充电机检测（精选10篇）
充电机检测 篇1
1 电机故障概述
电机是机械设备的动力,在机械设备中占据重要的地位。因而加强电机检测是相当必要的。
电机主要有转子、定子两大部分组成电机的主要故障一般产生在轴承上,转子上和线圈上。
a.电机轴承故障:电机轴承检测是电机检测很重要的一部分,大部分的电机故障都是因为轴承出现故障而造成的。造成轴承故障的原因主要有轴承的磨损,保持架、滚珠。的断裂、剥落。故障的直接现象表现为振动值增大。轴承故障一般通过简易振动诊断可以判断。b.转子故障:转子的故障产生的原因二般是因为转子失衡、轴弯曲和不对中等现象造成,故障的直接现象一般表现为电机扫膛。检测它的故障需要精密诊断中的谱图分析,在它的转频上有一个最大的能量分布。c.线圈故障:一般的线圈故障为线圈匝间短路或断路,电机区间短路故障直接现象表现为电机启动困难或电机发热。用测温仪可以判断出短路的一相。现在有一些仪器生产广家生产出专用于交流电机故障诊断的仪器和专家诊断系统,对电机检测很方便,只是造价太高。
2 电机故障判断及维修的一般技术措施
电动机运行或故障时,可通过看、听、闻、摸四种方法来及时预防和排除故障,保证电动机的安全运行。
2.1看
观察电动机运行过程中有无异常,其主要表现为以下几种情况。
2.1.1定子绕组短路时,可能会看到电动机冒烟。2.1.2电动机严重过载或缺相运行时,转速会变慢且有较沉重的“嗡嗡”声。2.1.3电动机正常运行,但突然停止时,会看到接线松脱处冒火花;保险丝熔断或某部件被卡住等现象。2.1.4若电动机剧烈振动,则可能是传动装置被卡住或电动机固定不良、底脚螺栓松动等。2.1.5若电动机内接触点和连接处有变色、烧痕和烟迹等,则说明可能有局部过热、导体连接处接触不良或绕组烧毁等。
2.2听
电动机正常运行时应发出均匀且较轻的“嗡嗡”声,无杂音和特别的声音。若发出噪声太大,包括电磁噪声、轴承杂音、通风噪声、机械摩擦声等,均可能是故障先兆或故障现象。
2.2.1对于电磁噪声,如果电动机发出忽高忽低且沉重的声音,则原因可能有以下几种。2.2.1.1定子与转子间气隙不均匀,此时声音忽高忽低且高低音间隔时间不变,这是轴承磨损从而使定子与转子不同心所致。2.2.1.2三相电流不平衡。这是三相绕组存在误接地、短路或接触不良等原因,若声音很沉闷则说明电动机严重过载或缺相运行。2.2.1.3铁芯松动。电动机在运行中因振动而使铁芯固定螺栓松动造成铁芯硅钢片松动,发出噪声。2.2.2对于轴承杂音,应在电动机运行中经常监听。监听方法是:将螺丝刀一端顶住轴承安装部位,另一端贴近耳朵,便可听到轴承运转声。若轴承运转正常,其声音为连续而细小的“沙沙”声,不会有忽高忽低的变化及金属摩擦声。若出现以下几种声音则为不正常现象。2.2.2.1轴承运转时有“吱吱”声,这是金属摩擦声,一般为轴承缺油所致,应拆开轴承加注适量润滑脂。2.2.2.2若出现“唧哩”声,这是滚珠转动时发出的声音,一般为润滑脂干涸或缺油引起,可加注适量油脂。2.2.2.3若出现“喀喀”声或“嘎吱”声,则为轴承内滚珠不规则运动而产生的声音,这是轴承内滚珠损坏或电动机长期不用,润滑脂干涸所致。2.2.3若传动机构和被传动机构发出连续而非忽高忽低的声音,可分以下几种情况处理。2.2.3.1周期性“啪啪”声,为皮带接头不平滑引起。2.2.3.2周期性“咚咚”声,为联轴器或皮带轮与轴间松动以及键或键槽磨损引起。2.2.3.3不均匀的碰撞声,为风叶碰撞风扇罩引起。
2.3闻
通过闻电动机的气味也能判断及预防故障。若发现有特殊的油漆味,说明电动机内部温度过高;若发现有很重的糊味或焦臭味,则可能是绝缘层被击穿或绕组已烧毁。
2.4摸
摸电动机一些部位的温度也可判断故障原因。为确保安全,用手摸时应用手背去碰触电动机外壳、轴承周围部分,若发现温度异常,其原因可能有以下几种。
2.4.1通风不良。如风扇脱落、通风道堵塞等。2.4.2过载。致使电流过大而使定子绕组过热。2.4.3定子绕组匝间短路或三相电流不平衡。
3 电机电气连接故障的检测技术
3.1 两种比较好的故障诊断方法
3.1.1 用红外测温仪测试电气连接点的温度温度是设备故障诊断中的一个非常重要的因素,电气连接不好,往往造成连接点发热,通过温度变化可以判断连接点故障,使用红外测温仪可以快速提供温度测量,安全、准确且不用停机。3.1.2回路电阻测试仪测量电气连接点的接触电阻回路电阻测试仪使用220V交流电源,内部由测量数字电压表和可调恒流源两部分组成。它能针对具体的接触点,通以100A的大电流,由数字表直接读取接触电阻值。可以清楚直观地反映出连接是否接触良好。
3.2 小结
综上所述,以上两种新方法能直观、全面、准确地检测出电机电气连接点处的接触不良,及时地排出事故隐患。在大中型直流电机中连接点众多,尤其是铜和铝之间的电气连接点容易接触不良,以前是出故障后,必须停机检修,现改为新方法检测可不停机进行。实践证明,新方法使用后,效果良好,既护电机,又为生产赢得了大量的时间。
4 电机振动异常的识别与诊断
三相交流电机定子异常产生的电磁振动,三相交流电机在正常运转时,机座上受到一个频率为电网频率2倍的旋转力波的作用,而可能产生振动,振动大小与旋转力波的大小和机座的刚度直接有关。
4.1 定子电磁振动异常的原因:a.定子三相磁场不对称,如电网三相电压不平衡。因接触不良和断线造成单相运行,定子绕组三相不对称等原因,都会造成定子磁场不对称,而产生异常振动;b.定子铁心和定子线圈松动将使定子电磁振动和电磁噪声加大;c.电磁底脚线条松动,相当于机座刚度降低使定子振动增加。
4.2 气隙静态偏心引起的电磁力电机定子中心与转子轴心不重合时,定、转子之间气隙将会出现偏心现象,偏心固定在一个位置上,在一般情况下,气隙偏心误差不超过气隙平均值的上下10%是允许的,过大的偏心值产生很大的单边磁拉力。气隙静态偏心产生的原因:a.电磁振动频率是电源频率的2倍F=2f;b.振动随偏心值的增大在增加,随负载增大而增加;d.断电后电磁振动消失。
4.3 气隙动态偏心引起电磁振动偏心的位置对定子是不固定的,对转子是固定的,因此偏心的位置随转子而转动。气隙动态偏心产生的原因:a.转子的转轴弯曲;b.转子铁心与转轴或轴承不同心;c.转子铁心不圆。
4.4 转子绕组故障引起的电磁振动。笼形电机笼条断裂,绕组异步电机由于转子回路电气不平衡都将产生不平衡电磁力。转子绕组故障产生的原因:a.笼条铸造质量不良,产生断条和高阻;b.笼形转子因频繁起动,电机负载大产生断条或高阻;c.同步电动机磁绕组匝间短路。
4.5 转子不平衡产生的机械振动;转子不平衡的原因:a.电机转子质量分布不均匀,产生重心位移,与转子中心不同心;b.转子零部件脱落和移位,绝缘收缩造成绕组移位、松动;c.联轴器不平衡,冷却风扇不平衡,皮带轮不平衡;d.冷却风扇与转子表面不均匀积垢。
4.6 滑动轴承由于油膜涡动产生振动。产生的原因:在轴承比负载较小,轴颈线速度叫高,特别是大型告诉的柔性转子电机中易发生,轴承经过长期运行,间隙变大,或润滑油粘度大,油温低,轴承负载轻等互相造成油膜加厚,轴承油膜动压不稳定而产生振动。
4.7 加工和装配不良产生振动。产生的原因:与轴承内孔配合的轴颈和轴肩加工不良或由于轴弯曲等原因,使轴承内圈装配后,其中心线与轴中心线不重合,轴承每转一周,轴承受一次交变的轴向力作用,使轴承产生振动。
参考文献
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[2]钟秉林,黄仁.机械故障诊断学[M].北京:机械工业出版社,2002.
[3]朱德恒,严璋,谈克雄.电气设备状态监测与故障诊断技术[M].北京:中国电力出版社,2009,4.
