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技术与市场技术应用２０１８年第２５卷第７期６ＲＡ７０直流电机故障的诊断与保养邱㊀斐ꎬ艾呢 阿卜力米提ꎬ王基明ꎬ杜海洋ꎬ常㊀泳(克拉玛依钻井公司ꎬ新疆克拉玛依８３３４００)摘㊀要:针对直流电机出现的故障进行分析ꎬ找到诊断的方法ꎬ为实际故障诊断提出解决方案ꎬ同时ꎬ做好电机保养ꎬ以减少直流电机故障ꎬ实现安全稳定的运行要求ꎮ关键词:６ＲＡ７０ꎻ直流电机ꎻ故障ꎻ诊断ꎻ保养ｄｏｉ:１０.３９６９/ｊ.ｉｓｓｎ.１００６－８５５４.２０１８.０７.０８２0㊀引言希望通过本文对直流电机故障的诊断与保养ꎬ能够达到减少事故发生的要求ꎬ帮助企业降低保养维护的成本ꎬ提升产量ꎬ达到稳定生产的要求ꎮ1㊀直流电机的故障及诊断方法１.１㊀直流电机一般故障直流电机绕组之中设置有两套绕组ꎬ这样会降低电动助力转向系统的可靠性ꎬ从而成为多源的故障系统ꎬ因为双余度永磁无刷滞留电子绕组之间存在耦合的作用ꎬ所以在实践之中就会存在一个故障对应多个故障的情况ꎮ另外ꎬ因直流电机短路故障信号相对微弱ꎬ难以发现早期的绕组匝间ꎮ针对中小型的永磁直流电机来说ꎬ一旦出现故障ꎬ如ꎬ直流电机工作电压超出４００Ｖꎬ那么能够承受４０００Ｖ高压的良好绝缘漆包线漆膜就会受到损坏ꎬ在实际的应用环节也会出现匝间短路的情况[１]ꎮ１.２㊀直流电机出现故障的原因由于出现频繁的转㊁停等操作ꎬ可能导致直流电机的电枢纽回路超越电压ꎬ引发绕组绝缘薄弱位置的绝缘膜被击穿的情况出现ꎬ引发绕组匝间短路的情况发生ꎮ直流电机在进行生产和安装的过程中ꎬ经过绕线环节㊁嵌线环节㊁多次搬运环节㊁排线环节等ꎬ很容易让直流电机的线圈导线漆膜直接划破电机ꎮ如果存在相对明显的直流电机多匝短路情况ꎬ就会让电机电流值出现异变ꎬ普通的电流检测是无法将这一问题查清楚的ꎮ１.３㊀６ＲＡ７０直流电机故障分析与诊断当出现一个故障或报警信息时ꎬ将在简易操作控制面板(ＰＭＵ)操作控制面板ＯＰ１Ｓ上显示ꎮ在ＰＭＵ上显示Ｆ加三个数字ꎬ红色ＬＥＤ(故障)亮ꎻ在ＯＰ１Ｓ上显示在工作下一行ꎬ红色ＬＥＤ(故障)亮ꎮ它总是显示一个现实的故障信息ꎬ而其他同时存在的故障信息被覆盖ꎬ多个故障信息仅在一定的工作状态下被激活ꎮＦ００１电子版电源故障ꎻＦ００４电源电路板缺相故障ꎻＦ００５励磁板故障ꎻＦ００６欠电压故障ꎻＦ００７过电压故障ꎻＦ００８㊁Ｆ００９进线电源频率故障ꎻＦ００１１㊁ＧＳＳＴ１电报故障ꎻＦ００１２㊁ＧＳＳＴ２电报故障ꎻＦ００１３㊁ＧＳＳＴ４电报故障ꎻＦ０３０电枢电流过大导致脉冲封锁ꎻＦ０３１速度调节器监控ꎻＦ０３８超速ꎻＦ０４０故障激活ꎻＦ０４２测速机故障ꎻＦ０４６模拟可设置输入故障ꎻＦ０４８编码器故障ꎻＦ０５０优化不通过ꎻＦ０５２优化中断ꎻＦ０６２内部存储器故障ꎮ①Ｆ０６７整流器冷却故障:整流器温度过高ꎬ监测温度传感器损坏ꎬ风机损坏ꎮ如果一上电就报ꎬ说明整流单元上的测温元件损坏ꎮ②面板开启后无显示:如果是报Ｆ００１那么会是电枢电源中的相电压故障ꎬ励磁回路ꎬ堵传ꎬ无电枢电流流过等ꎬ如果没有显示ꎬ表明显示板有问题ꎬ和内部连接线(白的长条)出故障ꎮ③Ｆ０３０和Ａ０３１:这个