基于DSP和LabVIEW的电动机转子断条故障诊断
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发电机转子部件松动故障诊断及处理摘要:随着我国经济在快速发展,社会在不断进步,某厂4#汽轮发电机9#轴承轴向振动大,现场检查无异常,对发电机转子做好在线动平衡后,开机振动依旧大,取下所加平衡块再开机振动恢复正常,之后多次发生此类现象。
经过详细诊断分析,原因归结于发电机转子部件松动,将发电机转子送制造厂,对绝缘垫块进行了部分更换与固定处理,并做了转子高速动平衡,安装投运后机组运行正常。
关键词:发电机转子;部件松动;诊断;处理引言随着当代技术的迅速发展,发电机成为我们日常的生活中非常重要的角色,是电力系统中不可缺少的设备组成之一。
发电机长期运行产生的转子绝缘损坏老化或工作人员在工作中造成异物掉落等原因有可能造成发电机转子一点甚至多点接地,或者转子匝间短路,从而对发电机的正常运行造成严重的影响。
因此,我们一般通过对其转子进行相应的试验检测,通过试验数据波形等参数进行一定的分析。
包括与出厂数据、往年记载的数据进行对比,查找到引起转子异常因素等,为有效地开展检修工作提供了重要保障。
文章就发电机转子异常进行了一定的深入分析与探讨。
1测量发电机转子异常的新领域发电机圆柱转子励磁绕组的匝间短路会造成转子震动问题,这是由故障绕组中流过的不对称直流和功率损耗使转子发热弯曲造成的,匝间短路造成的气隙中的磁通行不平衡同样会加剧震动问题,通过震动的迹象来分析是否存在匝间短路往往不是很准确,还要配合前面介绍的众多试验手法联合判断是否存在故障。
随着技术不断地革新发展,通过一种脉冲示波器发出一系列的阶跃低压脉冲,从两个终端引入转子绕组,产生的反射信号在双通道示波器上接收到两个独立的波形,其中一条波形发转后与另一条波形叠加形成单独的波形。
如果在绕组中没有缺陷出现,两个波形将几乎是相同的;如果翻转其中的一个波形与另一条叠加可以得到一条近乎水平的直线,在直线的端部会有一个微小的尖瓣脉冲和一个几乎难以发现的起伏。
任何由于故障产生的明显的缺陷,会在合成波形上显示不规则,通过估算屏幕上异常出现的位置可以推断出故障所在的大致位置,在波形起始位置出现的大的不规则,是靠近绕组两端中任何一端的故障所导致的,更加直观有效的判定。
转机械转子不平衡故障诊断与处理大家好,今天咱们聊聊那个让人头疼的机械问题——转子不平衡。
你听说过“机器不听话”吗?没错,说的就是转子不平衡了。
就像人生病了要吃药一样,机器出了问题也得找原因,然后对症下药。
别急,我来给你说说怎么诊断和处理这个小毛病。
你得摸摸耳朵听听声音。
转子不平衡时,机器里那玩意儿“嗡嗡”直响,像是在抗议,告诉你它不舒服。
这时候,你得用听诊器仔细听听,是不是有节奏的声音?要是有,那就得查查了。
咱们得动动手,摸摸转子。
用手指轻轻转一转,感受一下它的震动。
如果感觉不对劲,那可能就是转子不平衡了。
这时候,你可得小心点,别让自己也受伤了。
然后,咱们得看看转子有没有变形。
找个放大镜或者手电筒,照一照转子表面,看看有没有什么异常。
如果有,那可能就得换个新转子了。
别忘了检查一下润滑系统。
转子不平衡可能会让轴承发热,影响润滑效果。
所以,检查的时候别忘了看看轴承是不是热乎乎的。
现在你知道该怎么处理了吧?别急,让我来给你细说一下。
你得把设备停下来,找个安全的地方。
然后,按照说明书上的指示,拆开转子,检查一下轴承和转子本身。
要是发现问题,赶紧修或者换。
要是没发现问题,那就继续用吧。
但是,别高兴得太早。
转子不平衡可能是个大问题,需要更专业的设备和技术来解决。
这时候,你就得请个专家来帮忙了。
记得定期给设备做个“体检”。
这样,一旦发现问题,就能及时发现,避免更大的损失。
关于转子不平衡的问题,今天就聊到这里。
你要是遇到类似的问题,不妨试试我的方法,说不定能帮你轻松解决问题呢!记得关注我哦,下次再见!。
一种感应电机转子断条早期故障诊断方法吴立泉; 刘永强; 梁兆文【期刊名称】《《电机与控制应用》》【年(卷),期】2019(046)009【总页数】10页(P101-110)【关键词】感应电机; 故障诊断; 转子断条; 参数辨识; 滑窗【作者】吴立泉; 刘永强; 梁兆文【作者单位】华南理工大学电力学院广东广州 510000【正文语种】中文【中图分类】TM3460 引言感应电机具有结构简单、价格低廉等优点,广泛应用于工业领域。