充电机检测 篇2
设备诊断技术对保证设备的正常运行来说具有及其重要的现实意义，可以在设备带负荷运行时或者基本不拆卸的情况下通过检测和分析设备的状态参数，对其工作状态进行评判，判断其是否存在故障、异常，并发现异常和故障的具体位置和趋势，进而安排合适的修整方案。
设备诊断技术包含三大部分的内容，即检查和发现异常――诊断故障类型和部位――分析故障类型，在此过程中需要用到的最基本的技术为检测、信号处理、识别、预测技术。
一、电机电器故障诊断技术的特点
首先，电机电器故障诊断技术涉及的领域较多，需要用到较多领域的技术知识，如电机学、高电压技术、材料工程学、信息工程学、计算机技术等。
从电机电器的工作原理出发，其内部系统十分复杂，包括电路系统、磁路系统以及绝缘系统和通风散热系统、机械系统等等多个独立而又相互联系的系统。
当电机电器运行过程中出行故障时，都会涉及到这些独立系统的故障。
因而检修人员必须具备较高的综合素质，对电机电器涉及的领域都要有所涉猎。
其次，检修人员必须熟悉诊断的对象。
电机电器内部各个独立系统相互交错相互联系，出现故障的表现和原因往往十分多元化，涉及的不同系统较多，这无疑增加了电机电器整修的.难度，因而检修人员必须对电机电器的运营过程、内部结构。
工作方式和负荷具有详细的了解，并对常见的故障及其可能的产生原因具有一定的熟悉度和系统化的了解。
最后，必须将其与继电保护系统严格区分开来。
继电保护系统仅在故障发生时才产生相应的动作，没有预防和预测的功能，而点击诊断技术不仅可以根据早期出现的现象对故障进行预测，还可以对已发现的故障进行一定程度的诊断和发展趋势分析，并据此给出科学合理的检修方案。
所以不能用单纯的继电保护来完全替代电机诊断技术，否则可能会给设备带来无法估量的损失和伤害。
二、电机电器故障诊断常用的技术
电机电器设备的故障诊断手段较为丰富，而且涉及领域广泛，属于新技术领域，目前常用的电机电器诊断技术有以下几种：
(1)铁谱技术(或称铁相学)：在70年代，出现了一种主要通过对机械内部磨损颗粒的大小、形态和成分进行分析，来得到机械在工作摩擦时的磨损状况及机理等信息的技术，在早期机械设备的节能和润滑剂方面的研究应用较为广泛。
由该技术衍生而来的便是铁谱技术，它是将从润滑油样中的磨损颗粒检测并分离出来的技术，其中需要用到的仪器就是铁谱仪，其原理就是借助磁场将润滑油中的磨损颗粒分离出来，并用分析式铁谱仪进行进一步的分析。
(2)红外测温和热成像技术：在检测设备温度是否异常时常用的一种手段便是红外测温，可以不用接触到物体就获取其温度，使用的方法是测量物体辐射的红外光的方法。
(3)声发射技术：当机械构件的材料在力的作用下发生形变或者损坏时，就会以弹性波的形式向外释放出变性能，此种现象为人称为声发射。
但是这只是形象的说法，人耳的听觉范围并不能捕捉到这种声发射，只能通过灵敏的仪器将其检测出来，并进行相应的分析，再根据检测到的声发射信号判断出发射源(即变形部位)的具体位置。
(4)力和扭矩的检测：在测量力和扭矩的过程中最常用也是最基本的方法是使用应变片。
机械设备处于工作状态时，当被测量部位承受应力或扭矩，就会使应变片发生形变，此时应变片的电阻丝的长度和截面尺寸也会随之改变，此时用应变仪进行测量就可根据电阻值的变化得出该部位的应变量，进而经过计算得到该部位此时承受的应力和扭矩。
(5)电磁检测：电机电器的内部以及周围磁场的测量也可以用于诊断和检测设备的故障，也是一种较常用的检测手段，而且测量的内容可以是磁场的分布情况、谐波磁场以及漏磁场，一般而言测量的都是磁场分布中各点的磁通密度。
三、电机电器故障诊断的方法和流程
电机故障诊断中常用的方法有六种：
(1)电流分析法：对机械负载电流的幅值和波形的监测以及频谱的分析确定机械故障的原因和受损程度;
(2)振动诊断：检测电动机的振动频率和幅度，对得到的信息进行对应的处理和分析，进而诊断出受损部位和原因，再提出解决方案;
(3)绝缘诊断：以电气试验和特殊的诊断技术为基础，主要针对机械内部绝缘部位的故障预测和诊断，并对其寿命进行预判;
(4)温度诊断：监测各部分温度，对温度不达标的部分进行故障判断和预测;
(5)换向诊断：针对直流电机的换向进行实时监测，使用机械和电气检测的方式找出阻碍或者影响换向的因素，并制定应对措施;
(6)使用VA诊断技术(振声制定技术)，采集诊断对象的驱动信号和噪声信号，分别进行处理后综合诊断，可以在很大程度上提升诊断的准确率。
设备的诊断过程主要包含了六个环节：传感器、数据采集与预处理、数据处理、诊断决策(需要借助诊断软件)、运行设备、采取技术措施。
某公司所属的一台风机振动较大，对其正常运行产生了较大影响，受到委托我们对其进行了振动检测，检测的部位为电机两端轴承和风机两段轴承。
根据得到的水平方向和垂直方向的振动图谱、波形图和频谱图，判断出此风机存在不平衡故障，建议立即关闭机器，进行转子动平衡实验，之后获得良好效果，机组故障清除成功。
四、结语
具体而言状态检测与故障诊断的作用可以归纳为监测与保护、分析与诊断和处理与预防三方面，可以极大地防止或减少机械突然出现故障而无法正常运行给企业带来损失。
不同的设备故障诊断技术和方法所需的成本不同，最佳的使用条件也不同，在情况复杂的条件下需要组合使用，因而在实际使用过程中，需要检修人员必须对使用哪种技术最为便捷进行综合分析，得到最佳的应对方案。
参考文献
[1]赵晓东.电机转子检测方法及故障诊断技术研究[D].河北工业大学，2010-11-01.
[2]张晶莹，杨鹏.莱钢宽厚板主电机在线状态检测与故障诊断系统的研究与应用[J].硅谷，2011-01-23.
充电机检测 篇3
关键词：汽车发电机 集成电路 电压调节器 检测
集成电路调节器也称IC调节器，装在发电机内部，构成整体式发电机，通过控制励磁电流来控制发电机输出电压，使之不随发电机转速变化而改变。发电机一旦出现故障，使用者连同发电机一起，拆旧换新，很不经济。下面笔者根据对两款调节器的认识，从原理结构入手谈一下检测方法。
一、IC电压调节器的工作
IC电压调节器与发电机组装成一体，发电机、蓄电池、调节器三者之间通常采用蓄电池电压检测法进行接线。
由于发电机电压检测法在发电机输出电流太大时蓄电池的充电电压将会偏低，使蓄电池充电不足，故较少采用。为克服不足，常采用蓄电池电压检测法，在调节器的分压器与发电机B点之间增加了一个电阻 R6 和一个二极管VD2 ，这样，当B点与蓄电池正极之间或S点与蓄电池正极之间出现断线时，由于R6的存在，仍能检测出发电机的端电压UB ，使调节器正常工作，可以防止发电机出现电压过高的现象。
二、集成电路调节器实例
如天津夏利TJ7100、TJ7100U轿车的发电机用单片式集成电路调节器的外形。
该调节器共有6个接线柱，其中B输出、F磁场、P相线、E搭铁4个接线柱用螺钉直接与发电机相连，接线插座内的IG、L两个接线柱接充电指示灯。 IG端经点火开关接至蓄电池，用于检测蓄电池和发电机电压，控制VT2的导通与截止。P端接在发电机定子绕组的某一相上，该点电压为发电机三相电压中的相电压。调节器从P端检测到发电机的电压变化，达到控制三极管VT1的导通与截止的目的。
三、IC调节器工作原理
1.天津夏利TJ7100
（1）他励发电。励磁电流由蓄电池提供，接通点火开关，发电机未转动时，蓄电池电压加到 IG端和E端，IC检测出这个电压，使三极管VT2 导通，于是励磁电路接通。此刻 P端电压为零， IC检测出该电压，使三极管VT1也导通，充电指示灯点亮，蓄电池放电为发电机提供励磁电流。
（2）自励发电。发电机转速升高，P端接近6V电压，该信号使集成电路控制VT1 截止，于是充电指示灯熄灭，指示发电机开始向蓄电池充电，并向用电设备供电，同时给自己提供励磁电流，充电指示灯熄灭。
（3）稳定电压。当发电机电压升高至14.4V时，P端电压升高，使三极管VT2 截止，切断励磁电流，使发电机电压下降。当发电机电压下降到低于调压值时，P端电压低，三极管VT2 导通，励磁电路又接通，发电机电压又升高。此过程随汽车发动机转速变化反复进行，使发电机输出B端电压稳定在调节电压值。
在发电机运行中，当B点与蓄电池正极之间或S点与蓄电池正极之间出现断线时，由于IC内电阻 R6 和二极管VD2的存在，IC电路仍能检测出发电机P端变化的电压，使调节器正常工作。实际工作中P端如接触不良，电压为零或时断时续，IC检测出该变化的电压信号后，便控制三极管VT1 导通、截止，使充电指示灯闪烁，从而告知驾驶员充电系统出现故障。此故障也是充电指示灯在发动机正常工作时闪烁的一个内在原因之一。
当不具备维修条件时，要检测这类调节器性能好坏比较困难。笔者根据这两款调节器工作，模拟工作环境，设计了一套静态检测的方法。
按图接好线路，K2闭合时灯1熄灭，K2断开时，灯1应点亮。
