【摘 要】異步電機(jī)在傳統(tǒng)領(lǐng)域占有著重要的地位，而電機(jī)的工作的狀態(tài)對(duì)生產(chǎn)的運(yùn)行產(chǎn)生直接影響。因此，對(duì)電機(jī)的常見故障進(jìn)行診斷和分析，能夠有效的減少故障率，降低突發(fā)事故造成的財(cái)產(chǎn)損失，減少維修費(fèi)用，減弱對(duì)人員的財(cái)產(chǎn)的威脅。本文就異步電機(jī)的信號(hào)處理方法和故障進(jìn)行分析，望在電機(jī)系統(tǒng)故障診斷中提供借鑒。

【關(guān)鍵詞】異步電機(jī)；故障；識(shí)別；途徑

異步電機(jī)在傳動(dòng)領(lǐng)域中占有重要地位的原因在于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、運(yùn)行穩(wěn)定可靠，而電機(jī)的工作狀態(tài)直接影響著生產(chǎn)工作活動(dòng)，因此，加強(qiáng)電機(jī)故障診斷分析，能夠及時(shí)在電機(jī)運(yùn)行過程中及時(shí)找出問題，并采取相應(yīng)解決方法解決，降低人員財(cái)產(chǎn)損失。但故障診斷技術(shù)存在誤判率高、準(zhǔn)確度等問題，需要進(jìn)一步的深化和成熟。

1.異步電機(jī)主要故障及分析

電機(jī)可以分為四種，即同步發(fā)電機(jī)、異步電動(dòng)機(jī)、同步電動(dòng)機(jī)、直流電動(dòng)機(jī)，而電機(jī)的種類、結(jié)構(gòu)、運(yùn)行方式以及工作原理等因素不同會(huì)產(chǎn)生不同的故障。電機(jī)內(nèi)部有電路系統(tǒng)、絕緣系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)、散熱系統(tǒng)等幾個(gè)即獨(dú)立又相互關(guān)聯(lián)的工作系統(tǒng)，這些系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)或大或小的故障，因此，電機(jī)的診斷相對(duì)于一般機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)的領(lǐng)域更多。

1.1故障診斷常用技術(shù)

故障診斷有多種方法，例如電流分析法、振動(dòng)診斷、絕緣診斷換向診斷、濕度診斷等，根據(jù)不同的情況要采用不同的診斷方法。例如，電流分析法的監(jiān)測(cè)量為電流信號(hào)，具有以下幾方面的優(yōu)點(diǎn)：一是應(yīng)用范圍廣，能夠全面反映電機(jī)系統(tǒng)信息；二是信號(hào)易采集且不影響電機(jī)正常工作；三是不受環(huán)境影響，精確度高；四是不受噪聲干擾，擁有較好的信噪比；五是多臺(tái)電機(jī)可集中監(jiān)測(cè)，相對(duì)安全，便于集中監(jiān)控；六是可以直接反映傳動(dòng)機(jī)構(gòu)信息。

1.2診斷研究主要內(nèi)容

電機(jī)故障診斷研究包括：電機(jī)故障機(jī)理研究，故障信號(hào)處理技術(shù)研究，故障診斷方法研究，監(jiān)測(cè)、診斷儀器和系統(tǒng)的開發(fā)與研究。電機(jī)故障機(jī)理研究是整個(gè)學(xué)科的基礎(chǔ)，關(guān)鍵在于對(duì)電機(jī)故障的形成的發(fā)展過程進(jìn)行了解，對(duì)故障的內(nèi)在本質(zhì)及特征進(jìn)行掌握。研究方法在于建立適宜的物理和數(shù)學(xué)模型，并求出模型的近似解或者解析解，并總結(jié)出一般性的規(guī)律。故障信號(hào)技術(shù)在診斷過程中起橋梁作用，通過加工、變換檢測(cè)到的信號(hào)，提取對(duì)診斷有利用價(jià)值的特征量。常用方法有信號(hào)時(shí)域分析法、時(shí)頻分析法以及信號(hào)頻域分析法。目前所用的故障診斷方法一般為專家系統(tǒng)，其核心為知識(shí)庫(kù)中的領(lǐng)域?qū)＜业闹R(shí)，缺點(diǎn)為知識(shí)的獲取問題，專家系統(tǒng)能夠模擬人的邏輯思維，并實(shí)現(xiàn)較為嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬐评?，其診斷結(jié)構(gòu)的精準(zhǔn)度依賴其存在的知識(shí)。監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展為基于計(jì)算機(jī)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、便攜式監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以及只能故障診斷系統(tǒng)，其主要功能是信號(hào)處理和數(shù)據(jù)管理。

1.3診斷主要方法

一是基于解析模型的診斷方法，這種方法已經(jīng)取得了十分豐富的理論研究成果，尤其是對(duì)LTI系統(tǒng)的故障診斷。但是，這種方法比較值得注意的問題是實(shí)際應(yīng)用問題，理論方法的研究成果優(yōu)于實(shí)際應(yīng)用；二是基于信號(hào)處理的診斷方法，這種方法能夠部分回避建立診斷對(duì)象數(shù)學(xué)模型的困難之處，直接利用各類信號(hào)處理方法處理，適用性較好，不僅可用于線性系統(tǒng)，還可用于非線性系統(tǒng)，是一種比較有前景的故障診斷方法；三是基于知識(shí)的診斷方法，這種方法比較適用于非線性系統(tǒng)，通過對(duì)診斷對(duì)象多方面信息的引入，充分利用領(lǐng)域?qū)＜以\斷知識(shí)，避免過度依賴精確數(shù)學(xué)模型。