对于连续工艺流程部门,一旦感应电机发生故障,造成的经济损失往往会超出驱动电机本身的价值。
统计表明,在感应电机的四大类故障中,转子故障占10%,因此感应电机转子故障诊断是不可忽略的一部分。
国内外对感应电机转子故障已经进行了大量研究。
在国内,转子故障诊断方法分为3类:(1)基于信息处理的方法;(2)基于知识的方法;(3)基于解析模型的方法。
文献[1-3]用瞬时功率频谱分析对电机转子故障进行诊断。
文献[4-5]用Park矢量法来检测电机转子故障,但在故障早期存在椭圆率度量难等问题。
文献[6]利用定子电流作Park变换后的频谱特征来诊断转子故障。
文献[7]在去除定子电流信号基波信息的基础上,提出了基于互相关函数(CCF)的CCF-HTLS算法,旨在抑制定子电流中可能出现的高斯噪声产生的影响。
针对传统快速傅里叶变换(FFT)只考虑频谱低频段的特征,文献[8]对定子电流进行倍频小波分析,同时考虑频谱的低频段和高频段特征。
文献[9-12]利用数据融合方法诊断感应电机故障,以期解决依靠单一信息进行电机诊断结果的不足。
文献[13]基于电机振动故障信号,利用遗传小波神经网络进行电机故障诊断。
文献[14-15]引入鼠笼断条的空间位置角和断条率来建立dq0坐标系下的故障模型,通过参数估计的方法来对电机定转子故障进行诊断,但存在故障早期特征不明显的问题。
上述方法对感应电机转子断条早期故障的识别准确率不高,就常用的定子电流特征分析法而言,发生转子断条时,定子电流中会出现基频周围的边频带,特征频率是fb,fb=(1±2ks)f1,s为转差率,f1为电网频率。
2020年第3期梅"科技・47・探讨§鼠笼转子断条的测定及诊断王维1冷祥洪2尹春娇1(1.梅山钢铁公司设备分公司2.梅山钢铁公司设备部南京210039)于三 步电动机来说,鼠笼故障(统计,故故的10%)。
笼裂后继续使用会使断裂笼条周边笼条的应力增大,故大,电机烧坏。
严重时,由于膛而擦伤铁芯,机报废。
因此,在故生的早期,把故障检安全生产具有重。
1鼠笼转子断条静态检测技术1.1基本原理电感测量数据与转子位置有关。
将一周细12(18#24#36)等,,每个位别每两相()电感量3,利用Excel绘制图形。
电感波形应为三相电压的同步波形,正弦波,生畸变,则表故障。
1.2实操选鼠笼高压电机与铸铝导条鼠笼转子低压电机分别开。
1.2.1针对铜导条鼠笼转子高压电机试验选取2鼠笼高压电机进行对比,参数1。
表1铜导条鼠笼转子高压电机断条研究序号号电压/V率/kW状况1YKK450-410000355良好2Y450-86000355人为锯断2根相邻导条1.2.1.1试验操作过程1)设计一种“轴头磁吸”用于计量(底及刻度针用黑色橡胶磁片,刻5。
为,沿周360°均布)o较于传统用记号笔在轴头上刻,使用“轴磁吸式分度盘”,劳动效率及计量精大幅提升。
2)将“轴磁吸”吸附轴端面,差(本证试选择的差为20。
),用TH2822E手持LCR量电感,见图1°图1铜导条鼠笼转子高压电机电感测量3)将测量数ExceB,而利用Excel具备的“带数忆的图”转换能,将数据绘形图。
试验对象1(YKK450-4,10000V,355kW),电感测量数据见表2,形图见图2;2(Y450-8,6000V,355kW),感测量数3,形图图3o表2YKK450-4,355kW,10000V量数据角度3/mH角度3/mHAB AC BC AB AC BC 0303.3305.9315.8180301.0305.9314.5 20312.6299.9310.1200312.5299.5310.2 40314.3304.7302.7220313.6304.7301.5 60306.6314.8301.3240306.7315.4301.0 80300.6312.6311.7260299.8310.4307.9 100305.5301.8314.3280304.2301.6313.2 120314.1301.1305.7300313.5301.1304.6 140311.5312.8299.9320309.6311.9299.1 160301.6314.2305.4340301.5314.8307.3 1.2.1.2试验结论1(状态完好)三相电感绘波形近似为正弦波;2(人・48・梅"科技2020年第3期为断开2根笼)三电感随转子角度变换测绘波形发生较严重畸变。
鼠笼转子断条故障的判断及检修小型电机多是采用铸铝转子,大中型电机多采用铜条转子。
鼠笼转子断条及断环,总称为断笼或断条。
