轉子斷條的故障診斷研究【開題報告+畢業(yè)論文+任務書+外文翻譯】,轉子,故障診斷,研究,鉆研,開題報告,轉子斷條的故障診斷研究,畢業(yè)論文,任務書,外文翻譯 轉子斷條的故障診斷研究論文 目 錄 摘 要 ........................................................................................................................... ........................................................................................................................... 錄 ............................................................................................................................. I 1 緒論 ................................................................................................................................ 1 步電動機故障檢測與診斷的概念及其意義 .................................................. 1 于信號檢測的診斷方法 .................................................................................. 1 流分析法 ............................................................................................... 2 電殘壓法 ............................................................................................... 2 時功率法 ............................................................................................... 2 振磁場分析法 ....................................................................................... 2 磁轉矩分析法 ....................................................................................... 3 動噪聲分析法 ....................................................................................... 3 于信號處理的診斷方法 ................................................................................. 3 速傅立葉變換 (............................................................................. 4 爾伯特變換 ........................................................................................... 4 適應濾波 ............................................................................................... 4 量變換 ........................................................................................... 4 波脊線分析法 ....................................................................................... 4 2 理論分析 ........................................................................................................................ 5 述 ..................................................................................................................... 5 型轉子感應電動機轉子斷條原因分析 ......................................................... 5 子出現(xiàn)斷條時定子電流中可能出現(xiàn)的諧波頻率成分 ................................. 6 子斷條時轉子電流諧波分 量的產生 ............................................................. 6 檢測系統(tǒng)的檢測對象 ..................................................................................... 8 3 檢測系統(tǒng)硬件部分 ...................................................................................................... 10 概述 ................................................................................................................. 10 測系統(tǒng)的硬件組成 ....................................................................................... 10 片機 .................................................................................................... 10 樣保持器 ............................................................................................ 11 通濾波電路 ........................................................................................ 11 !未定義書簽。 摘 要 本文簡要敘述了頻譜分析方法、異步電動機轉子斷條的機理、頻譜分析診斷轉子斷條的原理以及轉子斷條診斷系統(tǒng)的組成 , 最后給出了轉子斷條診斷程序設計流程圖 當轉子出現(xiàn)斷條故障時，轉速發(fā)生改變，轉子中除了有 頻率分量以外，還會產生 3頻率分量，但是 對于籠型轉子得到的轉子電流信號比較困難，這樣在我所設計的檢測系統(tǒng)中，通過檢測軸磁通中這個特征分量來判斷轉子斷條故障，從而達到檢測的目的。 所以在設計過程中，利用該系統(tǒng)測取軸磁通信號，經過頻譜分析，可根據(jù)軸磁通信號中三倍轉差頻率分量的大小來檢測感應電動機的斷條故障。 對于不同轉子斷條故障的感應電動機進行的在線檢測實驗結果表明：本系統(tǒng)對于轉子斷條故障可以有效的檢測出來，并可對其嚴重程度做出診斷。 轉子斷條的故障診斷研究 鍵詞：轉子故障；在線檢測；斷條故障 轉子斷條的故障診斷研究 of of of of in of of of of in of is A to is be as an to of by In a on is By in to of is 轉子斷條的故障診斷研究 緒論 異步電機以其結構簡單、價格低廉、堅固耐用、使用維護方便的優(yōu)點 ,在國民經濟各領域得到廣泛應用。因此 ,對異步電機進行安全可靠的在線監(jiān)測和故障診斷具有重要意義。隨著電機制造工藝的提高 ,定子繞組等故障的發(fā)生率呈下降趨勢 ,而鼠籠轉子的制造工藝幾十年來卻沒有大的變化 ,轉子故障已成為導致異步電機失效的重要原因之一。