调节可调直流电压15～15.5V以上时，灯2应熄灭，当可调电源电压调整到3.5V左右时，试灯1开始发亮，到接近14V时最亮；继续升高电压15～15.5V以上时，灯泡由亮转灭，再继续升高电压，灯泡1也不亮；逐渐降低直流电压，当电压下降刚刚小于14V时，灯泡1又亮起，说明调节器性能良好；若升高电压后试灯常亮，表明调节器内部短路；若升高电压后试灯始终不亮，表明调节器内部断路。
2.丰田轿车电源系电路
丰田威驰汽车电源系电路图。该电源是内装集成电路调节器（检测蓄电池电压）整体式交流发电机，其与外部电路连接。
现代轿车在汽车组合仪表上装有充电指示灯，用来监控发电机工作状态，正常情况下在打开点火钥匙IG挡位时充电指示灯点亮，在汽车发动后熄灭。若点火启动发动机正常运转后充电指示灯还亮着，则表明充电电路或发电机出现了故障。一旦确定发电机出现故障，此时即可用上述方法分别对此类调节器、发电机进行检测。
异步电机在线检测系统研究 篇4
电动机在工农业生产中极为广泛,而且电动机的工作是长时间不间断运行,难免发生故障,如不能及时发现故障,会造成生产和经济上的巨大损失。本文探讨了一种基于数据采集卡的在线故障检测装置,可以分析异步电动机的潜在故障及故障的程度,使技术人员能合理安排维修时间,减少维修成本,杜绝重大事故的发生。异步电动机典型故障包括轴承故障,定子绕组匝间短路、过热、绝缘故障,以及转子气隙偏心、断条故障。
2 故障机理
2.1 定子故障检测
定子绕组匝间短路故障是最常见的定子故障。这种故障的明显标志是定子绕组局部过热,电机运行不稳定,转矩下降严重。当电机定子发生匝间短路时,会引起定子电流的不对称[1、2]。因此可以根据定子电流的不对称性及相互间的关系来对此类故障进行诊断。但是由于电网中大量的单相负载的影响,电源电压经常处于不对称状态,因此直接根据三相电流的对称性来判断匝间短路就会出现误判。而异步电动机三相定子绕组阻抗正常时基本上是对称的,而在发生匝间短路时三相阻抗的对称性将发生变化,因此可以根据异步电机三相阻抗的对称性来对定子绕组的匝间短路故障进行诊断。方法是对定子三相电压、电流进行检测,再计算出三相阻抗,根据三相阻抗对称与否及相互关系来判断匝间短路故障。
2.2 转子故障检测
转子断条是主要的转子故障。故障时电机转子中含有(1-2s)f[3]的边频分量,可以用来作为转子断条检测的故障特征。正常运行时,异步电机转子电流的频率为sf,转子基波磁场为圆形旋转,其中s为电机的转差率。当转子出现断条故障时,转子基波磁场将不再是正向旋转的圆形磁场(忽略高次谐波的影响且以定子基波磁场方向为正),含有正反方向旋转的两个分量。正向旋转磁场对定子的作用与电机正常运转时相同,反向磁场在定子中感应出故障分量。假设定子电流频率为f,定子磁场转速为n1,转子电流频率为sf,电机转速为n,以定子为参考,则正向旋转的转子磁场转速:
反向旋转的转子磁场转速:
由此可见,在定子绕组上存在由反向旋转的转子基波磁场感应的(1-2s)f的边频电流,同时由于转子反向旋转的基波磁场在定子上感应的边频电流仍然为三相对称的分量。因此,在一个周期内边频电流不会引起定子三相的阻抗不平衡,不会产生干扰。
2.3 轴承故障定子电流特征分析
轴承故障一般分为内圈故障、外圈故障、滚动体故障和保持架故障,这些故障发生时引起电机转轴振动,转轴振动又引起电动机内膛气隙振动,使气隙磁通受到调制,调制的磁通又在定子绕组中感生出相应的谐波电流,因此,可以通过定子电流的波形分析,也即频谱分析,提取与振动水平相对应的谐波分量,从而实现轴承故障的检测。大多数电动机轴承振动频率可简化为下式表示:
式中:fID,fOD分别为轴承内圈、外圈故障的振动特征频率;fnm为电动机转子频率;n为轴承滚珠数目。
有了振动特征频率,可以根据公式(3)计算出定子电流中的相应特征频率:
其中:f1为供电频率;fv为由公式(3)计算出的振动特征频率。
3 系统硬件设计
系统由数据采集卡、信号调理模块、程序主界面组成。系统框图如图1所示。
3.1 传感器选择
霍尔电流/电压传感器频带范围从直流到100Hz,克服了目前普通采用的钳形电流互感器频率特性差从而淹没故障信号的缺点,保证了动态测试信号采样不失真。霍尔传感器的优点正是对测量回路与测量对象进行了隔离,提高了抗干扰能力。转速的测量通过对接近开关脉冲信号定时计数可得。
3.2 接近开关
电感式接近传感器由高频振荡、检波、放大、触发及输出电路等组成。振荡器在传感器检测面产生一个交变电磁场,当金属物体接近传感器检测面时,金属中产生的涡流吸收了振荡器的能量,使振荡减弱以至停振。振荡器的振荡及停振这两种状态,转换为电信号通过整形放大器转换成二进制的开关信号,经功率放大后输出。
3.3 数据采集卡
系统采用NI公司的数据采集卡PCI6220,NI PCI-6220,16位,250kS/s,16路模拟输入,高达24路数字I/O,32位计数器,可采集三相电压、三相电流、转速等七路信号,三相定子电压、电流采用高精度的霍尔元件进行检测,当磁场恒定时,则霍尔电势U与电流I成正比。当电流I取自被测电流时,则为霍尔电流传感器;当电流I取自被测电压时,则为霍尔电压传感器。经过传感器将定子电压变换为有效值为0~5V的电压信号;检测的三相定子电流信号,经电流/电压变换器转换为有效值为0~5V的电压信号。从霍耳元件检出的电压、电流信号经过滤波,送到PCI6220进行处理,通过检测三相阻抗是否平衡判断定子是否存在故障。通过检测电流的频率成分判断是否存在转子故障。
3.4 信号调理模块
信号调理模块主要完成传感器信号到数据采集卡信号的转换,把传感器输出的信号经过光电隔离,放大器等转换为适合采集卡的信号。
4 软件设计
4.1 开发平台的选择
整个系统用LabVIEW进行开发,LabVIEW是一个具有革命性的图形化开发环境,它内置信号采集、测量分析与数据显示功能,摒弃了传统开发工具的复杂性,提供强大功能的同时还保证了系统灵活性。通过NI提供的驱动程序,可以直接与数据采集卡进行通讯。LabVIEW将广泛的数据采集、分析与显示功能集中在了同一个环境中,缩短了开发周期。
4.2 软件功能设计
异步电机在线检测系统具有信号采集、波形显示、信号处理和故障诊断功能。软件界面中具有相应的功能模块,系统开始工作后,通过数据采集卡的数据对三相电压、三相电流进行监测,如果需要对故障进行分析时,通过对接近开关的计数确定电机转速,从而确定转差率和故障频率,进而通过信号处理技术对故障类型进行判断。软件界面如图2所示。
系统工作过程如下:进入系统后首先点击“开始”按钮,对电压、电流进行监测,并显示电机转速;点击“电机故障检测”按钮后,进入故障诊断模块,对转子、定子故障进行判断。程序框图如图3所示。
5 结束语
本文对异步电机故障检测技术进行了研究,运用NI PCI6220数据采集卡和霍尔传感器构建了异步电机在线检测系统,选用的数据采集卡和传感器满足系统的精度要求,能够对电机常见故障进行诊断,测量精度较高。
参考文献
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充电机检测 篇5
关键词：电机制造工艺;装备质量检测;性能
人类社会的长期发展和生存离不开制造业，作为社会物质的主要来源，一个国家综合国力的体现就在制造业，而科学的进步也离不开制造业的长远发展，在电机制造企业中，电机制造的工艺装备应严格进行质量检测，将合格的能够投入到安全生产中的电机设备投入到市场中，让用户放心地使用。在电力设备快速发展的今天，电机制造工艺装备的质量检测方法也多种多样。电机制造工艺装备的主要顺序
电机制造工艺中的转子和机座的连接是靠端盖完成的，这也是电机制造中重要的零件之一。端盖所发挥的作用在电机制造工艺装备中发挥广泛，不仅能够对电机的内部结构起到相应的保护作用，而且能够对电机内部的滚动轴承起到校准定子和转子位置的作用。对于端盖的薄壁容易变形的特点，在电机制造加工中应先将定子和转子之间的连接零件做到精度和密度的检测，从而有效减少电机中各个设备由于装卸造成的对精密度的影响，对于轴承表面和止口的粗糙程度而言，端盖的加工工序是比较简单的，其中最主要的就是在车削和钻孔这两项，在进行质量检测的过程中应注意端盖的薄厚程度，对于力量和尺度的把握一定要做到与电机运行时相类似，在小的电机端盖上进行定心卡盘夹紧力操作上应搭配工艺上的外圆，采用多钻周或立式钻床进行钻孔，对于大中型的端盖应用摇臂钻床进行钻孔。在通常状况下，端盖的加工需要多于10种以上的工序。从机座的电机中支撑点和固定子铁芯点来看，都会在轴承的端盖结构中起到保护作用。从工艺的角度上来说，分离的钢板焊接机座和有底脚的机座分别是以固定的端盖、吊环螺栓孔和接线盒的机座整体加工而成的。在对机座进行加工时应以严格的质量检测方法进行全面检测，对于机座中零件的薄厚程度、同轴承度的影响会引起不必要的变形，在底脚的平面定位和止口的定位上由转轴和铸铝转子铁心构成转子。作为电机的主要零部件之一，转轴是支撑电机中各个零部件转动的绝对连接点，也是按照定子的相对位置对转动零部件进行确定的唯一零件，转轴作为更重要的一点因素还是由于转矩的传递、功率输出的主要零件。电机制造工艺装备过程中的主要检测方法及性能