断条是指鼠笼中有一根或数根断裂或有严重气泡,而断环则是指端环中有一处或几处开裂。
通常鼠笼转子比较坚固结实,不易损坏,但当铸铝或铸铜鼠笼转子制造工艺粗糙、质量不良或设计不合理,频繁启动及操作不当时,急促、猛烈的正反转将造成剧烈的冲击,导致鼠笼发生断条故障。
鼠笼式电机若转子只断条一或两根,对电机运行暂无明显影响,而断条严重则影响电机正常运行。
电机鼠笼转子断条严重时,将出现下列现象。
1.电机启动转矩明显降低,停车后再次启动时,电机剧烈震动,启动困难,开启式电机会从通风道内溅出火星等。
2.电机运行时,电流表指针明显做周期性摆动,高速电机指针抖动。
3.带载时转速明显降低,转子过热,机身剧烈震动,温度增高,并有较大周期性嗡嗡声。
鼠笼转子发生断条故障时,通常采用以下方法进地检查。
1.外观检查铸铝鼠笼转子的断裂点多发生在槽轴向长度的中心附近,而铜条转子的断裂点则多发生在笼条与端环焊接处,若系双笼转子其故障点多是出在上笼部位。
此时,取出鼠笼转子,检查铁芯表面,笼条与端环交接处若有变色或过热及裂纹,即表明该处断条。
2.更换转子检查更换转子检查虽简单易行,但需更换上同型号良好转子进行试运转。
如果更换转子后,电机运行一切恢复正常,则说明原鼠笼转子存在断条故障。
3.通电检查在定子绕组中通入约为额定电压10%的低压电流,在一相中串入电流表,用手慢慢地转动转子,此时电流表的读数若不稳定,大小循环变动,即表明转子有断条故障。
4.铁粉检查鼠笼转子两端加低压大电流,调节调压器,使电压从零逐渐升高,待升流器的电流逐渐增大时,转子表面即产生磁场,随后把铁粉撒在转子上。
若铁粉一行行地沿着笼条方向整齐排列,表明转子完好无损。
如果铁粉排列杂乱无章,或铁粉撒不上去,说明转子存在断条故障。
5.整机检查在定子三相绕组中通入50~60V的低压电,以转子不能自转为准,之后用手缓慢转动转子。
鼠笼型电机转子断条故障的解决措施(1)鼠笼型转子断条故障现象及其产生的原因转子断条会使电动机启动困难,电动机运转时发出强烈的周期性电磁噪声和振动,三相电流表指针抖动,电动机带负荷能力降低,转速下降。
产生转子断条的原因有:制造质量差;电动机启动频繁;操作不当;频繁作正、反转运行等造成剧烈冲击而致使转子损坏。
(2)转子断条的检查方法转子断条的检查方法如下:①外观检查法在电动机运行时,假设转子及定子的间隙处有火花出现,那么说明转子有断条现象。
也可以通过观察电流表指针有无抖动、电动机转速和带负荷能力等加以判断,然后抽出转子,寻找断路点。
②电流检测法用三相调压器对定子绕组施加低压电源进展检查〔额定电压为380V的电动机,可施加100V左右的电压〕。
在一相中串入一只电流表,用手使转子慢慢转动,如果转子鼠笼条是完好的,那么电流表只有均匀的微弱摆动;如果转子断条,那么电漉表就会出现指针突然下降的现象。
③用探测器检查将电动机拆开,取出转子,用电磁感应法测定转子断条位置。
如果鼠笼条是完好的,那么毫伏表读数较小;如果转子断条,那么读数将变大。
④用铁粉检查在转子两端环上通入低压大电流,将铁粉撒在转子外表。
由于电流通过鼠笼条产生磁场,将吸引铁粉。
如发现某一根鼠笼条周围铁粉很少,那么该处即为断条。
(3)处理方法根据断条的不同情况,采取不同的修理方法。
①如果是铜条,并且断条发生在端部〔槽内局部不易断裂〕,可在断裂处打成坡口,用银焊焊接。
焊接前应用水浇湿的耐火石棉等物将铁芯保护好,以免高温烧伤铁芯。
②如果是铸铝转子,且断条较多不能使用,可将铝条熔化后再重新铸铝或换为紫铜条。
熔铝前先车掉两端的铝端环,用夹具将铁芯夹紧。
熔铝的方法可以用工业烧碱〔氢氧化钠〕来腐蚀铝条,将转子浸入浓度为10% - 30%的碱液中,然后将碱液加热到80—100℃。
直至铝条熔化为止〔一般需经7~8 h〕,然后取出转子用水冲洗,并立即投入到浓度为0.25%的工业用冰醋酸溶液中煮沸,以中和剩余碱液,再放入开水中煮沸1~2 h,取出后用水冲洗再烘干。
一种新型电动机转子断条故障诊断方法
徐懂理
【期刊名称】《工矿自动化》
【年(卷),期】2015(41)9
【摘要】针对传统的谱分析理论存在因加窗和截断造成频谱泄漏、谱分析困难等问题,提出了一种基于AR模型和LMS自适应陷渡的电动机转子断条故障诊断方法.该方法采用LMS自适应陷波滤除定子电流基波分量,再进行AR参数模型谱估计,可精确检测出故障特征量的幅值和频率,为电动机转子断条故障的检测提供了一条新途径.
【总页数】5页(P49-53)
【作者】徐懂理