因此 ,有必要對感應電機轉子故障進行檢測與診斷 ,從而避免故障擴大所造成的設備損壞以及由 此產生的間接經濟損失。異步電機轉子故障檢測與診斷系統(tǒng)結構包括信號檢測、信號處理以及故障診斷三部分。近年來 ,異步電機轉子故障診斷已成為廣大電機工作者的研究熱點之一 步電動機故障檢測與診斷的概念及其意義 異步電動機故障檢測與診斷是指通過監(jiān)測、分析異步電動機相關運行參數(shù)信息（如電壓、電流、振動、磁通、轉速、溫度、噪聲、局部放電等），評估異步電動機當前運行狀態(tài)，明確故障是否存在，即故障檢測；若處于故障狀態(tài)，則進一步確定故障發(fā)生部位、嚴重程度及發(fā)展趨勢，即故障診斷。此處“故障”是指轉子斷條故障、定子繞組匝間短 路故障以及軸承故障等漸進性（初發(fā)性）故障，而非定子繞組三相短路等速斷性（災難性）故障。作為傳動機械，異步電動機廣泛應用于發(fā)電廠、煉鋼廠、艦艇等工業(yè)與國防領域，其安全運行至關重要。異步電動機一般處于長時間連續(xù)運轉狀態(tài)，且工作環(huán)境惡劣，因此故障不可避免。異步電動機故障不僅損壞電機本身，而且影響整個傳動系統(tǒng)，一旦事故停機，必然造成經濟損失，甚至人員傷亡。異步電動機故障主要包括轉子斷條故障、定子繞組匝間短路故障以及軸承故障（發(fā)生概率分別約為 10%、 15%、 40%），這些故障均是漸進發(fā)展的。盡管異步電動機故障不可避免 ，但通過靈敏、可靠的檢測與診斷，可以盡早地在故障初發(fā)階段即行報警，并向現(xiàn)場運行人員提供必要信息以合理安排、組織預知維修，從而避免事故停機，減少故障損失。因此，異步電動機故障檢測與診斷是保障其安全運行的關鍵措施之一，具有重要意義。 于信號檢測的診斷方法 以前的學者們對異步電機轉子的故障檢測這個課題已經做了很多工作，檢測方法也有很多，轉子斷條故障是異步電動機常見的故障之對異步電動機轉子故 1f 障進行檢測 ,以便實施有效的診斷 ,有 著重要的研究價值。常用的轉子斷條故障檢測方法有多種 ,根據(jù)檢測信號的不同可分為電流分析法、失電殘壓法、瞬時功率法、脈振磁場分析法、電磁轉矩分析法、振動噪聲分析法等 [1]。 轉子斷條的故障診斷研究 電流分析法 當轉子出現(xiàn)導條斷裂情況時 ,三相對稱電流將被破壞 ,從而產生一個反向磁場 ,它在定子電流中引起一個頻率為 (11f 的特征分量 (s 為轉差率 , 1f 為基波頻率 ),通過分析頻譜圖 ,看是否含有該分量來判斷轉子有無出現(xiàn)斷條故障 ? ?3,2 。由于這種方法是對定子電流信號進行檢測 ,故稱之為電流分析法 ,它具有特征信號采集簡單、方便的特點。電流分析法存在一定的缺陷 :在對定子電流進行頻譜分析時 ,由于 (11f 頻率分量的幅值相對基頻分量的幅值較小 ,容易被淹沒 ,從而降低了故障診斷的靈敏度 ,增加了分辨率的要求。針對電流分析法的這些不足 ,人們在不斷研究 ,如何能提高診斷的靈敏度 ,以提取微弱的特征信號。 電殘壓法 異步電機突然失去外加電源后 ,定子繞組中會有失電殘余電壓產生。當轉子出現(xiàn)斷條故 障后 ,轉子電流將在失電殘余電壓中引起 (6m± 1)次諧波分量 (m=0,1,2,3? ),通過檢測與分析該分量 ,便可診斷轉子故障 [4]。該方法有不受電源電壓不對稱、電壓波動影響 ,也不受負載大小、性質、波動影響的優(yōu)點。文獻 [5]對電機失電后定子繞組的殘余電壓進行分析 ,并將其用于診斷電機轉子斷條故障 ,通過仿真與實測研究 ,驗證了該方法的可行性。但是 ,在電機失電后 ,轉子電流會很快衰減 ,故它對失電殘壓的影響也會很快減小 ,這便給失電殘壓的信號檢測帶來影響。此外 ,在轉子沒有出現(xiàn)故障情況下 ,定子的失電殘余電壓也會存在小幅值的諧波 分量 [ 時功率法 當轉子出現(xiàn)斷條故障時 ,異步電動機的瞬時輸出功率信號中便會包含直流分量及一些邊頻分量。根據(jù)這一事實 ,可以應用瞬時功率法 ,過濾瞬時功率信號中的直流分量 ,其余頻率分量經過快速傅立葉變換 ,看信號頻譜圖中是否存在頻率為 12故障特征量來判斷轉子有無斷條故障 [7]。該方法具有特征信息量多 (直流分量、 12量、 ? ? 112 分量 )、診斷靈敏度高、采樣分辨率要求低的特點。但是 ,它只能判斷有無斷條故障 ,難以判斷故障嚴重程度。因此 ,還需要克服如何提高診斷精度的缺陷。 