2.1 电机制造工艺过程中的主要检测方法
电机质量往往是影响电机工艺的最大因素，在电机的性能上和装配质量上都会对电机的整体装配工艺产生影响。电机性能的好坏对于电机制造工艺来说非常重要，在电机的综合性能指标上和集中工艺指标上都会产生较大影响，不同的电机性能会有不同的工艺装配特点，这种情况下要具体情况进行具体分析。在电机制造中，很多高质量的电机加工都受到多方面的影响，这些都是决定电机质量好坏的重要因素。在细节上，小的零部件中的尺寸差异都会让电机的质量和使用寿命减少，在严重时还会直接导致电机停止工作。对电动机的质量而言，定子槽和铁心内部圆周的磨损也是导致电机工作效率降低、温度升高的直接因素。
2.2电机制造工艺过程中的性能检测
定子铁心的外圆设计应使气隙大于综合设计值，这使得定子的漏抗和谐波漏抗值不断减小，从而使电机的总漏抗值不断减小，这就是电流增大的直接引起原因。当气隙的磁力和空载电流增大后，电动机的功率就会降低，使电流和定子的磨损率增大，导致温度升高，使用效率降低。
当转子铁心外圆尺寸车大时，会使气隙小于设计值，导致定子谐波漏抗和转子谐波漏抗增大，因而电机总漏抗增大，结果使异步电动机的启动转矩和最大转矩降低，满载时电抗电流增大，转子电流和转子铜损也增大，效率低、温升高、转差率增大。铁心有效长度的减小是由于定子和转子铁心的轴发生偏移，这样不仅会导致空载电流增大，而且会影响功率因数。在封闭式的电机机座内，内切圆表面的粗糙程度越大或缺陷多能够让定子铁心和机座的接触面不够，从而导致电热阻的增大，在电机温度持续升高的情况下，机座的止口和端盖轴承室的止口部位都会加工等大的尺寸，使电机装配困难，出现运转不灵活或抱死的情况。而轴承室和轴承挡的尺寸精度和形位公差超差则会直接引起轴承内外的圆周变形，产生较大的震动和噪声，使轴承的磨损程度变大，温度持续升高。对于同步发电机而言，气隙变小，同步的抗压变大，短路会变小，发电机的电压变化率增大，使电机的并联运行稳定性变差，对于转子表面的损耗增加，效率会降低。结语
综上所述，科技的不断发展创新为电机制造工艺带来了新的发展机会，电机工艺装备应用的行业广泛，不断以推动的模式向前发展。在电机工艺发展中，最终是以电能量和电磁能量互相交换而形成的，这不仅是一项机械设备的基本特征，更是一个导电、导磁等特殊工艺的特征。因此，作为电机制造工艺装备的技术人员，应严格把握质量观，对每一个出厂的电机制造设备都进行严格的质量检测，不断地更新和完善电机制造中的缺失和失误，只有这样才能够真正做到对企业务实，对用户负责。
参考文献：
提高采煤机电机同轴度检测精度 篇6
在对采煤机电机进行同轴度检测时, 发现电机同轴度不稳定, 检测结果差别较大, 客户也多次反映同轴度不符合标准, 以致影响使用, 造成电机返修。
目前, 同轴度的测量方法有指示器法、壁厚差法、三点坐标法, 我们采用的是指示器法, 使用的指示器就是百分表, 即以轴作为基准轴心线, 测量时百分表调零, 测头放在所测截面上转动, 用百分表看圆跳动值, 并记录下不同位置的数据, 如图1所示。
1.电机机座2.百分表3.轴
2 测量方法的改进
一般情况下测量的电机同轴度是指端盖、机座相对于轴的同轴度。实际测量出来的数据误差在0.03~0.04mm, 并且由于使用的测量工具—百分表杆较短, 检测位置有限, 而且数据浮动较大。为了提高采煤机同轴度的检测精度, 需要在现有的测量基础上对测量工具及测量方法进行改进, 使采煤机电机同轴度的测量误差减小到0.01~0.02mm。
通过查阅有关资料和对现状的调查分析, 同轴度一方面与电机零部件加工及组装有关, 另一方面就是受到仪器及测量方法的限制, 测量结果可信度不高, 为此我们设计制做V型夹块 (如图2) 及可调支架杆 (即伸缩杆) , 在测量时, 夹块固定在轴上, 将支架杆与百分表连接, 百分表测头与所测面接触, 转动轴进行检测。
3 结语
这种方法测量的数据较稳定, 对同轴度误差的判定提供了可靠的依据, 能够根据图纸及标准要求判定电机同轴度是否达到要求, 给检测工作带来了很大的帮助, 提高了同轴度检测的准确性和精度。
摘要：针对电机同轴度检测精度低的问题, 在提高零件加工质量及电机组装质量的同时, 改进了采煤机电机同轴度的检测方法, 可以提供一个直观的精确检测结果。
关键词：同轴度,百分表,夹块
参考文献
充电机检测 篇7
近年来, 由于电力电子技术的发展, 节能环保需求的增加, 交流调速技术逐渐成为传动控制领域的主流, 得到广泛应用。但变频调速大多采用脉宽调制 (Pulse Width Modulation, PWM) 供电技术, 电机绕组输入的电压具有高频、快速上升沿和下降沿, 一般为50 ns~0.1 μs以内, 同时绕组也存在着等效电感, 这样的脉冲电压在绕组上也会造成分布不均, 从而使得绕组端部承受近70%的过电压, 这样的供电电压会给电机绝缘结构带来较大破坏。研究表明, 当逆变器输出的PWM电压在电机内部由于绕组与电缆阻抗不同产生的过电压超过电机绝缘结构的局部放电起始电压 (Partial Discharge Inception Voltage, PDIV) 时, 线圈绕组就会产生绝缘局部放电, 进而造成电机绝缘快速劣化甚至损坏。为此, IEC制定了相关标准, 对电机进行局部放电试验, 测定PDIV以判断其绝缘性能。另外, 局部放电检测技术也可以对电机进行早期绝缘强度检查, 并且不会破坏绝缘系统, 因而逐渐成为电机绝缘系统缺陷检测的重要手段。
局部放电并非击穿损坏绝缘介质, 而只是在其介质局部产生微量的放电现象, 由于能量较小, 难以检测。现在常用的测试方法分为电测法和非电测法两大类, 其中电测法有脉冲电流法、无线电干扰法、介质损耗测量法, 非电测法有声、光、热及化学检测法。
脉冲电流法由于测试方便, 适于现场测试而被广泛采用, 本文主要介绍这种测试方法, 并结合实际研发生产过程中测试的大量数据, 介绍如何在实践中利用电机局部放电试验测试得到试验数据, 进而制定出针对某一特定绝缘结构的绝缘性能判断标准, 来对该型电机绝缘性能进行评价。
1 局部放电定义及参数
1.1 局部放电定义
局部放电 (Partial Discharge, PD) 是两个导体间的绝缘只有部分被短接的电气放电。固体介质中的空穴、液体绝缘中的气泡、局部场强过高的介质表面、绝缘表面污染或受潮等等都能形成局部放电, 电极的尖端放电也能造成局部放电。
1.2 局部放电的特征
(1) 放电能量很小, 短时间内存在不影响电气设备的绝缘强度;
(2) 对绝缘的危害是逐渐加大的, 它的发展需要一定时间, 局部放电引起绝缘损坏, 缺陷继续扩大直至绝缘击穿;
(3) 对绝缘系统寿命的评估分散性很大, 跟发展时间、局放种类、产生位置、绝缘种类等有关;
(4) 局部放电试验属非破坏试验, 不会造成绝缘损伤。
1.3 局部放电产生的原因
当绝缘体内部某一区域的电场强度达到击穿场强时, 该区域就会发生放电。绝缘系统中不同绝缘材料的电场强度和击穿场强不同, 可能会在某一材料中首先产生局部放电;也有可能是绝缘系统老化产生气泡、裂纹或其他杂质, 这些缺陷导致局部放电;导体的毛刺、尖端等也有可能产生局部放电。
1.4 局部放电的参数
1.4.1 局部放电试验电压
在试品上所加的规定电压, 在此电压下局部放电量不应超过规定的局部放电量值。
1.4.2 规定的局部放电量值
在规定的电压下, 对给定的试品, 在规程或规范中规定的局部放电参量的数值。
1.4.3 局部放电起始电压Ui
从试验电压不产生局部放电的较低电压逐渐增加时, 在试验中局部放电量超过某一规定值时的最低电压值。
1.4.4 局部放电熄灭电压Ue
试验电压从超过局部放电起始电压的较高值逐渐下降时, 在试验中局部放电量小于某一规定值时的最高电压值。
2 基于脉冲电测法的局部放电检测仪工作原理及试验方法
2.1工作原理
变频电机绝缘系统局部放电检测大多采用的是脉冲电流电测法, 测试原理是试品产生一次局部放电, 在其两端就会产生一个瞬时的电压变化, 此时在被试品、耦合电容组成的回路中产生脉冲电流。脉冲电流经过检测阻抗会在其两端产生脉冲电压, 将此脉冲电压进行采集、放大、显示等处理, 就可产生局部放电的一些基本量, 尤其是局部放电量。所有这些信号和数据传输到计算机终端以供采集和分析。
2.2 局部放电检测仪的接线方法
局部放电检测仪的接线简图如图1所示。
试验中, 由于采用的是高频脉冲测试, 试验结构易受外界环境干扰, 因而试验要求电源、设备及被试品可靠接地。
2.3 局部放电的试验方法
在进行局部放电试验之前, 首先要对局放仪进行局部放电量和电压的校准, 在校准完成之后, 升压器以100 V/s的速度匀速加压, 同时在计算机终端记录1 k V、2 k V、3 k V电压下的局部放电量和突变电压 (k V) 。
3 局部放电检测数据分析
3.1 电机局部放电标准制定
在对某电机产品进行局部放电检测后采集到的数据如表1所示。