现象比较多ꎬ检测是几号故障ꎬ１号故障要检查进闸管和整流桥ꎬ２号故障是指电流峰值过大ꎬ这个其实不存在的ꎬ可屏蔽ꎬ３号故障是电机的绝缘不好ꎬ或是过热ꎮ④Ｆ０３８:这个可能是参数设置有问题或者是有外力带动电机超速ꎮ⑤Ｆ０６１可控硅检测故障(注意故障值)应对办法:查看ｒ０４７中显示的故障值ꎬ从而判断是哪组可控硅出现的故障ꎮ也可以使用万用表进行测量ꎮ⑥Ｆ０４０:这个故障只有两个可能ꎬ一个是以前的故障没有解决掉ꎬ还要继续查看这个故障ꎬ一种就是没有复位ꎮ⑦Ｆ０５８:参数不对ꎬ这个设备如果前面一直在使用ꎬ就不会有这个问题ꎬ最大的可能是ＣＵＤ１板换坏了ꎮＣＵＤ１是控制开关量和模拟量输入输出的ꎬ要是它坏了ꎬ触发板也会损坏ꎬ尽量不要更换触发板来试验ＣＵＤ１板的好坏ꎮ还需要检查ＣＵＤ１的Ｍ点是不是有问题ꎮ2㊀直流电机的保养方法经过上述对直流电机故障的诊断分析ꎬ直流电机的具体保养需要提升直流电机的正常运行工作效率ꎬ作为工作人员ꎬ需要严格按照电机的操作规范来监视电机的运行情况ꎬ诊断电机故障ꎬ并且定期做好检查ꎬ不但可以减少故障的发生率ꎬ同时可以消除直流电机的一部分毛病ꎬ确保直流电机能够安全可靠运行ꎮ做好直流电机的日常维护保养ꎬ可以提升电机的寿命一级运行效能ꎬ这样也可以避免运行之中的直流电机出现故障ꎮ尤其是适当排除不正常的现象ꎬ定期巡回检查直流电机ꎬ就可以认真分析直流电机的诊断故障ꎬ并且采取相应的对策ꎬ减少事故的次数ꎬ提升直流电机的运行效率ꎬ防范运行中电机出现短路㊁过载㊁断相等情况ꎬ节约电机的维修成本ꎬ创造客观的经济效益ꎮ3㊀结语通过对直流电机诊断方法的分析ꎬ可以知道一般故障以及相应诊断方法与意义ꎬ同时也可以明确直流电机保养的意义ꎮ相关工作人员需要严格遵守操作规范ꎬ进行正确操作ꎬ对电机进行定期㊁有序的维护保养ꎬ及时处理运行过程中出现的直流电机故障ꎬ能适当延长电机工作寿命的同时ꎬ带来可观的经济效益ꎮ参考文献:[１]㊀陈辉.轧钢直流电机常见故障及相应维护措施[Ｊ].福建质量管理ꎬ２０１５(１２):１５２.５７１。
三相永磁同步电机故障诊断与分析随着近年来环境污染和能源短的日益突出，世界各国开始相继重视这两个问题，并提出对策。
永磁同步电机作为一种高性能的交流电机，因其具有体积小，可靠性高，功率因数和功率密度高高，效率高等优点。
永磁同步电机的运行范围很宽，可以在其额定功率数值 25%-120%的范围内保持很高的运行效率，完全能够适应负载变化比较大的场合。
因此，永磁同步电机的发展和推广使用，将能够极大满足当今社会工业对高效电机的需求。
但与此同时，电机作为一个能够实现机电能量之间转换的系统，它的结构是由定子，转子，和轴承等电气系统和机械系统组成，其总体结构较为简单。
但电机工作时，具有复杂的机电能量转换过程，在长期运行中，受供电情况、负载工况和运行环境的影响，某些部件会逐渐失效，损坏。
电机的工作原理都是基于电磁理论，主要由电路（绕组）和磁路（铁芯）两大部分组成，其主要故障类型有绕组断线、绕组过热、匝间短路、绝缘老化、铁芯变形及电机转子偏心等，永磁同步电机因其转子上还装设有永磁体，还可能发生永磁体的不可逆退磁故障，总体来说，电机故障种类繁多，原因复杂。
