對稱性。在該中故障下，繞組間出現短路環致使三次諧波出現了局部補償的現象，減小了發生故障的繞組中的三次諧波。隨著時間的推移故障不斷發展，會導致該不對稱的問題加劇，最終增加了氣隙中的三次諧波所合成的磁通量，增加了未出現故障的繞組中的諧波電流。

其二便是減小了故障相的參數基波，在同步電機中短路環流可用感性負載等效，它將引起定子的附加電樞反應，并對基波激磁磁通產生影響。尤其在空載條件下，這種現象尤為明顯。因為故障電機在空載運行時，定子相電流為0，電樞反應只由短路電流引起。短路情況下，短路環流具有電感特性，它引起的電樞感應磁通對激磁磁通產生縱向去磁作用。因此在給定的激勵下繞組中的感應電動勢將減小。其三便是振動和噪聲參數發生了變化，通過試驗，確定了定子繞組匝間和相間短路對振動幅度、速度、加速度、噪聲平均水平及各參數諧波成分的影響。

2.2 轉子斷條故障

對同步電機因轉子斷條引起的故障進行了試驗研究，采用在轉子槽中鉆孔的方法模擬故障，測量相電流和諧波成分的波動。試驗表明與基波相電流相比三次諧波的波動幅度要大2.5倍，這是對鼠籠式同步電動機進行故障監測的最有效的特征。

2.3 轉子軸偏心故障

軸偏心會破壞相電流的對稱性，影響定子繞組電壓和并聯支路電流分配的均勻性，并導致附加諧波的出現，而且諧波幅度相對于基波不均勻地增加，同時差動雜散感抗和輸入阻抗Zk增加。在氣隙均勻的情況下，相電壓中的三次諧波分別為0.47%（A）、0.42%（B）、0.47%（C），而在偏心率e=75%時，三次諧波將不均勻的增長許多倍，達到5%（A）、4.1%（B）、8.1%（C）。

4 結束語

電機中的各個部件在機械上和電磁上均具有較為緊密的聯系，并且其中一個部件發生故障會導致其他的部件出現故障，通常是振動性能、電磁性能和聲學性能等出現變化。所以可通過邏輯診斷法對電機實際的狀態進行監測并診斷，有利于保障診斷結果的準確性。在對幾種較為常見的電機故障進行分析時，在對其進行充分分析的同時，制定相應的邏輯診斷模型。通常需要通過布爾矩陣，并進行相應的簡化，結合三次諧波實際的變化等對此時電機所處的狀態進行明確。從而制定相應的解決措施，保障電機的安全穩定的運行。

參考文獻

[1]牛強，夏士雄，譚國俊，et al.基于描述邏輯的電機故障診斷知識表示與推理[J].小型微型計算機系統，2009，30（5）：872-876.

[2]劉會芝.感應電機定子故障診斷方法研究[D].長沙理工大學，2013.

[3]張于賢.關于電機設備故障診斷的分析[J].機械，2005，32（12）：54-55.