【作者单位】南京工程学院电力工学院,江苏南京211100
【正文语种】中文
【中图分类】TD614
【相关文献】
1.笼型异步电动机转子断条故障诊断方法综述 [J], 孙建元;戴鹏;伍小杰;邢文涛
2.一种新型的笼型异步电动机转子故障在线监测和诊断方法 [J], 刘振兴;张哲;尹项根;吴杰余
3.笼型异步电动机转子断条故障诊断方法 [J], 田慕琴;王秀秀;宋建成;吝伶艳;李传扬;张福亮
4.基于SVM与D-S证据理论的异步电动机转子断条故障诊断方法 [J], 焦露琴;姚
奇;杨丽
5.三相鼠笼式异步电动机转子断条故障程度的诊断方法 [J], 刘振兴;尹项根;张哲;谢德华
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异步电机转子故障诊断综述摘要:笼型异步电机的故障主要包括定子铁芯故障、绕组绝缘故障、转子故障等,其中以转子故障最容易发生。
异步电机转子断条故障检测与诊断可从信号检测、信号处理、诊断方法三方面入手,本文对当前异步电机转子故障的诊断方法进行总结,简单指出各种方法的不足之处及发展方向。
关键词:异步电机转子故障诊断方法1.异步电机转子故障诊断的主要方法本文从异步电机转子故障检测与诊断所涉及的信号检测、信号处理、诊断方法三方面入手,选取三方面中具有代表性的三种方法着重介绍,并对当前异步电机转子故障诊断的研究成果进行总结与分析。
[1]1.1信号检测方法1.2信号处理方法1.3故障分类方法1.3.1神经网络法。
人工神经元的信息处理分三个部分,首先完成输入信号与神经元联接强度内运算,然后再将其结果通过激活函数(如Sigmond函数),再经过阀值函数判决,如果输出值大于阀值,则该神经元被激活否则处于抑制状态。
神经元按一定模式连接成网络型,神经元之间的连接权值的大小反应信号传递的强弱。
1.3.2专家系统。
专家系统是一个具有大量的专门知识与经验的程序系统,它应用人工智能技术和计算机技术,根据某领域一个或多个专家提供的知识和经验,进行推理和判断,模拟人类专家的决策过程,以便解决那些需要人类专家处理的复杂问题,简而言之,专家系统是一种模拟人类专家解决领域问题的计算机程序系统。
2.各种故障诊断方法的缺陷(1)电流分析法。
但此方法对发现电动机初期两根以内导条断裂故障的灵敏度较低,就是说无法在故障的早期尽早地发现断条的产生,尚有待于进一步改进检测仪系统精度和频率分辨率。
(2)失电残压法。
这种方法克服了其它监测方法在电源不平衡及电机磁饱和等影响下的不准确性,但该方法必须在断电条件下进行,无法实现在线诊断和早期诊断,这使得该方法的运用受到一定的限制。
(3)自适应滤波法。
当特征值离散较大时,自适应过程收敛速度较慢。
人们研究将自适应算法推广到递归型结构,但由于递归型结构自适应算法的非线性,自适应过程收敛性质的严格分析尚待探讨,实际应用尚受到一定限制。
基于Duffing系统和扩展Prony算法的异步电动机转子断条故障检测许伯强;王志远【摘要】针对异步电动机经常发生的转子断条故障,提出一种Duffing系统与扩展Prony算法相结合的检测方法.利用Duffing系统对初始参数的敏感性准确提取定子电流信号中的故障特征分量,但Duffing系统无法对故障特征分量幅值进行有效估计.为解决该问题,提出利用扩展Prony算法确定各故障特征分量的幅值和初相角.仿真和实验结果表明所提方法切实可行,且算法简单、结果直观.【期刊名称】《电力自动化设备》【年(卷),期】2018(038)009【总页数】6页(P187-191,197)【关键词】异步电动机;Duffing系统;扩展Prony算法;转子断条故障;检测【作者】许伯强;王志远【作者单位】华北电力大学电气与电子工程学院,河北保定071003;华北电力大学电气与电子工程学院,河北保定071003【正文语种】中文【中图分类】TM307+.10 引言异步电动机以其结构简单,制造、使用和维护方便,运行可靠,成本较低等优点,被广泛地运用到生活以及生产中。
所以,异步电动机故障将会对生产产生重大影响。
在异步电动机所发生的故障中,转子断条是较常出现的一种故障。
发生转子断条故障的异步电动机出力下降,严重时会出现“扫膛”,损坏定子铁芯、绝缘,加剧电机损坏程度。
文献[1-3]指出,发生转子断条故障的异步电动机的定子电流中会出现特征分量——(1±2s)f1频率分量(s为转差率,f1为供电频率)。
该分量常被称为边频分量,即主频分量。