电机集电气与机械部件于一体，加之处于高速运转状态中，故障征兆呈多样性，既有电气故障特性，又有机械故障特性；既有电气量(电压、频率、电流、功率等)，也有非电气量(热、声、光、气、辐射、振动等)。
2. 电机的有限元分析模型将 RMxprt 模块中建立的电机模型导入 Maxwell 2D 中进行有限元仿真计算。
电机的主要参数如表 1 所示：2.1 空载特性分析首先，有限元分析了该电机模型的空载特性，包括求解空载反电动势，反电动势的谐波含量，气隙磁场中的径向磁密分布。
永磁同步电机空载时，由于电枢电流很小，电机内仅有永磁体所建立的永磁磁场(主磁场和漏磁场)。
空载反电动势是永磁同步电机的一个非常重要的参数，E 0 的大小对电机的动、稳态性能都有很大的影响，合理地设计电机的E 0 可以降低空载电流，提高功率因数和效率，降低电机温升。
永磁同步电机常见故障原因及分析1.1永磁同步电机故障类别电动汽车永磁同步电机的故障主要分为电机故障和电机控制器故障。
电动机是将电能转化为机械能，为车辆提供动力的关键部件。
这是一种典型的机电混合动力汽车。
任何系统出现故障或系统之间配合不当都会导致电机故障。
因此，电机故障比其他设备的故障更复杂，电机故障诊断涉及的技术范围更广。
此外，电机运行还与它的负载条件和环境因素有关，电机在不同的运行状态下，故障状态的表现是不同的，这进一步增加了电机故障诊断的难度。
一般来说，电机故障可分为过热故障、机械故障、电气故障。
1.1.1电机故障过热故障：当电动汽车频繁的过载，长时间大转矩输出，会使得电机的温度迅速上升从而使得温度过高长期发生此类现象会导致定子绕组间或匝间的绝缘层损坏，发生转子磁力消失故障和相间匝间短路等故障。
并且还由于在恶劣的工作环境下，可能会有未知的导体异物进入电机内部，导致电机发生单相甚至多相接地故障，由于这些因素导致电机的电源电压与绕组电压不稳定，过热故障就是电源电压不稳定导致电流过大定子绕组的热量上升，同时也包括机械上的原因产生的热量导致电机过热，电机的散热系统故障也是会导致电机过热。
机械故障：电动汽车中电机在开发设计的初期阶段有可能存在着设计结构或选择材料不合理，制造工艺未达标等情况，也可能电动汽车会行驶在超出预期的颠簸路段或处于一个高频率震动的工作环境中，使得电机的转子偏离平衡状态，轴承损坏弯曲，从而导致转子发生动静偏心等故障，这些故障都属于机械类故障。
而机械故障方面最为常见而且最主要的有定子铁心损坏、转子铁心损坏、轴承损坏和转轴损坏，其故障原因为由振动、润滑不充分、转速过高、静载过大、过热而引起的磨损、压痕、腐蚀、电蚀和开裂等；电气方面的故障则主要是定子绕组故障与转子绕组故障，故障原因包括电动机绕组接地、短路、断路、接触不良等。
电气故障：电气故障主要包括以下几类:IGBT故障、输入电源线和接地线故障、整流二极管短路、直流母线接地错误、直流侧电容短路、晶闸管短路、温度超限报警、相电流过流、过电压以及欠电压等高压电气系统故障。
永磁同步电机故障诊断研究综述永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor，PMSM）是一种高效率、高功率因数的电机，由于其具有较高的控制精度和动态性能，被广泛应用于机械传动系统中。