通过对多台电机进行局部放电检测, 记录在1 k V、2 k V、3 k V电压下的局部放电数据, 并通过与表1数据进行对比分析, 制定出该电机的起始电压Ui=2.2 k V (升压时放电量在500 p C下的最低电压值) 、熄灭电压Ue=2 k V (降压时放电量在500 p C下的最大值) , 在规定试验电压 (3 k V) 下的局部放电量值小于3 n C。
3.2 电机局部放电图谱分析
图2是对电机进行局部放电试验时采集到的电压—脉冲信号图。
从图2可以看出, 该电机的放电信号出现在一、三象限 (约45°和240°相位角) , 且第三象限的放电信号强于第一象限的放电信号, 由此可以确定局部放电部位在绝缘系统内部, 是铜导体与绝缘材料之间存在气隙所致, 可通过真空压力浸漆等措施对缺陷部位进行绝缘填充, 消除局部放电影响。
4 结语
通过对电机产品进行局部放电检测及图谱分析, 可分析出绝缘系统局部放电产生的部位及特征, 为判断产品绝缘老化寿命提供有力的数据, 也有利于及时发现产品绝缘系统的隐患, 制定出检修方案, 为检修后电机可靠运行提供有力保障。
摘要：介绍了局部放电的定义、特征、主要参数及局放设备的测试方法, 对电机局部放电试验数据进行了统计和分析, 并制定了绝缘性能判断标准来对电机绝缘性能进行评价。
关键词：局部放电,绝缘,电机
参考文献
[1]于钦学, 任文娥, Cavallini A, 等.SPWM变频调速电动机线圈局部放电的测量[J].电工技术学报, 2006, 21 (1) .
充电机检测 篇8
随着全球经济的不断发展, 全世界对能源需求的不断提高, 能源短缺问题已变得日益突出。如何采取有效措施降低能源消耗和提高能源使用效率已成为目前国际社会发展所面临的一项极为紧迫的任务。据可靠数据统计, 2010年我国全社会耗电量已达到4.19万亿千瓦时, 其中工业耗电量占总耗电量的70%, 而电机系统的耗电量则又占工业总耗电量的60%～70%。我国电机多为普通效率电机, 其平均效率为87%, 而发达国家早已推行的高效电机效率已达到91%以上, 美国的超高效电机效率更是达到93%, 比我国高3%～5%。系统运行效率, 比我国高25%～30%。电机及系统节能空间巨大, 是单位GDP能耗降低20%的重要手段, 低碳经济的重要组成部分。因此进一步加大高效节能电机的研制和推广力度, 在整个节能降耗工作中具有相当重要的意义。
1 高效电机的特点
高效 (IE2) 笼型感应电机与普效 (IE1) 电机相比有如下特点[1]:
1) 效率高, IE2比IE1平均高3%, IE3比IE1平均高近5%左右;
2) 需要使用更多高质量的材料。IE2比IE1电机成本高25%～30%, IE3比IE1电机成本高40%～60%左右;
3) 优于运行温度较低, 电机寿命更长, 可降低维护成本;
4) 典型设计情况下起动电流较大些;
5) 转子惯量较大;
6) 额定负载下转速较高, 转差率较小。
高效电机寿命周期成本比普通的低效率电机低, 维护费用一般也低于低效电机, 从整个工作生命周期内实际节约的能耗成本要比采购成本高许多, 因此包括我国在内, 世界上许多国家都越来越重视高效率电机的研发及使用推广。
2 提高电机效率的方法
提高电机效率的关键技术就是如何大幅度降低电机各项损耗 (铁耗、铜耗、风摩损耗和杂散损耗等) , 这就要求对电机各类损耗产生的机理进行极其深入细致的研究, 充分挖掘降低各类损耗的潜力。因此, 电机效率的提高已不仅仅局限于电磁设计, 而是需要结合传统的电机设计模型建立更为精确的数学物理仿真模型, 并综合考虑工艺, 材料, 加工精度, 结构, 性价比等各种因素进行研究, 进而提出解决降低电机各种损耗的关键工艺和设计技术。
基于以上观点, 可将开展超高效电机研制工作中需要面临的关键技术简要概括为以下几方面。
2.1 合理的电机设计
1) 铁芯尺寸
通过适当加长铁芯来降低磁密可降低铁耗, 但材料成本会有所提高, 因此具体尺寸设计需要根据实际情况综合考虑。
2) 槽形
减小槽口宽可以降低定转子齿部平均磁密, 降低励磁电流以减小杂散耗;控制斜槽度, 则可大大削弱高次谐波磁场产生的附加转矩和齿谐波, 也能一定程度上降低杂散耗。
3) 槽配合
槽配合对电机性能有很大影响。采用近槽配合能降低杂散损耗, 效率、功率因素和启动性能都能得到很好的提高。
4) 绕组型式
“正弦”绕组采用不同的绕组匝数和结构形式, 使用“正弦”绕组可以有效削弱合成磁场中的高次谐波, 削弱杂散附加损耗。
5) 气隙
适当增大气隙可一定程度上降低电机杂散耗, 提高效率。
注:检测方法符合IEEE112-B
6) 风扇结构
在保证电机温升的前提下可以通过减少叶片外径、增大叶片宽度、增加叶片数量, 使用后倾式风扇等手段可有效降低风摩耗。如2极电机采用不可逆的后倾式风扇, 可使风量不变, 风摩耗降低20%[2]。
7) 使用磁性槽楔
电机开槽后会使气隙磁导变得不均匀, 表面损耗增大, 如果采用磁性槽楔相当于缩小了槽口尺寸, 可以有效减弱齿槽效应, 从而降低表面损耗和铜耗。
2.2 合适的选材
1) 电工钢
高导磁率、低铁损的高效硅钢可以有效降低激磁电流, 使定子铜耗变小;使用薄硅钢片, 可以减少电机涡流损耗, 从而减少铁损耗, 提高电机效率。
2) 铜线
选用低电阻率铜线可以最大程度降低定子铜耗, 提高电机效率。
3) 转子
使用纯度较高的铸铝转子可有效降低转子导条电阻率。在小功率电机中如果直接采用铸铜转子可有效降低电阻率, 进而可以大大降低转子铜耗。
4) 其他配件
选用优质低摩擦轴承、高质量球轴承, 减少摩擦和振动、摩擦阻力小的密封圈和润滑脂。
2.3 优良的加工和装配工艺
1) 定转子加工
冲床冲剪方式加工的片子边缘因发生弹性变形而产生内部应力, 应力的存在会导致硅钢片磁性能降低, 进而使定子铜耗增加。如果对冲剪成的定转子进行去应力退火可有效降低硅钢片铁损并提高硅钢片导磁性能。另外, 如果使用高速冲床或是使用线切割、激光切割方式将有效减少和避免铁芯加工过程中应力产生导致的电机铜耗增加。冲片不良易导致硅钢片毛刺过大, 叠压系数降低, 定子齿、轭部的截面积减小, 磁通密度增大, 导致激磁电流增大, 功率因素降低, 造成定子铜耗增大, 电机效率降低, 如果使用线切割或激光切割方式将有效消除毛刺引起的铜耗, 使电机效率得以提高。
2) 转子表面处理
通过氧化处理、脱壳处理、转子表面焙烧、碱洗等方法可有效增加铸铝导条与铁芯间的接触电阻, 能有效降低杂散损耗。
3) 转子的平衡控制
转子的平衡分静平衡和动平衡两种, 良好的平衡性能是降低机械耗的有效办法。
4) 装配偏心控制
采用热套工艺减小压定子产生的机壳变形和装配偏心;使用硬度较高的合金端盖, 尽可能减少偏心, 可有效减小偏心照成的机械耗增大。
5) 转子轴向间隙的消除
使用波形弹簧垫圈或三点式弹性垫圈可有效减小因轴向间隙引起的机械耗。
6) 零部件尺寸精度控制
轴承与轴承室选用合理的公差配合, 尽量采取中间公差, 保证零部件在运输和装配过程中不发生变形, 将有效降低电机机械耗。
3 效率检测方法
随着各国对高效电机研发重视程度的日益提高, 选择何种效率试验方法成为高效电机研制和推广的一项关键问题。国际上当前采用的电动机效率测试标准差异不大, 影响最终效率测试结果的最大的差别在于杂散损耗的测定。国际电工委员会制定的标准IEC60034-2标准规定负载杂散损耗为输入功率的0.5%, 日本JEC37标准则规定负载杂散损耗为0。美国电气制造者协会 (NEMA) 制定的IEEE112-B标准规定负载杂散损耗采用输入输出法测定。近年来, 相关研究人员对几个标准做了大量实验比对工作, 通过对研究结果的分析, 得出结论是JEC37标准检测的效率最高, IEC60034-2标准所测效率则比IEEE112-B标准所测效率要高。表3和表4的数据可明显看出标准间的差异[3]。
我国目前的电机试验标准基本参考了美国和欧盟的实验标准, 在高效电机的检测中建议采用低不确定度的IEEE112-B法作为高效电机的检测方法, 能够得到比较符合实际的电机效率, 对电机效率的提高具有更为可靠的指导意义。该方法能够比较精确地判断电机运行状况, 相关方法已写入国家标准GB T1032-2005《三相异步电动机试验方法》。
4 结论
虽然提高电机效率的方法很多, 而且未来随着极低铁损和超高磁感硅钢片、低温超导材料, 稀土永磁等先进材料的应用必将使高效超高效电机的制造变得更加容易。但只有在使用合适的效率检测方法获得可靠的损耗值的基础上, 通过损耗改进方法的合理运用才能制造出低成本的高效和超高效电机。
摘要：从电机设计、选材、加工装配等方面简要介绍了电机提高效率的方法, 并介绍了高效电机效率测试方法, 为高效电机的研制和检测提供了参考。
关键词：高效电机,效率提高,效率检测
参考文献
[1]陈伟华, 李秀英, 姚鹏.电机及其系统节能技术发展综述[J].电气技术, 2008 (9) :13-22.