振磁場分析法 [8] 脈振磁場分析法的工作原理是 :電機正常運行時 ,氣磁場為一個圓形旋轉磁場 ;當出現(xiàn)斷條時 ,氣隙磁場可看作是圓形旋轉磁場和一個脈振磁場的疊加 ,在定子鐵心上放節(jié)距為二倍極距的探測線圈 ,可探測脈振磁場 ,并判斷轉子有無斷條情況。應用該方法時 ,轉子既不需通電也不需轉動 ,給檢測帶來方便。 當探測線圈的節(jié)距偏離電機極距的偶數(shù)倍時 ,轉子斷條的故障診斷研究 隙的旋轉磁場與脈振磁場會同時被線圈探測到 ,從而影響診斷結果。此外 ,該方法也難以對故障嚴重程度作出判斷。 磁轉矩分析法 當異步電機轉子發(fā)生斷條故障時 ,轉子繞組不對稱運行將會使轉子旋轉磁場引入反向分量 ,該反向旋轉磁場和定子旋轉磁場相互作用 ,將會使電磁轉矩信號中引頻率為 12矩的波動可用各種轉矩傳感器進行測量 ,對轉矩頻譜進行分析 ,根據(jù)其 2 倍轉差頻率是否存在 ,可以判斷 轉子是否出現(xiàn)斷條故障 [9]。 由于電磁轉矩包含了電機定轉子全部磁鏈和電流的相互作用 ,其對轉子故障非常敏感 ,將其作為轉子故障特征來檢測轉子故障 ,可以很好的突出故障特征能力。但是 ,在電機穩(wěn)態(tài)運行時 ,電網頻率的波動、電機負荷波動等引起的 s 波動會與轉子故障特征相混淆 ,給診斷帶來困難。 文獻 [10]提出一種基于電機起動電磁轉矩信號分析的轉子故障診斷方法。對電機起動電磁轉矩信號進行復值小波變換 ,根據(jù)分析小波在特定中心頻率條件時信號瞬時頻率與其對應小波脊線的關系 ,提取出故障特征轉矩頻率變化規(guī)律 ,實現(xiàn)轉子故障的可靠檢測。同 時 ,對應尺度上小波系數(shù)的模值還能夠反映該故障特征轉矩在電機起動過程中的幅值變化規(guī)律 ,將其作為故障嚴重程度指標則可以進一步判斷轉子斷條根數(shù) 動噪聲分析法 轉子的振動信號是其故障特征識別與診斷的重要信息來源 ,對所采集的轉子振動信號進行頻譜分析 ,根據(jù)頻譜圖中反應出的特征分量來判斷轉子的故障情況。然而 ,振動信號往往是由多個信號混疊在一起的 ,所檢測的信號必然會有其他量 — 轉子斷條故障特征分量 ,從而可以診斷轉子斷條故障。使用自適應濾波對檢測信號作處理 ,可以提高故障檢測的靈敏度。但是 ,作為簡單的濾波過程 ,它也有 可能過濾掉故障特征分量 ,給有效的診斷帶來困難 [文獻 [13]將獨立分量分析 (支持向量機相結合 ,應用于轉子振動信號特征量分離 ,提高了轉子故障診斷的準確性。 于信號處理的診斷方法 在故障早期 ,一些故障特征信號往往被其他信號和噪聲所淹沒 ,這便給診斷工作帶來困難。利用有效的數(shù)字信號處理技術可以實現(xiàn)對故障特征信號和干擾信號的分離 ,對干擾信號進行抑制 ,同時提取故障診斷信號中包含故障特征信號的頻率成分 ,從而檢測出設備的故障信號。對于籠型異步電動機的轉子斷條故障 ,在作定子電流信號處理時 ,較 為常用的處理方法有 :快速傅立葉變換 (希爾伯特變換、自適應濾波、 換、小波脊線分析等 轉子斷條的故障診斷研究 快速傅立葉變換 (快速傅立葉變換是信號處理技術中的一種基本方法 ,被廣泛應用于故障信號的處理。通過對定子電流信號作快速傅立葉變換 ,再進行頻譜分析 ,看是否含有 (1率分量 ,便可判斷有無斷條故障。快速傅立葉變換處理過程簡單、方便。但它只適用于平穩(wěn)負荷運行情況 ,而且可能出現(xiàn)基波頻率分量泄漏及噪聲頻譜淹沒 (1率分量的情況。因此 ,還需要解決提取微弱的故障特征信號的問題。 爾伯特變換 當給定實時信號 x(t)時 ,對其作希爾伯特變換 ,變換后的信號幅值不變 ,相位作 90 度改變。將變換前、后的信號作平方和 ,得到一新信號 ,對其進行頻譜分析 ,看是否存在 2率分量來判斷有無斷條故障。這種對故障信號處理的方法叫希爾伯特變換法 ,它也具有處理過程簡單的特點。文獻 ??14 提出一種基于定子電流希爾伯特模量頻譜分析的方法 ,對異步電動機轉子故障進行在線檢測與診斷。但是 ,當異步電動機負載波動較大時 ,難以區(qū)分負荷波動與轉 子斷條故障 ,容易出現(xiàn)誤判。 適應濾波 對定子電流進行自適應濾波處理 ,抵消定子電流基波分量 ,在頻譜圖中突出 (1率分量 — 轉子斷條故障特征分量 ,從而可以診斷轉子斷條故障。使用自適應濾波對檢測信號作處理 ,可以提高故障檢測的靈敏度。但是 ,作為簡單的濾波過程 ,它也有可能過濾掉故障特征分量 ,給有效的診斷帶來困難。 量變換 通過 換 ,將定子電流從三維坐標轉換到二維 (D,Q)坐標 ,根據(jù)感應電動機定子電流在 (D,Q)坐標系中是一個畸變圓還是一個圓來判斷籠型轉子有無故障 [15]。