然而，由于各种原因，永磁同步电机在实际运行过程中可能会出现各种故障，这些故障可能会导致其性能下降甚至完全失效。
对永磁同步电机的故障诊断研究非常重要。
本文将对永磁同步电机故障诊断领域的研究进行综述，并从以下几个方面进行讨论和探究。
一、故障分类和特征提取永磁同步电机的故障可以分为转子故障（如短路、断条等）、定子故障（如匝间短路、绝缘损坏等）以及电源故障等。
在故障诊断过程中，正确分类和提取故障特征对于准确判断和定位故障非常关键。
为此，研究者们通过分析电机的运行状态、电流、振动等多种信号，提出了各种故障特征提取方法，如时域分析、频域分析、小波变换等。
二、故障诊断方法和算法针对永磁同步电机故障诊断的需求，研究者们提出了多种故障诊断方法和算法。
其中，基于模型的方法通过建立电机的数学模型，利用状态估计和滤波技术来实现故障诊断。
基于信号处理的方法则是通过对电机输出信号进行处理和分析，提取其中的故障信息。
还有基于人工智能算法的方法，如神经网络、遗传算法、支持向量机等，这些方法通过学习经验数据，能够自动识别和判断故障。
三、故障诊断系统的设计与应用将故障诊断方法应用于实际永磁同步电机系统中，需要设计和搭建一个完整的故障诊断系统。
这个系统包括传感器采集模块、信号处理模块、故障特征提取模块、故障判断模块等多个部分。
通过将这些模块进行集成和优化，可以实现对永磁同步电机故障的实时监测和诊断。
四、未来研究方向和挑战尽管在永磁同步电机故障诊断领域已经取得了一些进展，然而仍然存在一些挑战和需要进一步研究的问题。
故障特征提取方法需要更高的精度和鲁棒性；故障诊断系统需要更加智能和可靠；故障诊断算法需要更高的效率和实时性。
永磁同步电机故障排除及诊断流程分析综述目录永磁同步电机故障排除及诊断流程分析综述 (1)1.1电机过热故障诊断方法及检修 (1)1.1.1定子绕组短路故障诊断及检修 (1)1.1.2铁心过热故障诊断及检修 (3)1.1.3机械过热故障诊断及检修 (4)1.2永磁同步电机无法转动故障诊断及检修 (5)1.2.1永磁同步电机无法转动故障诊断方法及检修 (5)1.2.2电机控制器故障诊断及检修 (6)1.1电机过热故障诊断方法及检修1.1.1定子绕组短路故障诊断及检修诊断方法：(1)外部观察法。
观察接线盒、绕组端部有无烧焦，绕组过热后留下深褐色，并有臭味。
(2)探温检查法。
空载运行20分钟(发现异常时应马上停止)，用手背摸绕组各部分是否超过正常温度。
(3)通电实验法。
用电流表测量，若某相电流过大，说明该相有短路处。
(4)电桥检查。
测量个绕组直流电阻，一般相差不应超过5%以上，如超过，则电阻小的一相有短路故障。
(5)短路侦察器法。
被测绕组有短路，则钢片就会产生振动。
(6)万用表或兆欧表法。
测任意两相绕组相间的绝缘电阻，若读数极小或为零，说明该二相绕组相间有短路。
(7)电压降法。
把三绕组串联后通入低压安全交流电，测得读书小的一组有短路故障。
(8)电流法。
电机空载运行，先测量三相电流，在调换两相测量并对比，若不随电源调换而改变，较大电流的一相绕组有短路。