[2]贺胜强.浅谈提高小型电机效率的方法[J].电机技术, 2011 (1) :11-13.
便携式电机能效检测仪的研制 篇9
随着能源紧张问题和温室效应的不断加剧, 开发利用清洁能源、节能减排已成为世界各国关注的焦点。对于资源短缺、人口众多的中国而言, 节能就显得尤为必要。中小型三相异步电动机是应用最广泛的高能耗产品, 其应用范围遍及国民经济各个领域, 用电量约占全国总用电量的50%, 在工业领域更是占到2/3左右, 并且电动机运行效率普遍偏低, 因此, 提高电动机的运行效率具有重要意义。
导致电动机运行效率偏低的原因有很多, 包括电动机本身的问题, 但更主要的是使用问题, 如负载率偏低、电机老化等。解决这一问题有很多方法, 如推广使用高效电机, 替换运行效率明显偏低的电机, 或通过适当的控制方法提高电机的运行效率等。要实现这一目标, 首先要能在不干扰电机正常运行的情况下准确检测出其实际运行效率。传统的基于实验室环境的检测方法不能直接用于现场检测, 这是因为空载试验、短路试验、定子电阻检测和转速检测在现场情况下很难完成。
对于大型电机, 往往配有电机状态在线监测系统, 一般能够检测电机的运行效率, 对于中小容量电机, 从成本角度考虑, 一般不配备监测系统。而中小容量电机无论从数量还是耗电量看, 都占在用电机的绝大多数。对所有中小型电机进行在线监测几乎是不可能的, 这一工作必须由现场工作人员完成。为此, 有必要开发适用于中小电机的低成本现场效率检测装置。而现场人员一般希望检测装置的操作尽可能简单, 且便于携带, 因此, 这样的装置应尽可能体积小、重量轻, 且操作简单。
本文首先对国内外电机效率检测方法和检测设备的发展现状进行总结, 然后结合气隙转矩法和DSP技术开发了便携式电机能效检测仪, 实现了电机效率的现场检测。
1 国内外发展现状
20世纪90年代中期, 国外一些专家已开始关注电机能效的现场检测问题, 并开始提出一些检测方法, 经过10年的研究, 已经取得了一定的成果, 一些国外公司也推出了相应的检测设备。
1996年, J.S.Hsu等[1]从对电机运行的影响程度和检测精度2方面对在此之前的研究成果进行了综合比较。其中的方法大都是在IEEE Standard 112[2]中方法基础上的综合和改进, 但这些方法除铭牌法之外, 均或多或少影响电机的正常运行, 所以这些方法均不适合直接用于现场测量。另外, 该文献中建议将气隙转矩法[3]作为将来进一步研究的备选方案。1999年, A.Wallace等[4]在文献[1]的基础上, 对12种检测方法在实验室进行了对比研究。但所有这些方法仍未能消除对电机运行的影响。总之, 20世纪以前的所有方法, 都不能在不干扰电机正常运行的前提下准确地测得电机运行效率。
2003年, E.Agamloh等[5]受美国NEEA (Northwest Energy Efficiency Alliance) 的委托, 对当时6家公司生产的电机现场效率测试仪进行了检测, 这6家公司宣传其产品可以满足此次检测的要求。要求主要包括:
(1) 所有检测只能在电机控制柜或启动器的接线端进行;
(2) 能够根据检测的电流电压值读出功率因数和效率值, 且和试验室检测结果的偏差在±3%之内;
(3) 不能在电机轴上作任何测试;
(4) 操作必须相对比较简单, 现场人员利用操作手册或短期培训就可以完成操作。
测试开始之前, 3家因各种原因退出, 只有Baker Instruments、Pd MA、Weyerhaeuser 3家公司参加。3种仪器在50%~100%负载率时比较准确, 但在负载率小于50%时, 准确度显著下降, 特别Pd MA认为电机效率曲线是一条直线, 而Weyerhaeuser假设电机的空载电流是额定电流的30%。所以从测试结果看, 目前仍没有理想的检测方法和仪器。
2005年, Bin Lu等[6]对此前的方法在此进行了总结, 并提出可以将气隙转矩法、无速度传感器的转速检测法和定子电阻在线检测法结合起来, 形成真正地适用于现场的电机效率检测法, 这也为这一难题的解决指明了一个方向。其他还有一些方法, 如基于遗传算法的检测方法[7]等。
国内这方面的研究还处于起步阶段, 有少数高校和研究机构正在开始开展这方面的研究, 如哈尔滨理工大学[8]和浙江大学[9]。2008年, 中国电力科学院[10]以中德技术合作项目“能源审计与电动机效率检测”为依托, 介绍了便携式测试系统Motor TOP中所采用的检测方法。
2 电动机效率现场检测方法的分类
电动机的效率定义为电机的有功输出功率与有功输入功率之比, 即:
式中, PO为电机轴上输出的机械功率;PLOSS为电机的总损耗功率;PI为电机的输入电功率。
在式 (1) 的几个参数中, PI从电源输入端比较容易测定, 因此, 效率测量的关键在于如何测定PO或PLOSS, 这也是各种测量方法的分类依据。
2.1 铭牌法
铭牌法是一种最简单的效率估算方法, 它假定电机效率在任何负载条件下都等于铭牌所示的效率。而实际上, 效率随负载变化而变化, 尤其对于小功率、多极数电机, 其效率随负载变化甚大。另外, 如果电机经过维修, 其铭牌数据更不能代表实际状态, 因此这种方法误差较大。
Vogelsang&Benning (V&B) 方法Ⅰ和Ⅱ是在铭牌方法基础上发展起来的, 并在商用仪器“电机分析仪”中取得了成功的应用[11]。该分析仪有2个测量精度等级, 一是±1%误差, 这要求对电机进行空载试验、负载试验和断电试验, 如果不做空载试验, 而从铭牌参数中获取相关信息, 则只能得到±3%的误差, 这是其第二个精度等级。由此可见, 该方法至少要求进行负载试验和断电试验, 而很多工业场合的不间断工作特性导致该方法很难在现场实现。
2.2 转差法
转差率法假定输出功率与额定功率的比值, 等于转差率与额定转差率的比值。基于此假设, 只需在现场检测转差率和输入功率, 便可求出电机效率, 如式 (2) 所示:
式中, slip为电机的转差率;sliprated为额定转差率;PO, rated为额定输出功率。
但由于在电机标准中, 允许额定转差率的实际值与铭牌值之间有20%的偏差, 因此该方法误差也较大。另外, 测量转差率是通过检测电机转速实现的, 这在某些现场条件下难以做到。
在转差法基础上发展起来的改进转差法主要有2种, 一是考虑了电机端电压对测量精度的影响, 二是对电机定子电阻进行了分离。2种方法的计算公式分别如式 (3) 和 (4) 所示:
式中, V为定子端电压;Vrated为电机额定电压;I为定子电流;Rs为定子电阻。
2.3 电流法
电流法假定输出功率与额定功率的比值, 等于定子电流与额定电流的比值。基于此假设, 只需在现场检测定子电流和输入功率, 便可求出电机效率, 如式 (5) 所示:
式中, IN为铭牌满载电流;I为现场所测得的电动机定子输入电流。
由于电动机电流中包含空载电流, 这部分电流分量不会随负载的减小而减小, 因此给这种方法带来较大的误差, 从而使得往往在低负载时, 过高地估计负载值。如果有可能对被测电机进行一次空载试验, 测得空载电流, 则可由式 (6) 改进电流法, 提高检测精度。
式中, IO为空载电流。
由于电流和负载之间并非线性关系, 由式 (6) 计算的负载通常比实际负载低, 因此较好的方法是将式 (5) 和 (6) 所获得的结果取平均值, 这将能较好地接近电机实际的负载情况。应该指出, 式 (7) 通过另外一种方法解决电流和负载间的非线性关系, 也取得了较好的效果。
2.4 统计法