所以,通过分析定子电流信号、提取定子电流信号中的特征频率分量实现异步电动机转子断条故障的检测是工程上一直在使用的经典非侵入式检测方法。
如文献[4-5]中所提到的异步电动机转子故障检测方法都是在频域方面提取特征故障分量,文献[6]利用Park矢量法检测异步电动机转子断条,文献[7]中引入的复杂度分析方法只是在早期故障的检测中效果较好。
异步电动机转子断条故障检测的小波脊线方法摘要:对异步电动机转子发生断条故障后所产生的特征频率分量进行了分析,揭示了其在起动过程中的变化过程,提出了在起动过程中检测转子断条故障的小波脊线方法。
关键词:异步电动机转子断条故障检测小波脊线Method for Detecting Asynchronous Motor Rotor Bar Breakage Fault Using Wavelet RidgeZHANG Ya-QiongAbstract:This paper analyzes the characteristic frequency component of asynchronous motor rotor bar breakage fault and indicates it’s changing process during starting process,the wavelet ridge detection method of rotor bar breakage fault in start-up period is presented.Keywords: asynchronous motorrotor bar breakage faultdetection; wavelet ridge1 引言异步电动机的起动过程是一个很复杂的非稳态的暂态过程,小波变换具有优良的时频局部化性能,适合于非稳态信号的分析[1]。
因此,小波脊线方法可作为电机转子故障诊断中比较理想的信号处理工具。
2 起动状态下异步电动机转子断条故障检测的小波脊线方法2.1 定子电流中的转子断条故障特征分量理想的电动机的定子电流的频率是单一的,即只有电源频率的电流存在。
但是当转子回路出现断条故障时,在定子电流频谱图上,与电源频率相差二倍的转差频率的位置上将各出现一个边带,这一现象已为英国Hargis等学者所推论证实[2] [3]。
基于LabVIEW的万能式断路器故障在线诊断系统杜太行;于晗;孙曙光;张强;赵黎媛;王岩;郝静怡【期刊名称】《仪表技术与传感器》【年(卷),期】2016(000)012【摘要】为实现对万能式断路器分合闸故障的非侵入式检测,设计了一种基于LabVIEW的万能式断路器故障在线诊断系统.采用加速度传感器和拾音器对断路器分合闸过程中的振动与声音信号进行监测,并通过LabVIEW对振声数据进行读取、处理、显示、存储.研究了断路器振声数据的特征参数与分合闸动作状态之间的对应关系,利用支持向量机对分合闸动作过程中的故障进行辨识.在DW15-1600万能式断路器上进行故障模拟试验,结果表明该系统可以有效地对断路器分合闸故障进行诊断,具有良好的可靠性与实用性.【总页数】4页(P165-168)【作者】杜太行;于晗;孙曙光;张强;赵黎媛;王岩;郝静怡【作者单位】河北工业大学控制科学与工程学院,天津 300130;河北工业大学控制科学与工程学院,天津 300130;河北工业大学控制科学与工程学院,天津 300130;河北工业大学控制科学与工程学院,天津 300130;河北工业大学控制科学与工程学院,天津 300130;天津市百利电气有限公司,天津 300385;河北工业大学控制科学与工程学院,天津 300130【正文语种】中文【中图分类】TM93【相关文献】1.基于LabVIEW的离心泵在线监测与故障诊断系统设计及应用 [J], 赵旭凌;周云龙2.基于LabVIEW的永磁同步电机匝间短路故障在线诊断系统研究 [J], 夏孟杰;严冬冬;杭俊;王群京3.基于Labview的铁路信号电缆断线故障在线诊断系统 [J], 赵庶旭;闵永智4.基于Labview的600MW汽轮机在线监测诊断系统 [J], 王玉波;潘维加;龚齐斌;邓莎5.基于LabVIEW和Matlab的混合机托轮轴承在线监测与诊断系统设计与实现[J], 宁毅;王波;汤响;潘耀辉;张亚虎因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
基于LabVIEW的电动汽车用电机测试系统设计一、本文概述随着电动汽车的快速发展,电机作为电动汽车的核心部件,其性能优劣直接影响到整车的动力性、经济性和可靠性。