應用 具有頻率分辨率高、檢測準確度高的特點 ,但該方法卻難以預測早期故障 ,只有當故障發(fā)展到一定程度時才對軌跡有影響 [16]。因此 ,該方法需要克服的難點是如何盡早發(fā)現(xiàn)故障。 波脊線分析法 由于異步電機起動過程中轉差率 s 是連續(xù)變化的 ,定子電流中 (1率分量則經歷 0~變化過程 ,通過分析定子起動電流信號 ,根據(jù)小波脊線的波形來判斷有無斷條故障 [17]。文獻 [18]利用小波脊線法能有效消除基頻分量的影響 ,具有抗噪聲干擾性好 ,檢測的準確性高的特點 ,有效地提 取出轉子故障特征。然而 ,該方法在斷條數(shù)很少時 ,存在靈敏度低的缺點 ,且難以給出電機故障嚴重程度的判斷。 轉子斷條的故障診斷研究 理論分析 述 當進行感應電動機轉子故障的在線檢測，首先必須清楚當轉子發(fā)生故障時電機的運行特性。 本文主要研究的是籠型轉子感應電動機轉子斷條故障的在線檢測。因此下面分析一下轉子斷條時，由于轉速顫動而引起的轉子電流的三倍轉差頻率的諧波分量。這樣，在我所設計的檢測系統(tǒng)中通過檢測這個特征分量來判斷轉子故障，從而達到在線檢測的目的。 型轉子感應電動機轉子斷條原因分析 電動機故障的發(fā)生由許多原 因造成的 ,由機械角度來看 ,電機周期間歇運行或頻繁啟動運行都會引起繞組松動、絕緣老化、軸承磨損、振動加劇等缺陷。由電氣角度看 ,電機可能受到所在電力網的各種暫態(tài)過程的影響 ,這些暫態(tài)過程有緩慢擾動與快速擾動之分。緩慢擾動會引起電機過熱 ,電力系統(tǒng)的電壓快速變化暫態(tài)過程 ,可以引起電機繞組電位分布不均勻。導致部分繞組上的電壓超過其絕緣的承愛能力而損壞絕緣。電機遇到的最嚴重的瞬變過程發(fā)生在啟動和重新啟動之際。特別在電力工業(yè)的高壓電動機須反復啟動 ,短期運行更易導致電機發(fā)熱、繞組松動、鼠籠斷條。由環(huán)境角度來看 ,電機又會遇到高 溫、污染使電機絕緣材料老化等等。當然電機在設計時必須考慮到電機的安全壽命過程中所要遇到的各種環(huán)境 ,包括機械、電氣的運行條件 ,不論哪種因素都可能造成電機故障。所以應用于電機上的診斷研究必須靈敏、準確的探測出電機存在的故障和潛在故障。但有時會因外界條件變化 ,人為操作方法不當 ,極易產生較大誤差 ,使判斷出錯 ,給工作造成不必要的麻煩。所以 ,在使用較為先進的測試儀器工作時也要注意要根據(jù)現(xiàn)場的具體情況和人為操作的準確度等因素配合下才會得到滿意而準確的結果，減少不必要的勞動。具體如下 : ①電動機啟動所帶機械負載大，啟動頻繁 ，溫度升高。 電動機啟動過程中要產生日熱損耗，電動機所帶負載的力矩越大，轉子熱損耗就越大，轉子的溫度就越大，對轉子熱膨脹影響也越大。按電力工程設計手冊，轉子籠條啟動時溫度不應超過 340oC。 ②電動機負載大，啟動時電動力較大。 對高壓深槽鼠籠和雙鼠籠電機，電動機啟動時，鼠籠條上通過的電流和作用力都相當大，條件比較惡劣，這個時候就容易發(fā)生斷條。 ③電動機質量、結構、工藝存在問題。 轉子斷條的故障診斷研究 前高壓大、中容量電動機轉子部分仍為深槽和雙鼠籠式的銅條轉子，這種結構在質量和工藝結構上如不能滿足要求，就很容易斷條。因為一般籠條 在轉子槽中的配合間隙為 1~2條在轉子槽中太松，配合不緊密，而且在運行中，特別是在啟動時，籠條要受到各種作用力，并使其在槽中顫動，往往在兩端受到較大的剪切力，因此斷裂籠條斷口大部分在兩端環(huán)的 2~10右。另外，兩端環(huán)距離轉子鐵心較遠處時，一般為 20~50啟動時由于短路環(huán)較大、較重，在慣性力的作用下，將在兩短路環(huán)和籠條連接處產生剪切力，造成斷裂。在制造和檢修中焊接工藝不良也是造成轉子斷條的一個重要因素。 子出現(xiàn)斷條時定子電流中可能出現(xiàn)的諧波頻率成分 一旦轉子出現(xiàn)導條斷裂 ,轉子 將成為一個非對稱的多回路系統(tǒng)。即使定子外加三相對稱基波電壓 ,由于轉子的非對稱性 ,定子電流中將出現(xiàn)故障特征分量。 當定子外加三相對稱電壓時 ,定子電流基波分量產生圓形旋轉磁場 ,在旋轉的轉子導條中 ,感應出頻率為 電勢和電流 ,轉子結構的不對稱使轉子電流產生正反兩個方向旋轉磁場。反向旋轉磁場將在定子電流中感應頻率為 (1 - 2s) 電勢和電流 ,該電流分量和磁場作用使電磁轉矩產生頻率為 s 振動 ,從而在定子電流中出現(xiàn)頻率為 (1 +2s) 頻率成分。