首先对某一特定系列或某一范围内的电机积累大量的试验数据, 然后经过统计处理后, 建立经验公式。这样现场仅需测量少量数据, 即可根据经验公式求出电机效率。例如, 加拿大安大略电力公司的经验公式就假定电动机的风摩耗与铁耗之和为额定输入功率的3.5%, 负载杂耗则按IEEE-112标准所规定的数据, 即1~125 HP为1.8%, 126~500 HP为1.5%, 500~2 499 HP为1.2%。该方法比较简单, 对统计范围内的电机有一定的准确性, 但对于不在统计范围内的电机则可能存在较大误差。
2.5 等效电路法
电机效率的评估可以通过等效电路的计算求得, 图1为异步电动机的等效电路。其中共有7个阻抗, 这些参数可通过2个空载试验和电阻测试求得。一个空载试验是在额定电压下电机空载运行, 测量电压、电流和功率等数据;另一是在空载情况下, 电压降至转差率等于额定负载时的转差率, 在此状态下测量有关数据。借助于该等效电路可求得不同转速情况下的输入功率、输出功率以及效率。此方法相当于美国IEEE112-F1标准, 其中杂散损耗是按上节所述IEEE规定的假定值计算。等值电路法可达一定的准确度, 但需要进行改变电压下的空载试验, 这在一般现场条件下具有一定的困难。
安大略水力电力公司[12]给出了一种基于标注等效电路法的改进方法。其中用到的等效电路和标准法中的稍有不同。激磁阻抗在该方法中用串联的电感和电阻代替, 而不像标准法中用电感电阻的并联代替。该方法虽然不再要求进行变电压试验, 但仍要求在额定电压下进行空载和满载试验。试验中, 要对线电压、输入功率、线电流、功率因数、定子电阻等参数进行测量。同时, 满载情况下还要对满载转差率进行测量。
Rockwellod在他们的产品“电机效率的精灵”使用了一种改进等效电路法。该方法采用标准的电机等效电路, 利用检测到的2个工作点的数据来计算等效电路参数。该方法需要检测定子电阻和定子绕组温度, 另外也需要定子漏感的准确值, 而该值是无法通过在线的方法测得的。另外, 该方法利用电压和电流的矢量来计算等效电路参数, 因此忽略了电源中谐波成分对效率的影响。
2.6 损耗分析法
损耗分析法通过分析电机的各项损耗, 即定子铜耗、转子铜耗、铁耗、机械损耗和附加损耗, 相加求得总损耗, 然后求出效率。该方法比等效电路法要求更多的试验测试, 因此在现场几乎无法实现。实际应用中, 常将此方法与前述其他方法结合使用。
3 基于气隙转矩法的便携式电机效率检测仪
电机效率现场测试方法主要研究气隙转矩法, 该方法的基本原理如式 (8) 所示。
式中, η为电机效率;Tshaft为电机轴输出转矩;ωr为电机角速度;Pin为输入功率;Tair为气隙转矩;Wmec为机械损耗;Wsllr为转子负载杂耗。
根据电机效率的定义, η等于电机输出机械功率和Pin的比值, 电机输出机械功率等于轴转矩和电机角速度的乘积, 进一步等于气隙转矩和角速度乘积 (电磁功率) 减去机械损耗和转子负载杂耗。气隙转矩法就是利用式 (8) 的后半部分进行效率计算的。需要的各个参数中, Pin通过检测电机输入电压和电流很容易得到, 关键在于如何得到其他参数。
根据电机学原理, 气隙转矩可由式 (9) 得到。
式中, p为电机极数;iA、i B、i C分别为电机的三相输入电流瞬时值;vCA和vAB分别为电机的输入线电压瞬时值;Rs为定子电阻。
从该式可以看出, 定子电阻的检测是该方法的一个关键。定子电阻的检测一般需要先测量直流电阻, 这一点在现场条件下是很难实现的, 必须采取间接测量法。定子电阻的间接测量目前主要包括3类方法, 一是基于电机数学模型的估算方法, 二是基于信号注入的测量方法, 三是根据IEEE标准中的推荐数据和电机的铭牌参数进行插值。第一种方法一般计算复杂, 对于大型电机的在线监测比较适用, 第二种则需要在电机的电源进线上串联其他信号注入装置, 因此在很多现场难以实现, 并且注入的直流信号会使电机三相电压和电流出现不平衡, 为此, 考虑采用第三种方法。一般情况下, 小电机的定子电阻取0.1 pu, 大电机取0.01 pu, 然后很容易根据电机的铭牌参数构建插值模型, 从而实现对电机定子电阻的估算。这样的估算必然带来一定的偏差, 但由于气隙转矩对定子电阻的偏导数一般较小, 所以由此带来的误差不会很大。
根据式 (8) 可知, 转速是利用气隙转矩法的另外一个必要参数。传统的转速检测方法主要是在电机轴上安装各种转速传感器, 而这在现场条件下也是很难实现的, 为此, 也需要采取间接检测方法。转速的无传感器检测一般有2类方法, 第一种是基于电机反电动势的检测方法, 第二种是基于定子电流频谱分析的检测方法。第一种方法在电机低速时效果较差, 第二种适应性较强但计算复杂。本设计拟采用第二种方法。该方法又包括2类, 一是检测定子电流中的槽谐波, 这种检测方法需要知道电机槽数, 这在现场情况下有时很难做到, 另一类是检测由于电机偏心造成的频率分量, 这一方法不需知道电机参数, 适应性好, 因此, 本设计选择该类方法。
机械损耗和转子负载杂耗也是需要确定的参数, 传统上机械损耗通过空载试验确定, 这在现场条件下也是难以完成的, 因此这两者可以根据IEEE标准进行设定。
便携式电机效率现场监测仪在硬件结构上设计为DSP+MCU的结构。由DSP完成复杂的计算工作, 而MCU负责系统管理。其结构图如图2所示。
从图2可以看到, 系统采用DSP2812作为计算核心部件, 电流检测采用钳式电流传感器, 电压检测采用高精度有源电压传感器, MCU负责对系统进行管理, 主要进行LCD显示、键盘输入和通信。在后期的改进中, 去掉了MCU, 取而代之的为笔记本电脑, 这样极大地增强了系统的分析能力。
4 结语
本文深入分析了电机效率现场检测的各种方法的优缺点, 在此基础上选择气隙转矩法作为现场检测的基本方法。最后以DSP为核心设计了便携式电机能效分析仪, 实现了电机效率的现场检测。
摘要：首先对各种电机能效检测方法进行了总结分析, 在此基础上, 指出气隙转矩法是适合现场检测的有效方法之一, 其次对传统气隙转矩法进行了改进, 解决了转速无传感器测量和定子电阻估算2个现场检测的难点, 最后利用DSP, 研制了便携式电机能效检测仪样机, 实现了电机能效的现场检测。
关键词：气隙转矩法,电机效率,现场检测
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充电机检测 篇10
关键词：开关磁阻电机,绕组,短路,短路电流,转矩
1 引言
开关磁阻电机(SRM)比其它电机具有更好的容错能力,但是开关磁阻电机的容错能力也是有限的。定子绕组匝间短路也是开关磁阻电机一种较常见的故障,轻微的匝间短路,并不会影响机组的正常运行,所以常被忽略,但如果故障继续发展,将会使定子电流显著增加,绕组温度升高,无功功率降低,电压波形畸变,机组振动并出现其它机械故障。本文对绕组短路故障的情况进行了一定程度的研究,包括理论研究、数值分析和实验测试。开关磁阻电机绕组短路主要分两类:一类是单极完全短路,另一类是单极部分绕组短路。
在其它的文献中对此故障修复的建议主要是关掉故障相[1,2],或者把极间的线圈分成若干块的线圈组合[3]。一部分故障情况是必须采取以上措施的,但并不适合所有的故障情况。本文将对电机故障情况下的连续运转进行研究。这些研究将有助于进一步提高开关磁阻电机调速系统的故障恢复性能。
典型的开关磁阻电动机调速系统由SR电机、功率变换器、控制器和位置检测4大部分组成。我们将在电压控制和电流控制下分别进行分析。图1为SRM结构原理图。
本文首先是采用倍频法检测绕组短路,然后分析绕组匝数对电机的影响,进行理论推导;其次是用二维有限元分析的方法来仿真;最后通过对实验结果的分析,证明了这种二维有限元的分析方法的可行性。
2 匝间短路测试方法
以往的测试方法,如电桥法、电感法、绝缘测试、电流谱分析法等,都不能真正可靠地指出电机的匝间故障是否存在以及程度如何。
本文介绍一种定子倍频测试法来检测绕组匝间短路故障。首先将频率加倍观察匝间短路发生前后电流与频率的对应关系为
