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1、电机故障诊断技术电气信息工程学院魏云冰目 录现状与发展趋势传感器数据采集和预处理数据处理诊断软件与专家系统第一节 现状与发展趋势 电机故障诊断技术，是近年来兴起的一门包含很多新科技内容的综合技术。它根据电机运行过程中产生的各种信息，判断电机运行是正常还是发生了异常，识别电机是否发生了故障。它能实现电机在带负荷运行时，或不拆卸情况下，通过对其状态参数的检测和分析，判定是否存在故障及故障的位置和原因，并对电机未来状态进行预测。 随着现代科学技术的进步、生产系统的发展和设备制造水平的提高，生产系统所采用的电机数量不断增加，单机容量不断提高。电机的正常工作对保障生产制造过程的安全、高效、敏捷、优质和低
2、耗运行意义非常重大。 电机故障不仅会损坏电机本身，且会影响整个系统的正常工作，甚至危及人身安全，造成巨大的经济损失。通过对电机常见故障的诊断和分析，可以及早发现故障和预防故障的进一步恶化，减少突发事故造成的停产损失，防止对人员和设备安全的威胁，并为实现状态检修创造条件。 在电机故障初期便能捕捉到故障信息，为实现合理的状态检修创造条件，这是电机最为理想的诊断和保护措施。但早期故障微弱信息的获取和智能诊断系统的准确性，特别是在信号处理技术和特征提取环节上还存在很多困难，使得该方法还未能取得理想效果并进入实用化阶段。 国外对电机故障诊断技术的研究始于20世纪60年代。尽管各个国家都很重视，但是直到7
3、080年代，随着传感器、计算机、光纤等高新技术的发展与应用，电机在线诊断技术才真正得到迅速发展。加拿大、日本及前苏联陆续研制了变压器、发电机的局部放电、泄漏电流等在线监视系统，有些已经发展成正式产品。 我国对电机故障诊断技术的重要性也早有认识，20世纪60年代就提出过不少带电试验的方法，但由于操作复杂，测量结果分散性大而未得到推广。直到80年代开始出现电机故障在线诊断技术的研究，近10多年来得到迅猛的发展。 除解析模型法外，基于信号处理和专家知识的电机故障诊断技术占很大成分，有相关函数高阶统计量、倒谱分析等，但这些方法局限于稳态运行时的电机故障诊断。目前，对于起动、加速等动态运行条件下实时诊断
4、日益引起重视。如小波变换技术，由于具有良好的时频局部化特性，能准确抓住瞬变信号的特征，因此在动态信号分析上有明显的优势。第二节 传感器 传感器，也称换能器或变换器，是将被测的某一物理量(或信号)，按一定规律转换为与其对应的另一种(或同种)物理量(或信号)并输出的装置。传感器是实现自动检测和自动控制的首要环节，信息的采集与转换主要依靠传感器来完成。 传感器通常由两个基本部分组成： (1)敏感元件 将被测非电量预先变换成另一种非电量的器件，也称预变换器。传感器中的各类弹性元件就是敏感元件。 (2)转换元件 将感受到的非电量直接转换为电学量的器件。如应变电阻、压电晶体、热电偶等。传感器分类：根据被测
5、物理量分类，如位移传感器、温度传感器、压力传感器、加速度传感器等；按工作原理分类，如应变式、压电式、涡流式、电阻式等；按能量传递方式分类，分为有源传感器和无源传感器。 电机故障诊断对传感器的要求：应具有较好的响应特性；从被测对象抽走的能量要小；加在被测对象上的负载要尽可能小；必须有较高的稳定性和较长使用寿命；信号传递、记录和处理要方便；具有较好的抗干扰能力。 第三节 数据采集和预处理数据采集系统通常包括： 多路转换开关； 采样保持电路； A/D变换器。数据采集系统结构： 多路分时采集系统； 多路同步采集系统； 低电平数据采集系统。 多路转换开关，常被用来轮流切换各被测信号，使被测信号输入通道，
6、可以共用采样保持器或A/D转换器，使系统结构简化，使用元件数减少，是目前数据采集系统中不可缺少的基本单元。 采样保持电路，是在某个规定的时间内接收输入电压，并在输出端保持该电压，直至下次采样开始时为止，采样保持电路一般用电容保持，其增益一般为1，且是同相。主要有以下指标： 采样精度； 保持精度； 采样速度。 A/D转换器将模拟量转换为数字量，是数据采集系统的重要环节。采集的信号转换成数字量后，便于进行处理和分析。精度和速度是A/D转换器最重要的性能指标。 信号变换电路是对信号进行预处理，具体包括：阻抗变换、信号的放大或衰减、滤波、线性化处理、数值运算、电气隔离等。如传感器输出信号十分微弱时，必
7、须采用前置放大器，提高对信号的分辨率；当信号含有较多噪声成分时，必须进行滤波处理等。第四节 数据处理信号处理方法： 时域分析幅值、周期分析； 频域分析频谱、功率谱密度分析； 幅值域分析均值、方差、概率分析； 时差域分析自相关、互相关分析； 计数域分析峰值计数分析； 转速域分析幅值变化、阶次分析； 倒频域分析倒频谱分析。 频谱分析法 相关分析法 信号平均法 频率统计法第五节 诊断软件与专家系统 计算机技术在诊断仪器、诊断系统和监测系统中日益广泛的应用是诊断软件出现和推广的前提。应用软件与诊断设备的配合，即软件与硬件的结合可以最大发挥测试硬件的作用，使得数据采集、分析、存储和临界参数的预报，直至电
8、机运行状态的诊断的整个过程实现自动化。几个典型的诊断软件： 设备预知维修系统(PM)诊断软件 电动机绝缘检测软件MTA4.5 MFD、MFD2振动监测、诊断软件设备预知维修系统(PM)诊断软件： 由恩泰克公司开发的工业用预知维护软件，包括基本和高级的分析程序、综合诊断程序和计算机辅助试验程序，主要用于工厂对于设备运行分析预报。该软件能周期性监测机器运行的状态参数，监测它们的临界参数，发现和消除可能发生的故障，以保证正常生产。电动机绝缘检测软件MTA4.5： 由美国贝克公司开发的，是一个性能全面的绝缘冲击试验检测和数据库软件。它是与贝克公司生产的“S”系列冲击/高压测试仪配套的专用软件。MFD、MFD2振动监测、诊断软件： 由南京航空航天大学振动工程研究所开发，是与DSC-1、YE5938数据采集器配套的软件。专家系统： 一种智能计算机程序系统，它用一定的知识和推理过程去解决某一领域通常需要专家水平知识和经验才能解决的复杂问题。它能象领域专家一样工作，能运用专家们多年积累的工作经验与专门知识，在很短时间内对问题作出高水平的解答。EXPLORE-EX诊断专家系统： EXPLORE-EX旋转机械故障诊断专家系统，由美国恩泰克公司与斯韦公司联合开发的一套专门用于对多种旋转机械一些常见的振动问题进行诊断咨询的专家系统，它通过对大量振动数据自动进行分析和诊断，提高了预知维修的效率和效果。