經過定、轉子的多次電磁耦合作用在定子繞組中出現(xiàn)諧波電流的頻率如下 [12] f (1 ± (而頻率為 [ k (1 - s) / p ±s ]f 1 (的諧波成分也能在定子電流中檢測到 ,對于正常的繞組配合電動機 , k/ p =1,5,7,11,13, ?。 子斷條時轉子電流諧波分量的產生 假定一 個鼠籠轉子感應電動機轉子有一根斷條為 F ,其它導條正常 ,其中之一為 G.則電流 正弦變化 (υ如式 (詳見參考文獻 ) . υ πυ t+Ф 1 ) ( 式中 H 為磁場強度 , Ф 1為初始角度 . 其產生的轉矩 πυ t+Φ ,) =υ (Ф 1)πυ t+(Ф 1+Φ ,)]} (轉子斷條的故障診斷研究 差頻率υ ,轉差 s,轉速ω及電網頻率 1=2π 關系為 : υ = ?? 21 p?( ??? )1(1 s?? ( 式中 而斷條 F 不會對軸產生轉矩 ,這樣對于所有的 N 個導條 ,產生的總的轉矩 T 為 (忽略由于斷條引起的導條電流增加 ). )]24c o s ([2 N i ????? ???? ( 式中 a=)( '1 ?? ? 式中 1?果導條 I 正常 0?如果導條 I 開路 ? 為常數(shù)。 式（ 可寫成 T=C+D )42??? ?t （ 其中 C=?12?? ,D 為二倍轉差頻率的轉矩的幅值，如果轉子中所有導條 均為正常，則 D=0，即沒有二倍轉差頻率的轉矩。 電機的轉動方程為： ?? ??( 式中 M 為電機和負載的轉動慣量， 負載轉矩， k 為阻尼系數(shù)。 將式（ 入式（ ： )4c 2????? ????? m( 對直流分量 ,得方程穩(wěn)態(tài)解 ,此時 0?r? = m? ( 對 )4( 2??? ?t 所產生的波動n?n?=)4c )4( 222 ?????? ???? 轉子斷條的故障診斷研究 中?? 41??，顯然 , n?的幅值與二倍轉差頻 率轉矩的幅值 D 成正比 ,與轉矩慣量 M 近似成反比 ;同時可以看出 ,? 大 ,即轉差增加 (負載加重 ),會使n?顫動的幅度變小。 令 A=22)4( ???, ??? ?? 2 ,則方程 (解為)2co s ()4co s ( 1)( ???????? ?????? ( 由于轉子導條的感應電動勢為 : (1 ??? ( 式中 ? 為磁鏈 ,w 為常數(shù) .,整理得出 : ])2s i n (3s i n [2])2s i n (s i n [2])2s i n (s i n [1'11'11'11111???????????????????????????????????? 其中 ??? 1' 2 ?,且 11 ??? sP r ??? 。 從式 (可以看出 ,當轉子有斷條時 ,定子中 若通過以頻率為 1? 的三相對稱電流時 ,轉子電流由于轉子速度顫動 ,而產生一系列新的諧波。即除 s 1? 頻率分量以外 ,還有3s 1? 的頻率分量出現(xiàn) ,其幅值與轉速的顫動幅度成正比。 檢測系統(tǒng)的檢測對象 當轉子出現(xiàn)斷條故障時，由于轉速顫動，轉子中除了有 會產生 3幅值將隨斷條數(shù)目的增加而增加，因此本檢測系統(tǒng)通過檢測轉子電流中 3是 對于籠型轉子得到轉子電流信號比較困難，因此采用檢測軸磁通的方法。 對于一個在電磁結構上完全對稱的理想電機而言是不存在軸向磁通的，但一個實際的電機由于制造，加工，運行等多方面的原因，其電磁結構不可能完全對稱，這樣便有了軸磁通。軸磁通中會出現(xiàn)定、轉子上包含的所有諧波分量，并且會在套在軸上的線圈中感應出電壓，這樣通過檢測軸磁通信號中的三倍轉差頻率分量的幅值，可以檢測出斷條故障及其嚴重程度。軸磁通信號的取出是很方便。 值的指出的是，以前有人通過檢測定子電流中（ 1種方法的缺點 是在輕載時這個分量幅值會很小，且受基波泄露的影響很大，較轉子斷條的故障診斷研究 檢測出來。本文介紹的通過測取軸磁通信號中 3輕載時很有效。這樣兩種方法相互補充，使得轉子斷條故障能更可靠地檢測出來。 轉子斷條的故障診斷研究 檢測系統(tǒng)硬件部分 概述 三相籠型 轉子感應電動機轉子出現(xiàn)故障時，會產生與故障有關的特征分量。當轉子出現(xiàn)斷條時，會在定子電流中產生一個頻率為 （ 1會在轉子中產生 3然在軸磁通中也有這個頻率分量。因此檢測這些分量即可判斷轉子是否發(fā)生故 障，以及故障類型。 因為轉子發(fā)生故障的一些特征分量的頻率要隨電網頻率以及轉速的變化而變化，因此必須準確測得電網頻率及轉速。據(jù)此，設計了檢測系統(tǒng)的硬件 。 