定义倍频测试值为I/f,即电流在频率加倍后的变化量为
对于纯电感电路:I/f=-50%,即电流减少一半;对于纯电阻电路:I/f=-0%,即电流不变。
最初,无匝间短路发生的绕组,在仪器发出的高频电流下,ωL>>R,类似于“纯电感电路”;当匝间短路发展到最严重程度,L几乎完全失效,绕组类似于“纯电阻电路”。也就是说,匝间短路的发展趋势是使绕组从“纯电感电路”向“纯电阻电路”迈进,也就是I/f值从-50%向-0%的发展趋势,I/f值直接说明了电感的失效程度,因而可以作为匝间短路程度的判定依据。这种新的方法已为大量的实验所验证,较为可靠。
在一定的运行条件下,如果存在绕组匝间短路,由于励磁绕组的有效匝数减少,为满足气隙合成磁通条件,励磁电流必然增大。因此,绕组匝间短路虽引起电流增大,但无功却相对减少,这一故障征兆可以作为识别发生匝间短路故障的一个明显的特征。
3 绕组匝数特性及短路电流分析
3.1 绕组匝数对电机性能的影响
首先采用线性化模型进行分析。在线性模型下,因为径向相对的两个绕组串联为一相,每个绕组匝数为N,所以相绕组最大电感为
式中:Amax为最大磁导。
当电机结构确定时,最大磁导为一固定值,当开关磁阻电机在低转速下运行时不考虑其它因素的影响,相电流近似为一方波,其幅值与斩波限相同,电机输出转矩近似与相绕组匝数的平方成正比。
开关磁阻电机相绕组匝数的设计必须兼顾电机高速和低速性能两个方面,当确定了相电流斩波限和电机输出功率时,就可以进行匝数计算,首先确定最高转速时需要的最小电感。
式中:(θt-θl)为相电流上升区间转子转过的角度;它与电机结构和主开关的开通角有关;ωmax为电机最高转速;Imax可由电机输出功率估算得出。故在斩波模式与最高转速下需要的最小电感为
式中:为斩波模式下的最高转速;Imax为电流斩波限。
令Lmin=min(Lmin1,Lmin2),将Lmax=L/k代入式(4)则得到相绕组匝数的初步设计值。k与电机极弧系数有关,根据经验和仿真结果一般取k=1/6。
3.2 短路电流分析
开关磁阻电机绕组短路故障的二维有限元的分析方法的重点主要是以下3个参数:1)输出转矩;2)故障相的电流;3)短路线圈中的环流。
然而,只有在电机内部的过热温度达到一定的程度,参数环流才比较重要。假设相间是独立的,我们就可以对每一相进行独立的分析,各项参数标注如图2所示。其中,R1为非短路线圈电阻,R2为短路线圈电阻,R3为短路环流电阻,i1为相电流,i2为短路电流,i3为短路环流。
对于相电流i1不变的情况下,极间绕组部分短路的电路中,磁通量减少,主要有两个原因:1)能够产生磁通量的有效线圈减少了;2)短路线圈中的电流i3抑制了磁通量的增加,类似于变压器的短路副边。出于这两个原因的考虑,磁共能及输出转矩如下:
式中:θ为转子位置;Nact为未短路的线圈;Φk为未短路线圈的耦合通量。
由式(8)可以看出输出转矩减小。
在电流控制模式下,无论是否存在短路,平均相电流都要控制到正常电流。短路故障发生时,电机是有可能正常运行的,但是输出转矩会减小。增大故障相和正常相电流可以弥补转矩的减小。在轻载闭环转矩控制系统中,只要电流没有达到功率变换器的极限,调整就是自动的,即它不要求故障检测。对于故障系统,也可以改变故障相和正常相的导通角,来获得最大的输出转矩。
在电压控制模式下,情况不确定。
由式(9)可知相电流i,是外加相电压V和由非短路线圈产生的耦合磁通Φk的函数。
由于电压是固定的,相间短路造成磁通削弱,相电流必然比正常电流大。磁通减小,电流增大,实际的输出转矩可能比正常情况要大。
短路线圈中的电流i3的方程如下:
式中:Nsb为短路匝数;Φ为穿过短路线圈的磁通量。
如果是极间完全短路,穿过短路线圈的磁通量只有其它部分产生,所以短路电路的电流是很小的。如果是部分绕组短路,短路线圈将被附近的非短路线圈磁化,短路相的磁通量是比较大的。短路线圈数目越少,产生的磁通量越大。
由式(10)、式(11)得:
上述方程第1项的电流i1是短路线圈电流和短路电流之和。最后一项是短路电路的环流,用icirc表示。如果用r表示单匝绕组的电阻,λ表示R2与r的比,icirc可以写成
相电流i1产生磁通Φ,短路线圈电流i3阻碍磁通的增加,Rm为磁路中变化的磁阻,则:
在短路线圈数目和非短路线圈数目的一个合适的比例下,icirc有一个最大的比例系数
经过进一步的实验,得出2个结论:第1,如果短路电阻R2不为零,最坏的情况(最大的短路电流)为不止一相短路;第2,当A,R2为0,同时Nsh为1时,达到最坏的情况。根据观察以及式(13),得最大的环流为
式中,Φ(N-1)为N-1匝非短路线圈产生的磁通。
由于是经验求出的公式,所以对于短路电流,只能给出一个比较大的上限。
4 仿真和实验结果
4.1 仿真结果
利用有限元软件一—flux2d和电子电路仿真软件包——simplorer,我们对开关磁阻电机进行了仿真。
我们进行了各种情况的分析,图3为极间完全短路的仿真图,图3a为故障发生电流图;图3b为短路故障发生连续运行的转矩图;图3c为故障发生关掉故障相的转矩图。8/6结构电动机开始运行,30ms之后,一相中的一极短路。
从相电流曲线看,直到故障出现大约7ms后,才出现电流的变化。非故障相的电流减小而故障相电流增加,转速略微升高。这是因为电机在电流模式下存在滞环控制。
从转矩图看,转矩不会有明显影响。所以绕组短路的情况下连续运行是可能的。更重要的是,和图3c的单相完全关断运行的仿真图比较,短路相连续运行时的转矩波动会更小,而且噪声和机械性能更好。
4.2 极间完全短路实验结果
图4、图5分别是对相同的8/6结构的电机,一极完全短路,在输入电压为36 V,输入电流分别为4.5 A,3.7 A,转速为3 000 r/min时电压控制和电流控制的实验结果。
短路线圈的电流i3是由故障相的非故障部分以及非故障相的正交磁化产生的。这种磁化大部分来自一相,其它相的磁化比较小。我们可以用关断短路相来证明i3是正交磁化产生的,如果完全关断短路相,因为相间耦合是很小的,所以故障相的电流很小。
4.3 部分绕组短路实验结果
第2组实验是针对单极间部分线圈短路的情况下进行。本次实验仍然用的是8/6结构的电机。每相由2个绕组串联,每极上一个绕组,每个绕组8匝线圈。如图6所示,图6a、图6b分别为输入电压为36 V,输入电流14.5 A时电压控制下的正常和两匝线圈短路的电流波形。
实验结果表明,当系统只有很少匝数短路时,电机输出的功率与正常值很接近,发生故障相的电流增加不多,但是电流波形会产生较大的尖峰电流,且发生短路的部位电流会导致短路点局部过热,有可能烧坏短路点。
在短路电路中,短路相导通开始和导通结束部分,电流有一个大的峰值(毛刺)。产生这些毛刺是因为短路线圈阻碍了磁通的增加或者减少,也就是说阻碍了电流的变化。高速的时候用有效电压来限制电流的增加,电流变化率就是有效电压的函数,这就是为什么在相同的输出功率的情况下,1 000 r/min的输入功率比3 000 r/min的输入功率相对增大的原因。在两种情况下,在导通的末端,电流的毛刺比较大,这是由于产生了反向的感应电动势。
5 结论
当部分相绕组短路时,有两种选择:关闭故障相或者故障相继续运行。表面上,故障相的继续运行是没有意义的。但是,如果相绕组的一部分短路,效率损失很小。由于该相其余部分仍是有源的,所以可以有较高的输出转矩。此外,当故障相继续运行时,转矩脉动就小得多。最后,这种方式由于可以避免零转矩区域而有助于启动。另一方面,满载时,在电压模式工作状态下,为了限制电流在额定值以内,需要减小电压。最后,应充分考虑机械装置的安全性能。
因此,从整体看,除了在特定条件下输出不平衡或产生较大电流,故障相的连续运行有好的效果。
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