短路处理方法：(1) 短路点在端部。
可用绝缘材料将短路点隔开，也可重包绝缘线，再上漆重烘干。
(2)短路在线槽内。
将其软化后，找出短路点修复，重新放入线槽后，再上漆烘干。
(3)对短路线匝少于1/12的每相绕组，串联匝数时切断全部短路线,将导通部分连接，形成闭合回路，供应急使用。
(4)绕组短路点匝数超过1/12时，要全部拆除重绕。
定子绕组接错故障诊断方法及检修：(1)滚珠法。
如滚珠沿定子内圆周表面旋转滚动，说明正确，否则绕组有接错现象。
(2)指南针法。
如果绕组没有接错，则在一相绕组中，指南针经过相邻的极(相)组时，所指的极性应相反，在三相绕组中相邻的不同相的极(相)组也相反;如极性方向不变时，说明有一极(相)组反接;若指向不定，则相组内有反接的线圈。
电力系统变电运行中常见故障与处理分析刘兰摘要：随着社会的不断发展，电力行业将会成为一个不老的行业，因此保护电力系统的稳定性和促进我国电力发展有着鲜明的现实意义。
针对变电运行中常见的故障进行分析，并结合实际情况，制定合理的故障处理策略，从而促进故障的顺利处理，提高电力系统的安全性、稳定性和可靠性，降低电力企业的运营成本，促进电力企业的经济效益与社会效益的获取。
本文就针对电力系统变电运行中常见故障与处理进行分析。
关键词：电力系统；变电运行；常见故障；处理分析1电力系统变电运行故障处理的原则变电运行在实际的运行过程中，故障是在所难免的，因此需要强化变电运行的故障处理工作。
在实际的变电运行故障处理时，需要遵循相关原则：1）变电运行出现故障时，现场工作人员需要尽可能的保持镇静，及时切断故障点的电源，避免故障的进一步扩大。
2）故障处理时，工作人员需要综合的对故障进行分析，合理的对故障进行判断。
3）加强故障设备的记录工作，针对故障的时间，故障点进行有效记录。
为今后的故障处理提供参考。
4）故障检测人员，需要及时的到达故障现场，并做好相关防护措施，避免安全事故的发生。
以下为某变电运行的相关参数。
2造成电力系统变电运行故障的原因2.1人为因素电力企业工作人员综合素质不过关是造成变电运行故障的主要原因。
具备丰富经验的电力维护人员才能更好的对电力系统进行故障的诊断与维修，但是现阶段电力企业工作人员普遍存在着经验不足的现象，工作人员无法及时的对电力系统变电运行故障的原因进行准确的判断，不仅会错过最佳的维修时期，还会增加故障排除的时间，严重阻碍了电力系统的正常运行。
2.2管理因素电力企业运营的核心就是电力系统的管理，有助于电力企业的可持续发展。
但是，很多电力企业都将工作重点放在提高经济建设上，忽视了对电力系统的安全管理，增加了电力系统变电运行过程中的安全隐患。
首先，电力企业安全管理工作人员的专业素质比较低，没有经过相关技能培训。
永磁直流电动机故障检测与智能诊断装置
刘曼兰;寇宝泉;崔淑梅
【期刊名称】《微特电机》
【年(卷),期】2005(033)009
【摘要】研发了一种基于电流分析的永磁直流电动机故障检测与诊断智能装置,整个装置以软件为系统核心,所需硬件设备极少.实验结果表明:该诊断装置能够快速、准确地对小功率永磁直流电动机的几种典型故障进行检测与诊断.
