摘 要 三相電機(jī)是當(dāng)前使用廣泛的驅(qū)動(dòng)設(shè)備，不過(guò)由于本身結(jié)構(gòu)復(fù)雜以及內(nèi)外部諸多因素的影響，在長(zhǎng)期的運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中難免出現(xiàn)故障，降低設(shè)備的性能，影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行，嚴(yán)重的甚至?xí)斐蓹C(jī)毀人亡。為了更好地對(duì)三相電機(jī)的故障進(jìn)行防控和處理，有必要引入故障檢測(cè)和容錯(cuò)控制措施，以便有效確保電機(jī)的穩(wěn)定、可靠運(yùn)行，為安全生產(chǎn)提供更好的保障。

【關(guān)鍵詞】三相電機(jī) 故障診斷 故障容錯(cuò)控制

三相電機(jī)是一種非常重要的驅(qū)動(dòng)設(shè)備，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易上手和價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，因此廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸?shù)戎T多領(lǐng)域。不過(guò)由于其使用環(huán)境復(fù)雜多變以及電機(jī)本身的運(yùn)行特性、負(fù)荷情況等的影響，在使用中難免出現(xiàn)一些故障，影響了相關(guān)生產(chǎn)生活的正常秩序并造成一定的損失。為了對(duì)三相電機(jī)的故障進(jìn)行有效防控，確保其正常運(yùn)行，減少因故障造成的損失，必須對(duì)三相電機(jī)的故障診斷和容錯(cuò)控制進(jìn)行分析研究。

1 故障診斷與容錯(cuò)控制的意義

當(dāng)前，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，各種生產(chǎn)設(shè)備越來(lái)越先進(jìn)，功能越來(lái)越全面，但同時(shí)設(shè)備結(jié)構(gòu)也越來(lái)越復(fù)雜。這些復(fù)雜設(shè)備通常承擔(dān)著繁重的任務(wù)，并在大功率、高負(fù)荷的狀態(tài)下長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)，這樣隨著使用時(shí)間的延長(zhǎng)，出現(xiàn)故障的概率也隨之提高，而一旦發(fā)生故障，要么降低其性能，影響了生產(chǎn)的正常進(jìn)行，要么設(shè)備報(bào)廢，甚至機(jī)毀人亡，再加上故障具有隨機(jī)性、模糊性的特點(diǎn)，傳統(tǒng)的故障診斷方法所起的作用已經(jīng)越來(lái)越有限，因此，有必要引入更加先進(jìn)的智能故障診斷和容錯(cuò)控制方法。引入智能故障診斷與容錯(cuò)控制方法具有極大的意義，具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備的故障，同時(shí)更加精確地確定發(fā)生故障的位置、類(lèi)型和程度，并對(duì)故障及時(shí)進(jìn)行隔離。

（2）可以相對(duì)準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)出設(shè)備的使用壽命和故障的發(fā)展情況。

（3）能夠根據(jù)不同的故障，相應(yīng)地給出控制和處理方案。

（4）可以自動(dòng)進(jìn)行故障處理，包括對(duì)其進(jìn)行削弱、消除及修復(fù)等，使設(shè)備盡量恢復(fù)正常工作狀態(tài)時(shí)的性能；必要情況下可以通過(guò)犧牲部分性能來(lái)確保設(shè)備能夠繼續(xù)完成它的規(guī)定功能。

2 三相電機(jī)常見(jiàn)故障介紹

三相電機(jī)的主要由定子、轉(zhuǎn)子、軸承等構(gòu)成，總體結(jié)構(gòu)是比較簡(jiǎn)單的，不過(guò)它的演變過(guò)程卻相當(dāng)復(fù)雜，包括了物理和化學(xué)的多個(gè)方面。在長(zhǎng)期的使用過(guò)程中，三相電機(jī)的性能會(huì)因受到供電電源、安裝環(huán)境等多個(gè)內(nèi)外部因素的影響而逐漸退化并導(dǎo)致故障的產(chǎn)生，其常見(jiàn)的故障主要由三個(gè)：

2.1 定子繞組匝間斷路

它是最常見(jiàn)的三相電機(jī)，所占的故障比為約為三分之一。導(dǎo)致該故障產(chǎn)生的主要原因在于同一相繞組的相鄰線圈因絕緣破壞而發(fā)生短路。

2.2 轉(zhuǎn)子導(dǎo)條和斷環(huán)開(kāi)裂

該故障所占的故障比約為十分之一。它的產(chǎn)生是因?yàn)槿嚯姍C(jī)在啟動(dòng)過(guò)程中，導(dǎo)條會(huì)在短時(shí)間內(nèi)通過(guò)大量電流，形成強(qiáng)大的沖擊力，最終使得導(dǎo)條和端環(huán)因應(yīng)力分布不均而發(fā)生斷裂，嚴(yán)重的話還會(huì)導(dǎo)致電機(jī)燒壞和整機(jī)報(bào)廢。