測系統(tǒng)的硬件組成 檢測系統(tǒng)硬件由電網頻率及轉差測量電路，電流采樣電路，單片機等幾個主要部分組成。下面對幾個硬件電路作一些簡單說明。 片機 采用 列的 8031,系列單片機是在一塊芯片上集成了 時器 /計數(shù)器和多功能 I/O 等基本功能部件的一臺計算機，它是整個故障檢測系統(tǒng)的核心。 ~220v 圖 測系統(tǒng)硬件框圖 單片機 擴展版 打印機 電動機 互感器 軸磁通線圈 濾波線路 采樣保持模數(shù)轉換 轉差測量電路 電網頻率測量電路 轉子斷條的故障診斷研究 采樣保持器 采樣保持器 A/D 轉換器的前綴，主要起著信息隔離緩沖的作用。如果對變化速度高的模擬信號進行 A/D 轉換，轉換精度要求又比較高，這時為防止 A/D 轉換過程中的信號發(fā)生變化，就必須使用 S/H 電器。 通常 S/H 電路由電容器 C，模擬開關 K 和運算放大器 A 組成。其中電容 C 的電容值由用戶根據(jù)采樣頻率及要求的采樣精度來選擇，一般電容值可選擇在數(shù)百皮法 ~選擇優(yōu)質小泄露電容。采樣頻率越高，則電容越小，此時電荷泄露速率也加快，精度也較低，相反，若采樣頻率較低，可選用較大電容，精度也可以提高。 本檢測系統(tǒng)采用的是 通濾波電路 對于幅頻響應，通常把能夠通過的信號頻率范圍定義為通帶，而把受阻或衰減的信號頻率范圍稱為阻帶，通帶和阻帶的界限頻率叫做截止頻率。 低通濾波電路：它的功能是通過從零到某一截止角頻率 ω 對于大于截止頻率的所有頻率則完全率減，因此其帶寬 H 。 本系統(tǒng)采用的是電壓控制電壓源（ 路，其中運放為同相輸入，輸入阻抗很高，輸出阻抗很低，濾波器相當于一個電壓源。其優(yōu)點是電路性能穩(wěn)定、增益容易調節(jié)。 由 功能是讓一定頻率范圍內的信號通過，抑制或急劇衰減此頻率范圍以外的信號。因受運算放大器帶寬限制，這類濾波器只適用于低頻范圍。 已知條件： 已知濾波器的響應特性 — 巴特沃斯，濾波器的電路形式（ 濾波器的類型— 低通，濾波器的性能參數(shù) Q 或 設計步驟： ① 根據(jù)截止頻率 定 ② 查出與 =1時的電 阻值，再將這些電阻值乘以參數(shù) K，得出電阻的設計值。 ③ 實驗調整并修改電容、電阻值，測量濾波器的性能參數(shù)。 , 其 主要特性 如下所示： （ 1） 單片型 12 位逐次逼近式 A／ D 轉換器。 （ 2） 轉換時間為 25 μs，工作溫度為 0℃ ～ 70℃ ，功耗 390 （ 3） 輸入電壓可為單極性（ 0～ +10 V， 0～ +20 V）或雙極性（ ～ +5 V， 轉子斷條的故障診斷研究 10 V～ +10 V）。 （ 4） 可由外部控制進行 12 位轉換或 8 位轉換。 （ 5） 12 位數(shù)據(jù)輸出分為三段， A 段為高 4 位， B 段為中 4 位， C 段為低 4 位， 三段分別經三態(tài)門控制輸出。所以數(shù)據(jù)輸出可以一次完成，也可分為兩次，先輸出高 8 位，后輸出低 4 位。 （ 6） 內部具有三態(tài)輸出緩沖器，可直接與 8 位、 12 位或 16 位微處理器直接相連 。 外部特性（引腳功能） 28 腳雙列直插式封裝，引腳如圖 13． 24 所示。部分引腳說明如下： 圖 腳圖 選信號，低電平有效。 片允許信號 ， 高電平有效。只有 時有效 ， 能工作。 R／ C： 讀出或轉換控制信號，用于控制 轉換還是讀出。當為低電平時，啟動 A／ D 轉換；當為高電平時，將轉換結果讀出。 12／ 8： 數(shù)據(jù)輸出方式控制信號。當為高電平時，輸出數(shù)據(jù)為 12 位；當為低電平時，數(shù)據(jù)是作為兩個 8 位字輸出。 ： 轉換位數(shù)控制信號。當為高電平是，進行 8 位轉換，為低電平進行 12 位轉換 。 轉子斷條的故障診斷研究 8031 單片機存儲器的擴展 8031 單片機存儲器的擴展 ,主要包括程序存儲器的擴展和外部數(shù)據(jù)存儲器的擴展。因為 8031 型單片機無駐留程序存儲器，必須用外部擴展程序存儲器才能構成完整的系統(tǒng)。本檢測系統(tǒng)選用的是擴展芯片 儲器。 2764A 是一種 8K*8 位的紫外線擦除電可編程只讀存儲器，單一 +5V 供電，工作電流為 75持電流為 35 13 根地址線，直接與單片機總線低 13 位連接。 