对电动汽车用电机进行准确的测试与评估至关重要。
本文旨在探讨基于LabVIEW的电动汽车用电机测试系统的设计,旨在为电动汽车电机的性能测试提供一种高效、精确的解决方案。
本文首先介绍了电动汽车电机测试的重要性和现有测试技术的局限性,然后详细阐述了基于LabVIEW的电机测试系统的设计思路和技术路线。
LabVIEW作为一种图形化编程语言和虚拟仪器开发平台,具有丰富的函数库和灵活的编程环境,为电机测试系统的开发提供了极大的便利。
文章接下来将详细介绍系统的硬件组成和软件设计,包括数据采集与处理、控制逻辑实现、用户界面设计等方面。
还将讨论系统的性能评估与优化,以确保测试结果的准确性和可靠性。
本文总结了基于LabVIEW的电动汽车用电机测试系统的优势和实际应用价值,展望了未来在该领域的研究方向和发展趋势。
通过本文的研究,可以为电动汽车电机测试提供一种有效的技术手段,推动电动汽车产业的持续发展和进步。
二、电动汽车电机测试系统总体设计电动汽车电机测试系统的设计是确保电机性能和质量的关键环节。
本系统的设计旨在提供一种基于LabVIEW的电动汽车电机测试方案,以实现对电机性能的高效、精准测试。
总体设计思路是以LabVIEW软件为核心,结合硬件测试设备,构建一个集成化的电机测试平台。
该平台能够实现电机的各项性能测试,包括但不限于电机的启动性能、运行稳定性、效率、功率因数等关键指标。
在硬件设计方面,系统需要包括电机驱动控制器、数据采集器、电源供应器以及相应的传感器和执行器等设备。
电机驱动控制器用于驱动电机运行,数据采集器负责采集电机的运行数据,电源供应器为电机提供稳定的电源,传感器和执行器则用于监测和控制电机的运行状态。
在软件设计方面,基于LabVIEW平台,我们设计了用户友好的图形化界面,方便用户进行电机测试的操作和监控。
2012往 第5期 仪表技术与传感器
Instrument Technique and Sensor 20l2
No.5
基于DSP和LabVIEW的电动机转子断条故障诊断 王新,赵志科 (河南理工大学电气工程与自动化学院,河南焦作454003)
摘要:为了实现对鼠笼式异步电动机转子断条故障的实时诊断,设计了一套以TMS320F2812和LabVIEW为核心的转 子断条故障诊断装置。该装置以TMS320F2812为主控芯片,实现对异步电动机定子侧电流信号的采集,通过DSP的串口 模块将采集到的信号传送到由LabVIEW构建的上位机信号处理平台。针对定子侧电流信号中工频分量对断条故障特征 分量的干扰较大,严重地影响断条分量的识别,LabVIEW处理平台采用自适应陷波器算法对工频信号进行陷波处理,在 FFT频谱上实现对断条故障特征分量的识别。实验证明,该装置能够实现对断条故障进行实时监测,并能够在FFr频谱 上对断条故障特征分量进行识别。 关键词:DSP;LabVIEW;转子断条;自适应陷波器 中图分类号:TP206 文献标识码:A 文章编号:1002—1841(2012)05—0024—03
Rotor Broken-bar Fault Diagnosis of Induction Motor Based on DSP and LabVIEW
WANG Xin,ZHAO Zhi—ke (School of Electrical Engineering and Automation,Henan Polytechnic University,Jiaozuo 454003,China)
Abstract:In order tO achieve the fault diagnosis of the broken rotor bar of the squirrel-cage induction motor in real—time,This paper designed the fault diagnosis system of the broken rotor based on DSP and LabVIEW.The fault diagnosis system was designed for the stator current signal acquisition by using the TMS320F28 12 as the controller.The signal can be transmitted to the signal pro— cessing platform of LabVIEW