【总页数】2页(P19-20)
【作者】刘曼兰;寇宝泉;崔淑梅
【作者单位】哈尔滨工业大学,黑龙江,哈尔滨,150001;哈尔滨工业大学,黑龙江,哈尔滨,150001;哈尔滨工业大学,黑龙江,哈尔滨,150001
【正文语种】中文
【中图分类】TM33
【相关文献】
1.火控系统故障检测与智能诊断 [J], 樊水康;郭会兵;郭慧鑫
2.火控系统故障检测与智能诊断 [J], 樊水康;郭会兵;郭慧鑫
3.基于电流分析的永磁直流电动机故障检测与诊断 [J], 崔淑梅;刘曼兰;呼向东
4.基于参数估计和人工神经元网络的永磁直流电动机故障检测与诊断 [J], 刘向群;杨静;刘军;魏振忠
5.铜钪金属矿重载机械故障检测与智能诊断技术的研究 [J], 张国伟
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第37卷 第6期2005年6月哈 尔 滨 工 业 大 学 学 报JOURNAL OF HARB I N I N STI T UTE OF TECHNOLOGYVol 137No 16June,2005永磁直流电机故障诊断中电流信号分析与处理刘曼兰1,2,呼向东2,崔淑梅2(1.哈尔滨工业大学机电工程学院,黑龙江哈尔滨150001,E 2mail:lan -p@sina .com;2.哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院,黑龙江哈尔滨150001)摘 要:在分析永磁直流电动机空载电枢电流特征的基础上,综合利用傅里叶分析、小波分析和数理统计等多种信号处理手段从永磁直流电机的启动电枢电流和稳态电枢电流信号中提取电机的故障特征并对其进行了故障机理分析.实验提取的故障特征与理论分析的一致性表明,永磁直流电机电枢电流中包含了稳态电流的平均值i av 、稳态电流标准差i std 、电流脉动频率f w 、起动电流峰值i m 、峰值点电流变化率k 等5个主要故障特征,将这5个量确立为故障诊断的特征参数是可行的.关键词:永磁电机;电流分析;信号处理;故障诊断中图分类号:TP307文献标识码:A文章编号:0367-6234(2005)06-0836-03Curren t sgna l ana lysis and process used i n fault d i a gnosis of permanen t -magneti c DC m otorL I U Man 2lan,HU Xiang 2dong,CU I Shu 2mei(1.School of Mechanical and Electrical Engineering,Harbin I nstitute of Technol ogy,Harbin 150001,China,E 2mail:lan -p@sina .com;2.School of Electric Engineering and Aut omati on,Harbin I nstitute of Technol ogy,Harbin 150001,China )Abstract:Fault features have been extracted fr om the ar mature current by several signals p r ocessing means in 2cluding Fourier analysis,wavelet analysis and statistical methods after analyzing the ar mature current charac 2teristics of the l ow po wer per manent -magnetic,and then the faults mechanis m was analyzed .The consistency bet w een the results of experi m entati on and the theoretical analysis shows that the main fault features are in 2cluded in the ar mature current described as the f oll owing:average static current i av ,standard deviati on i std ,the frequency of static current f w ,the peak value i m of starting current and the sl ope k of vicinal peak value point .So it is feasible t o take these five para meters above -menti oned as characteristic para meters f or failure diagnosis .Key words:per manent -magnetic mot or;current analysis;signal p r ocessing;fault diagnosis收稿日期:2004-06-10.