2.基本原理

2.1電機(jī)構(gòu)造和原理

就三相異步電機(jī)而言，一般有兩大部分組成，一部分是轉(zhuǎn)子，另一部分是定子，兩者之間有較小的空氣隙。定子有定子鐵心、定子繞組和機(jī)座組成，定子鐵心是電機(jī)主磁通磁路的一部分，定子繞組在鐵心槽內(nèi)，基本形式有單層繞組和雙層繞組兩種，由定子繞組在槽內(nèi)布置的情況決定，機(jī)座的主要是固定和支撐定子鐵心的作用。異步電機(jī)的基本原理是在定子和轉(zhuǎn)子之間的氣隙內(nèi)建立的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體時(shí)，能夠產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，且轉(zhuǎn)子繞組是閉合的，電流會(huì)通過轉(zhuǎn)子導(dǎo)體內(nèi)，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中的電流和旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相互作用會(huì)產(chǎn)生電磁力，電磁力方向與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)方向一致。

2.2工作特性

第一，轉(zhuǎn)速特性。空載時(shí)，轉(zhuǎn)子的電流幾乎為零，因此，電機(jī)轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速，負(fù)載的增加會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)速小幅度下降，因此，轉(zhuǎn)速特性是一條稍向下的傾斜曲線；第二，定子電流特性。空載時(shí)電流幾乎為零，定子電流大部分為勵(lì)磁電流，負(fù)載的增加使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速下降，轉(zhuǎn)子電流增加，為保持磁勢(shì)平衡，定子電流和磁勢(shì)也將增加；第三，功率因數(shù)特性。從電源的角度看，異步電機(jī)類似于感性阻抗，因?yàn)楣β室驍?shù)總是落后的，所以，它需要從電網(wǎng)吸取感性無功功率?？蛰d時(shí)，電功率因數(shù)較低，隨著負(fù)載增加，電功率因數(shù)也增加，當(dāng)達(dá)到額定負(fù)載時(shí)，功率因數(shù)最大；第四，電磁轉(zhuǎn)矩特性。異步電動(dòng)機(jī)負(fù)載在額定值以內(nèi)時(shí)，轉(zhuǎn)速和角速度變化較小，空載轉(zhuǎn)矩幾乎可認(rèn)為沒有變化，因此，電磁轉(zhuǎn)矩特性是一條斜率近似于I/O的直線；第五，效率特性。異步電動(dòng)機(jī)效率的最大值之處在可變損耗等于不變損耗時(shí)。

3.故障診斷試驗(yàn)系統(tǒng)

3.1系統(tǒng)構(gòu)成

該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要由三相異步電動(dòng)機(jī)、三項(xiàng)同步發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制器、變頻器、三相阻抗負(fù)載、信號(hào)調(diào)理板、各種傳感器及其檢測(cè)裝置、數(shù)據(jù)采集器、PC機(jī)組成。三相異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)由電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制器、變頻器以及三相異步電動(dòng)機(jī)三部分組成。同步發(fā)電機(jī)和異步電動(dòng)機(jī)采用同軸連接方式，輸出連接三項(xiàng)阻抗負(fù)載，且阻抗大小可調(diào)節(jié)。事實(shí)上，同步發(fā)電機(jī)可作為異步電動(dòng)機(jī)的負(fù)載使用，通過調(diào)節(jié)同步發(fā)電機(jī)負(fù)載抗阻來改變異步電動(dòng)機(jī)的負(fù)載?？梢詼y(cè)量信號(hào)的有異步電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、電機(jī)軸承、繞組溫度等。

3.2故障診斷系統(tǒng)

電機(jī)故障診斷系統(tǒng)可分為數(shù)據(jù)采集模塊、信號(hào)處理模塊、故障診斷模塊三部分。數(shù)據(jù)采集模塊由各種傳感器、信號(hào)調(diào)理板以及數(shù)據(jù)采集儀組成，能夠?qū)⒛M信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。信號(hào)模塊主要是對(duì)采集后的信號(hào)進(jìn)行分析，判斷是否存在故障頻率分量。故障診斷模塊主要是判斷是否存在故障。

4.結(jié)束語(yǔ)

異步電動(dòng)機(jī)在傳動(dòng)領(lǐng)域中所占的重要地位主要是因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、運(yùn)行穩(wěn)定可靠。電機(jī)的工作狀態(tài)決定著生產(chǎn)的運(yùn)行，分析診斷常見故障，有效地降低了故障率，減少了停產(chǎn)損失，降低了維修費(fèi)用，消除了設(shè)備的人員安全威脅。

【參考文獻(xiàn)】

[1]張雄希，劉振興.基于分?jǐn)?shù)階傅里葉變換的變頻調(diào)速異步電機(jī)故障診斷方法[J].電機(jī)與控制應(yīng)用，2010，37（4）：59-62.

[2]荀泱，周國(guó)榮，袁禹等.基于嵌入式系統(tǒng)的異步電機(jī)故障檢測(cè)系統(tǒng)[J].儀表技術(shù)與傳感器，2009，（3）：129-131.

[3]蔣斌，顏鋼鋒.基于新型復(fù)值小波變換的異步電機(jī)故障診斷方法[J].機(jī)車電傳動(dòng)，2003，（1）：27-31.