by serial communications module.For the interferences from the power ̄equency component to the rotor broken—bar fault feature component of the stator current signal,that seriously affect the indentification of the rotor broken—bar component.The signal processing platform of LabVlEW adopted adaptive notch filter algorithm to counteract interference of the power ̄equency.SO that can achieve the recognition of the rotor broken—bar fault characteristic component in the FFr spectrum. This equipment Can realize the real・-time monitor of rotor broken--bar fault diagnosis and achieve the precise identification to the fre—・ quency component of the broken rotor bar in the FFT spectrum. Key words:DSP;LabVIEW;broken rotor bar;fault diagnosis
0引言 鼠笼式异步电动机由于其结构简单、价格低廉、运行可靠、 适用于各种工作环境等优点,已经成为现代工农业生产中的主 要动力设备。然而,电动机一旦发生故障,必将导致整个生产 过程的停滞,造成巨大的经济损失。在电动机诸多故障中,转 子断条故障危害性严重,且不易识别。如果能够在转子断条故 障早期进行有效检测,就可以防止转子断条的进一步恶化,避 免最终导致损坏电机,将电机故障带来的损失降到最低。 电动机之所以容易产生断条故障,通常是由于电动机长期 运行过程中的频繁启动和重载运行造成的。特别是在启动时 刻,容易造成短时间绕组电流过大,致使转子导体过热,转子电 磁应力急剧变化,转子承受巨大的冲击力,从而引起电动机转 子断条故障的发生。由于鼠笼式异步电动机转子无直接电气 元件引出,所以对运行中的转子直接进行断条故障检测是比较 困难的。常见的方法是通过判断定子电流信号中是否存在(1 —2s)f的断条分量,来判断转子断条故障的发生与否 。 基金项目:河南省高校科技创新人才支持计划项目(2008HASTIT022); 河南省控制工程重点学科开放实验室开发基金项目(KG2009—10) 收稿日期:2011一o7—07收修改稿日期:2012—02—03 在断条故障出现早期,转子断条故障特征分量相对于工频 分量的幅值很小,且电机稳态运行时转差率也很小,导致故障 特征分量和基频的频率十分接近。在进行FFT频谱分析时,由 于工频能量泄漏的影响,断条故障特征分量被淹没,无法进行 断条分量的识别。针对这一问题,采用最小均方算法的自适应 陷波器,能够消除电动机定子电流信号中工频信号对断条信号 的干扰。该方法有效地避免了工频分量对断条分量的能量泄 漏,易于在FFT频谱上进行断条分量的识别。 文中将DSP和LabVlEW有效地结合起来,实现了数据采 集、传输和处理的一体化。通过上位机中的自适应陷波器算法 与快速傅里叶变换算法,实现对电动机转子断条故障进行分析 研究。 1 系统的总体结构设计 鼠笼式异步电动机转子断条故障诊断系统总体结构,如图 1所示,主要包括3 kW鼠笼式异步电动机、霍尔电流互感器、信 号滤波调理电路、TMS320F2812硬件平台、LabVIEW上位机信 号处理平台。 DSP的硬件平台首先通过电流互感器对电动机定子侧电 流信号进行采集。通过采样电阻将电流信号转换成DSP可以 接受的电压信号。为了尽可能降低对断条信号的干扰,将该电 第5期 王新等:基于DSP和LabVIEW的电动机转子断条故障诊断 图1系统总体结构图 压信号送到设计好的滤波调理电路中,转换成TMS320F2812能 够直接接受的0—3.3 V的电压信号,并通过其中的滤波单元 滤除200Hz以上的高频噪声对该断条信号的干扰。