作者简介:刘曼兰(1971-),女,博士研究生;崔淑梅(1964-),女,教授,博士生导师. 电机故障特征提取的常用方法中.直接观察和测量法[1]多用于传统的电机故障诊断中,无法满足现代电机生产厂家大批量生产的要求;参数估计法[2]的难点是需要建立电机的精确的动态模型,还需要通过该模型准确辨识出电机的电磁参数,导致各种故障之间的故障特征不明;基于信号处理方法[3,4]回避了抽取研究对象数学模型的难点,在故障诊断方法的应用日趋广泛.大量故障电机的实验研究发现:小功率永磁直流电动机发生故障时,在其启动电流和稳态电流中会有所呈现[5].本文从分析永磁直流电动机电枢电流的特征入手[6],综合利用快速傅里叶分析(FFT )、小波分析和数理统计等多种信号处理手段从永磁直流电机的启动电枢电流和稳态电枢电流信号中提取出电机的故障特征,并运用该方法对实际电机进行了故障特征实验提取与理论分析.结果表明:本方法能够准确地提取小功率永磁直流电动机的生产线上几种典型故障的故障特征.1 永磁直流电机电枢电流信号分析永磁直流电动机电枢电流的瞬态响应为i a(t)=UR ae-t T M+1-e-t T M Ia.式中:U、ia 、Ra分别为电枢电压、电流、电阻;TM为电机的机电时间常数,且TM=JR a/C2(C为电机常数,J是电动机转子和同轴联接机构的转动惯量);Ia为永磁直流电动机电枢电流的稳态值,空载时Ia接近于零.本文研究永磁直流电动机的空载电枢电流,则上式可进一步简化为i a(t)≈URe-t T M.(1)111 起动电流分析由式(1)可知,起动电流下降的快慢与机电时间常数TM 有关,TM越大,电流下降越快.而TM又是由电机转动惯量J、电阻R和电机常数C所决定的.电机发生故障时,这些电磁参数必然会发生将在电机的起动电流中反映出来的变化.另外,由于换向的存在,无论是在稳态还是动态,永磁直流电动机的电流都存在脉动.随着电机转速的提高,脉动的频率和幅度都随电机转速的提高而提高.当t=0时,起动电流近似为ia(0)≈U/R.如果选取接近于t=0的某一时刻,将该时刻的电流近似认为im≈U/R,比较该时刻的电流可近似知道电阻的变化.由于起动电流按照指数规律快速下降,如果仅从起动电流的大小考虑,将很难提取出更多的故障特征.通过对多种故障电机的起动电流曲线观察可以发现,当电机发生故障时,起动电流下降速度往往发生不同程度的变化.由式(1)可得,电机起动过程峰值点附近电流变化速率约为k=-(UC2)/(JR2).(2) 112 稳态电流信号分析当电机发生故障时,一般情况下其稳态电流的直流分量大小要发生变化,这从稳态电流的均值上可以反映出来,稳态电流的均值可定义为i av=1N∑Nk=0i(k).式中:N为采样点数.当电机发生故障时,电机的转速也要发生变化,这从电流的脉动频率和脉动的幅度上体现出来.稳态电枢电流的脉动频率fw可通过FFT获得;电流的标准差体现了电流的幅值相对于均值的离散程度,也是电流信号纯波动(交流)分量的反映,因此,在很大程度上体现了电流的脉动幅度,稳态电流信号的标准差可定义为i std=1N∑Nk=0(i(k)-iav)2.因此,稳态电流的均值iav反映了电机电流的平均大小,其标准差istd反映了电机电流脉动的程度,电流频谱峰值对应的频率反映了电流脉动的频率f w,电机起动过程电流的峰值和峰值点附近的斜率分别反映了im和电流变化速率k的大小.将这5个量确立为故障诊断的特征参数.2 电流信号处理与故障特征实验提取与分析 以额定电压为18V,空载转速为20000r/ m in,最大功率为500W的小功率永磁直流电动机为实验对象,来具体说明如何利用傅里叶分析、小波分析和数理统计等多种信号处理手段从永磁直流电机的启动电枢电流和稳态电枢电流信号中提取出电机的故障特征.其具体方法如下:1)将电源电压设置为18V,采集电机在该电压下的起动电枢电流和稳态电枢电流,然后对采集到的电流利用小波包进行消噪处理;2)利用FFT求稳态电枢电流的脉动频率[7];3)求得稳态电枢电流的均值i av和标准差i std;4)采用db9小波,对起动电流进行9层小波分解,并对分解得到的第9层低频细节进行重构;5)利用最小二乘法原理,对重构的低频小波系数进行二次多项式拟合;6)求得拟合曲线的最大值i m;7)对二次多项式求导,求t=0时的导数k值.按照上述方法可得电机在正常状态下的电流信号处理波形图.其中,图1、2中的图(a)为稳态电流进行小波包消噪处理后的波形;图(b)为对小波包消噪处理后的稳态电流进行FFT变换后的波形;图(c)为起动电流进行小波包消噪处理后的波形;图(d)为对起动电流进行9层小波分解,并对分解得到的第9层低频细节进行重构后的波形;图(e)为利用最小二乘法原理,对重构的低频小波系数进行二次多项式拟合后的波形;图(f)为对二次多项式求导,求得t=0时的导数k的值.仅以永磁直流电机最常见的电刷磨损故障为例,采用上述电流信号处理的方法与步骤来提取电机故障状态的特征,并对其与正常状态的波形进行对比和故障机理分析.图2为电刷故障时的电流信号处理波形图.