8031 單片機內部有 128 個字節(jié)的 于一般而又簡單的應用場合，已完全足夠了，但是，在 實時數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中往往不夠使用，本檢測系統(tǒng)采用芯片 6116。 6116是 2 位的靜態(tài)隨機存儲器芯片，采用 藝制造，單一 +5V 供電。 測系統(tǒng)硬件部分工作原理 網頻率測量電路 電網頻率測量電路中，低通濾波器采用二階有源濾波，作用是除去除基波以外的各高次諧波。光耦將輸入的工作頻率正弦波轉換成為頻率相同的方波，經觸發(fā)器分頻之后接入單片機。然后通過查詢和編程控制，經過計算即可得到電網頻率值。 差測量電路 感應電動機轉子旋轉的速度總要比同步轉速慢一些，這樣在轉子上會感應一個轉差頻率的電流。由于從線圈中得到的信號 一般都很小，故先將輸入信號放大，再經過低通濾波器將高頻量濾掉?？紤]到電機轉速的變化，其截止頻率要比滿載時轉速頻率大一些。然后再經過放大接至光耦整形成方波，輸出接到單片機中斷口，通過計算可得到電機轉差，從而計算得出電機轉速。 流采樣電路 定子相電流經過電流互感器和可變電阻轉換成電壓信號經過低通濾波器濾波后送至采樣保持器輸入端，用來檢測斷條故障的（ 1量，然后再用采樣保持器檢測3率的電流信號，它由軸磁通信號經放大和低通濾波得到。 轉子斷條的故障診斷研究 網頻率測量電路 圖 差測量電路 轉子斷條的故障診斷研究 系統(tǒng)軟件部分 程序框圖 主程序框圖如下： 開始設定棧區(qū)，設定電流采樣值存儲區(qū)首地址結束查詢法測電網頻率調樣調測轉差子程序查詢中斷口測電機轉差重新給初始值采樣結束程序流程圖 轉子斷條的故障診斷研究 差子程序 通過查詢測轉差，并求出 13率。與測電網頻率類似。 程序框圖如下： 開 始返 回查 詢 中 斷 口 ， 并 使 8 0 3 1 的 T 0 , T 1 開 始計 算 轉 差 頻 率 3 s , T 1 復 位讀 計 數(shù) 值一 個 周 期 后 ， T 0 , T 1 停 止 計 時圖 差子程序流程圖 其基本思想是通過門控技術將輸入的未知量與已知量的基準量進行比較后，量化計算再處理 顯示。測量頻率是在某單位時間內對被測信號脈沖進行記數(shù)；測量周期是在被測信號周期內對某一基準時鐘脈沖進行記數(shù)。低頻信號適宜測周期法。因此本系統(tǒng)采用測周期法 ，然后對它求倒得出頻率。 采用門控制位 量周期及占空比， 其門控制位 ，且當 =1 時，定時器起動計數(shù)受 腳上外部輸入電平控制 ，當 =1 時，啟動 始定時計數(shù)，利用這個特性，可以測量信號脈沖的寬度。 工作過程如下：設置 為定時工作式 1，利用查詢 法確定用 是 數(shù)， 于脈沖高電平計數(shù)， 于低電平計數(shù)，兩者時間之和即為周期。 轉子斷條的故障診斷研究 據(jù)采樣 根據(jù)采樣信號的特征進行采樣和模數(shù)轉換，將結果送入存數(shù)區(qū)。 程序框圖如下 : 開 始返 回保 護 現(xiàn) 場控 制 L F 3 9 8讀 入 數(shù) 據(jù)恢 復 現(xiàn) 場送 采 樣 數(shù) 據(jù) 區(qū) 地 址啟 動 A / D 并 延 時圖 樣信號流程圖 轉子斷條的故障診斷研究 論 本文設計以 單片機為核心的籠型轉子感應電動機轉子斷條故障診斷研究。 理論分析和試驗結果均表明：運行中的籠型轉子感應電動機若轉子出現(xiàn)斷條故障時，會在轉子電流中產生 13頻 率分量，同時軸磁通信號中也會出現(xiàn) 13頻率分量。斷條數(shù)目增加，軸磁通信號中 13頻率分量的幅值也會隨之增大。因此可以通過測量軸磁通信號中 13率分量的大小來檢測轉子斷條故障并判斷故障的嚴重程度。 本檢測系統(tǒng)通過檢測軸磁通信號中的 13率分量來檢測轉子斷條故障。在試驗中是可以證明的。 本系統(tǒng)采取從軸磁通信號中提取滑差信號的方法測量轉速，去掉安裝 費時的轉速傳感器，為現(xiàn)場使用提供了方便。 由于時間和條件所限，欲對轉子斷條故障及其他故障作更詳細的了解，這還需要做大量的實驗工作，有待于進一步的研究 綜上所述，為了能采用正確的方法進行電動機的故障修理，就必須熟悉電動機常見故障的特點及原因，才能少走彎路，節(jié)省時間，盡快地將故障排除，恢復電動機故障，使電動機處于正常的運轉狀態(tài)。做好電動機的定期檢查和維護工作，也是保證電動機安全運行，延長壽命的有效措施之一。 轉子斷條的故障診斷研究 考 文 獻 [1] , . of 99,1999: 197[2] N. M. A. R. . F