然后,再通 过DSP和Pc机的串口总线协议,实现DSP和上位机数据的传 输。最后,通过LabVIEW上设计好的自适应陷波器和快速傅 里叶变换(FFI、)在频率谱上实现对断条故障的检测。 2基于DSP的数据采集系统的设计 系统采用TMS320F2812a片内集成的12位A/D转换器进 行数据采集,利用ICETEK一5100USB V2.0A仿真器,通过USB 接口直接与PC机相连接,在CCS3.3集成开发环境下通过 JTAG接口进行调试、烧写程序 。 该系统的数据采集主程序流程图如图2所示。在 TMS320F2812上电工作后,主程序首先调用初始化系统子程 序,完成对系统的初始化设置,其主要功能是禁止看门狗;设定 锁相环的时钟模式,使其主频达到150MHz;使能外设模块的时 钟。其次调用初始化GPIO子程序,使能SCI功能。禁止全局 中断,禁止CPU中断并清除所有中断标志位。然后调用一系列 初始化子程序,完成PIE控制寄存器、PIE中断向量表、EVA事 件管理器、ADC功能模块、SCI功能模块的初始化。接着将adc _isr入口地址赋值给ADCINT中断向量(当CPU响应ADCINT 向量的中断请求时,程序将跳转到adc—isr()函数的入口地址, 并执行这个中断服务程序)。最后,等待ADC中断的发生。由 于在配置事件管理器EVA时,设定计数模式为连续递增计数 模式,所以通用定时器将按照预定标的输入时钟计数,在定时 器的计数器值与周期寄存器值匹配后的下一个输入时钟的上 升沿复位为0,并启动下一个计数周期。在通用定时器的值变 为0的一个时钟周期后,定时器的下溢中断标志位置位,则产 生一个外设中断请求,启动ADC转换模块。 由于TMS320F2812a与PC机进行串行通信时其缓冲区的 数据位均是8位,而TMS320F2812a采集的数据为l6位的,必 须对逐个数据进行拆分为高8位和低8位,并依次实现数据的 发送。将采集到的2 048个数据保存到Voltage数组中,并向发 送缓冲区(SCITXBUF)装载数据,通过判断发送器空标志位 (TX EMPTY)是否为1,来实现数据的完整性发送。 3 LabVIEW软件平台设计 系统利用虚拟仪器软件架构(Virtual Instruments Software Architecture,VISA)来搭建上位机通信平台,将DSP采集的数据 通过串I:1总线接收到Pc机处理平台上。首先通过配置串口通 讯,选择与DSP程序相应的波特率、数据位、校验位、停止位。 图2主程序流程图 然后将采集的数据转化为16进制的数据形式进行接收,实现 将发送过来的8位数据进行高低位的自动组合。最后,将实时 数据送到自适应陷波器处理单元。 由于采用的变步长LMS自适应陷波器算法较为复杂,文中利 用LabVIEW中的MathScript模块编程很好地解决了这一问 题 一 J。文中采用的变步长LMS算法自适应陷波器算法如下 J:
Y( )=X (n)w(n) (1) e(n)=d(n)一Y(n) (2) W(n+1)=W(rt)+Z (n)e(//,) (n) (3) (J})=0 口 (oIe(n)X(n)1) (4) 式中:X(/Z)为时刻n的输入信号矢量; (n)为自适应陷波器在 时刻n的权向量;d(n)为期望输出值;e(n)为误差信号;O/为 500;13为0.25。 4实验结果分析 实验室电动机相关参数为:电机型号Y100L2—4,额定功 率3 kW,额定电压为380 V,额定电流为6.8 A,额定效率为 0.825,额定功率因数为0.81,额定转速为1 420 r・min~,空载 电流为3.0 A. 在电动机工作在额定负载条件下,电动机的转差率S约为 0.05,断条故障特征分量(1—2s)f的值理论上应该为45 Hz.所 以,以此作为判断电动机转子断条故障发生与否的标准。通过 该系统采集的定子侧电流信号,如图3所示。从其时域波形可 以看到,原本标准的工频电流信号受到断条故障特征分量(1— 2s)f的调制而产生了一定的波动。采用的变步长LMS算法自 适应陷波器的步长变化情况,如图4所示。从步长变化情况可 以看出,采用变步长LMS算法的自适应陷波器,快速地实现了 对断条信号的频率跟踪,并且其稳态误差较为稳定。经过自适 应陷波器的输出信号,如图5所示。如果直接对自适应陷波后 的整个信号进行快速傅里叶变换的频谱分析时,由于工频能量 的泄漏,极严重的影响了断条故障特征分量的识别,容易导致 对电动机作出错误故障诊断。 为了使得断条故障特征分量更加突出,在F丌频谱上有更