2.3 軸承故障

軸承故障所占的故障比也達(dá)到了五分之一左右。由于軸承是負(fù)載最重的部分，同時(shí)也很容易發(fā)生磨損，因此故障也是比較頻繁的。

3 三相電機(jī)故障診斷及容錯(cuò)研究

為更深入的理解三相電機(jī)的故障診斷與容錯(cuò)控制，下面分別舉例加以說(shuō)明。

3.1 轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)故障診斷研究

要想準(zhǔn)確判斷出事哪一個(gè)傳感器出現(xiàn)了故障，就得對(duì)轉(zhuǎn)子位置的信號(hào)進(jìn)行詳細(xì)分析，具體流程為：首先是將一個(gè)電周期分為6個(gè)區(qū)間，將VT1VT6定為區(qū)間1，然后每隔60°區(qū)間就加1，直到VT5VT6（既區(qū)間6），在這個(gè)過(guò)程中，無(wú)論是在三相電機(jī)的啟動(dòng)、制動(dòng)過(guò)程還是當(dāng)它處在運(yùn)行狀態(tài)，由于通常認(rèn)為電機(jī)轉(zhuǎn)速相對(duì)于換相區(qū)間可以當(dāng)做準(zhǔn)靜態(tài)量，所以就能夠通過(guò)對(duì)比下一個(gè)區(qū)間和上一個(gè)區(qū)間的寬度來(lái)確定傳感器有沒(méi)有出現(xiàn)故障。為了對(duì)此有更直觀的認(rèn)識(shí)，這里用區(qū)間1與區(qū)間2為例子來(lái)說(shuō)明，先設(shè)區(qū)間1的寬度是時(shí)間t1，當(dāng)三相電機(jī)運(yùn)行在90℃狀態(tài)時(shí)，傳感器c這時(shí)候能夠正常輸出信號(hào)，而當(dāng)主電路VT6換流到VT2的時(shí)候，這時(shí)候也就是從區(qū)間1進(jìn)入到區(qū)間2的過(guò)程，在這一過(guò)程中，會(huì)開(kāi)始對(duì)區(qū)間2的寬度t2進(jìn)行計(jì)時(shí)，當(dāng)t2>kt1，且k=1.5時(shí)，這時(shí)候的傳感器2的輸出信號(hào)沒(méi)有出現(xiàn)跳變的情況，那么就可以得知該傳感器發(fā)生故障了。

3.2 轉(zhuǎn)子位置故障容錯(cuò)控制研究

當(dāng)傳感器發(fā)生一到兩路損壞時(shí)，可以有效利用其余正常運(yùn)行的傳感器通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)子位置進(jìn)行評(píng)估并用于電機(jī)換相，最終實(shí)現(xiàn)故障的容錯(cuò)控制。

當(dāng)其中的一路傳感器發(fā)生故障時(shí)，首先要確定兩個(gè)區(qū)間的寬度，下面以區(qū)間1與區(qū)間2為例進(jìn)行分析，當(dāng)區(qū)間2的寬度超過(guò)前面所設(shè)定的寬度，這時(shí)候就說(shuō)明Hb出現(xiàn)故障，因此，要馬上換相，同時(shí)，在隨后的所有電周期里，在區(qū)間2里，當(dāng)t5=t4的時(shí)候以及在區(qū)間5中當(dāng)t5=t4的時(shí)候均需換相，也就是利用上次沒(méi)有發(fā)生故障的傳感器信號(hào)來(lái)獲得下一個(gè)轉(zhuǎn)子的位置。同樣的道理，當(dāng)出現(xiàn)兩路傳感器信號(hào)故障的時(shí)候，就要用第三個(gè)正常的傳感器信號(hào)通過(guò)延時(shí)來(lái)獲取其它轉(zhuǎn)子的位置信號(hào)，通過(guò)采用這種方式，即使傳感器出現(xiàn)故障，仍然可以有效獲得六個(gè)換相點(diǎn)的時(shí)刻點(diǎn)，有效實(shí)現(xiàn)對(duì)三相電機(jī)的容錯(cuò)控制。

4 結(jié)語(yǔ)

三相電機(jī)作為一種重要的設(shè)備，廣泛使用于現(xiàn)代工業(yè)系統(tǒng)中，對(duì)工業(yè)生產(chǎn)起著非常重要的作用，也正是因?yàn)樗牡匚蝗绱酥匾渌a(chǎn)生的故障影響和造成的損失也才會(huì)如此突出。雖然當(dāng)前的三相電機(jī)已經(jīng)比過(guò)去先進(jìn)了許多，穩(wěn)定性、可靠性有了很大的提高，但由于使用環(huán)境、工作方式等的影響，故障總是在所難免，為此，必須大力推廣故障檢測(cè)和容錯(cuò)控制，以便有效對(duì)故障進(jìn)行防控，確保電機(jī)的穩(wěn)定、可靠運(yùn)行，為生產(chǎn)提供更安全可靠的保障。

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作者簡(jiǎn)介

崔寶磊（1984-），男，天津市濱海新區(qū)人?，F(xiàn)供職于中海油田服務(wù)股份有限公司。

作者單位

中海油田服務(wù)股份有限公司 天津市 043100endprint