・738・第6期刘曼兰,等:永磁直流电机故障诊断中电流信号分析与处理图1 电机正常状态的电流信号处理波形图2 电刷故障时波形 与正常波形图对比可知,稳态电流的均值减小,但脉动幅度和脉动频率却比正常情况下有所增加;起动电流的最大值略有下降,且稍微变得平缓.机理分析:空载永磁直流电动机满足如下稳态电压平衡方程和转矩平衡方程:U =iR +CΩ,(3)C i =T f +C f Ω.(4)式中:T f 、C f 分别为电机摩擦转矩和粘摩擦系数.电刷的磨损和电刷与弹簧的压力减小,一方面会使得T f 减小,由式(4)可知:T f 减小会使得转速上升,转速上升会导致元件的运动电动势增加.由式(3)可知:元件的运动电动势增加会使得电枢电流减小.另一方面,电刷的磨损和电刷与弹簧的压力减小还使得电枢电阻增大,这也使得电枢电流(下转第844页)回复磁导率对吸合力矩的影响见图7.由图7可知,回复磁导率越大,吸合力矩也越大.但与图3相比较可看出,永磁工作点的改变对永磁力矩的影响远大于永磁回复磁导率对吸合力矩的影响.因此,在实际工作中可不考虑永磁回复磁导率对吸合力矩的影响.3 结 论1)极化磁系统永磁起始工作点越高,永磁力矩越大,当起始工作点上移到某一临界点后,永磁力矩增大的幅度变小,所以为了获得较大的永磁力矩(即零安匝的吸合力矩),应尽量减小永磁充磁时的外磁路磁阻,从而获得较高的起始工作点;同时,应采取必要措施减小外界干扰去磁磁场,防止永磁起始工作点的下移;2)永磁回复磁导率变大,极化磁系统的永磁力矩、极化力矩、电磁力矩也变大,但在磁导率的变化范围内对其影响很小,因此,在实际的工作中可不考虑永磁回复磁导率对吸合力矩的影响.参考文献:[1]K ARAS AWA K .Technol ogy in p lace for the m iniaturiza 2ti on,enhance sensitivity of polarized relays [J ].I EE,1989,36:2-4.[2]佟为明,翟国富.低压电器继电器及其控制系统[M ].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,1999.[3]翟国富,梁慧敏,郭成花,等.极化磁系统永磁力矩特性曲线形状的分析与研究[J ].电机工程学报,2002,22(11):110-114.(编辑 王小唯)(上转第838页)下降.当电机达到稳态时,有式(4)所示的转矩平衡方程.方程式左边电流略为减小,但方程式右边的干摩擦转矩下降明显,使得电机转速有所上升.电机转速上升,元件的运动电动势增加,使得电流脉动幅度和频率都增加.从电机起动过程的电流最大值的表达式(1)可以看出,当电枢电阻R 增大时,会使最大电流i m 降低.从起动过程峰值点附近的电流变化速率表达式(2)可以看出,当R 增大时,k 将减小,其下降程度有所减缓.3 结 论1)永磁直流电机的动、稳态电枢电流中包含的主要电机故障特征参数主要有稳态电流的平均值、稳态电流标准差、电流脉动频率、起动电流峰值、峰值点电流变化率.2)利用傅里叶分析、小波分析和数理统计等多种信号处理手段能较为准确地从电机电枢电流信号中提取小功率永磁直流电动机的故障特征.参考文献:[1] GI O VANN IB MASSI M O D A.Knowledge -based ap 2p r oach t o instru ment fault detecti on and is olati on [J ].I EEE Transacti ons on I nstru mentati on and Measure 2ment,1995,44(12):1009-1016.[2] L I U Xiangqun,Zhang Hongyue,L iu Jun .Fault detec 2ti on and diagnosis of per manent —magnetic DC mot or based on parameter esti m ati on and neural net w ork[J ].I EEE Transacti ons on I ndustrial Electr onics,2000,47(10):1021-1030.[3] W E N F,W I L LETT P,DE B S .Signal p r ocessing andfault detecti on with app licati on t o CH -46helicop ter data [A ].I EEE Aer os pace Conference Pr oceedings[C ].B ig Sky,MT,2000.15-26.[4] 胡昌华.控制系统故障诊断和容错控制的分析和设计[M ].北京:国防工业出版社,2000.[5] CU I Shu 2mei,L I U M anlan,CHA I Fen,et a l .The pa 2rameters and perf or mances test of DC mot or with no -l oading method[A ].The 3rdI nternati onal Sy mposiu mon I nstru 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