一种感应电机气隙偏心故障的检测系统及检测方法
【专利摘要】本发明公开了一种感应电机气隙偏心故障的检测系统及检测方法，其特征在于：检测系统是在定子铁心内侧的同一圆周面上按下列方式排布磁场检测线圈阵列：在不同轴向位置上设置各磁场检测环，磁场检测环中各磁场检测线圈间隔设置，相邻磁场检测环之间磁场检测线圈数量相等，并且一一对应地处在轴线的同一平行线上；磁场检测线圈的引线接入感应电机的接线盒；接线盒的输出端接入下位机的输入端，下位机的输出端接入上位机的输入端；通过分析对比磁场信号特征，准确判断感应电机气隙偏心故障类型。本发明不仅能检测轴向均匀偏心，也能有效检测轴向不均匀偏心，并能够大致判断出最小气隙位置。
【专利说明】一种感应电机气隙偏心故障的检测系统及检测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种利用定子铁心齿部磁场信号诊断感应电机复杂气隙偏心故障种类及偏心程度的方法，属于检测【技术领域】。
【背景技术】
[0002]旋转电机气隙偏心是一种定、转子间径向气隙长度不均匀的现象，在几乎所有的电机中都或多或少地存在。根据不均匀的分布特征，气隙偏心可以分为轴向均匀偏心(静态偏心、动态偏心、混合偏心)和轴向不均匀偏心(斜偏心、弧偏心)2种基本类型，如图1所示。导致气隙偏心的原因有很多，例如制造和安装误差、轴承磨损、转轴弯曲、不均匀受热等。随着气隙偏心的增大，会导致强烈振动、噪声增大，轴承加速磨损，甚至定、转子相擦等严重故障。感应电机应用广泛、需求量大，一些感应电机用于驱动重要机械，如矿用潜水泵等，一旦故障停机，不仅会带来较大的经济损失，甚至可能引起重大事故。因此，对感应电机进行偏心故障诊断是非常有必要的。
[0003]针对感应电机气隙偏心故障的在线监测与诊断问题，国内外学者做了大量工作。感应电机是利用定、转子间电磁感应作用，在转子内感应电流以实现机电能量转换的装置。针对笼型感应电机特有的结构特征，其偏心故障诊断技术的研究已成为一个独立的研究点。发展至今，主要围绕定子绕组电流监测和定、转子振动监测两大方面展开。基本思想是寻找偏心状态下定子绕组电流或机壳振动信号中的特有的谐波成分，以此作为气隙偏心存在的依据。然而，这些方法虽然在信号的提取方面简单快捷，但难以完整识别多种偏心类型，特别是轴向不均匀偏心问题。并且与转子断条等其它故障现象的检测信号类似，有时更是难以区别。因此，如何准确全面地判断感应电机是否存在气隙偏心故障、偏心故障类型以及偏心程度，是目前相关技术人员的研究热点，也是所面临的一个难题。
【发明内容】
[0004]为解决上述现有技术所存在的不足之处，本发明提供一种感应电机气隙偏心故障的检测系统及检测方法，通过磁场检测线圈检测多个位置处的定子齿部磁场，分析对比信号特征，以期可以准确判断感应电机气隙偏心故障类型。
[0005]本发明为解决技术问题采用如下技术方案:
[0006]1、本发明通过对比分析多个位置处的径向磁场信号来判断感应电机气隙偏心类型，不仅能检测轴向均匀偏心，也能有效检测轴向不均匀偏心，并能够大致判断出最小气隙位置；
[0007]2、本发明准确有效，可弥补以定子电流和振动特性为主的诊断技术难以检测轴向偏心的不足，为感应电机的安全运行和故障诊断提供了重要的参考。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1为感应电机气隙偏心类型示意图；[0009]图2为本发明整体检测设备示意图；
[0010]图3为磁场检测线圈分布示意图；
[0011]图4为磁场检测线圈安装示意图；
[0012]图中标号:1为感应电机，2为下位机，3为上位机，4为接线盒，5为磁场检测线圈，6为磁场检测线圈的引线，7为定子铁心。
【具体实施方式】
[0013]如图2和图3所示，本实施例感应电机气隙偏心故障的检测系统是在定子铁心7内侧的同一圆周面上排布磁场检测线圈阵列，磁场检测线圈阵列中各磁场检测线圈5的分布为:在不同轴向位置上设置各磁场检测环，磁场检测环中各磁场检测线圈间隔设置，相邻磁场检测环之间磁场检测线圈数量相等，并且一一对应地处在轴线的同一平行线上；磁场检测线圈的引线6接入所述感应电机的接线盒4 ;接线盒4的输出端接入下位机2的输入端，下位机2的输出端接入上位机3的输入端；检测环的个数为η个，每一检测环中设置有m个磁场检测线圈。根据需要，m—般设置为4-8，η >3。以三相笼型感应电机为例，通过50Hz三相对称交流电源供电，m设置为6，η为3，共设置18个磁场检测线圈。
[0014]磁场检测线圈5用于检测其所在位置处的电机磁场时域信号，并通过接线盒4传输入下位机2 ;下位机2用于将电机磁场时域信号转换为电机磁场频谱信号,并将电机磁场频谱信号传输入上位机3 ;上位机3用于对电机磁场频谱信号及其所对应的位置进行显示。
[0015]如图4所示，具体实施中，磁场检测线圈5安装在定子铁心7的齿槽底部，磁场检测线圈的引线6位于定子铁心7的槽底内并连入接线盒4。通过截掉部分硅钢片齿部，留下两个窄槽将磁场检测线圈嵌放在槽底部。磁场检测线圈的引线沿定子槽铺设，从定子铁心端部伸出并通入接线盒。对于感应电机而言，检测线圈沿轴向长度可控制在IOmm左右。若由于磁场检测线圈安装空间不充足而减少了检测线圈的匝数，进而导致所获得的磁场时域信号微弱，则可在下位机内设置对电机磁场时域信号进行放大的信号放大装置。
[0016]本实施例的检测方法，是按如下方式进行:
[0017]磁场检测线圈检测其所在位置处的电机磁场时域信号，并通过接线盒传输入下位机，下位机采用快速傅里叶变换算法将电机磁场时域信号转换为电机磁场频谱信号，并将电机磁场频谱信号传输入上位机；上位机对电机磁场频谱信号及其所在位置进行显示；
[0018]根据上位机所显示的电机磁场频谱信号及其所在位置，按如下方式判断感应电机气隙偏心故障的类型:
[0019]若在同一磁场检测环不同位置处的电机磁场频谱信号的基波幅值是以某一位置处的电机磁场频谱信号的基波幅值为最大值并向两边逐渐减小，则感应电机出现静态偏心;
[0020]若位于中间的磁场检测环上的电机磁场频谱信号出现f\±fr的边频带，则感应电机出现动态偏心；其中4=4 (1-S)/P，为电源频率，s为转差率，P为极对数；
[0021]若处在轴线的同一平行线上的磁场检测线圈的电机磁场频谱信号的基波幅值是以位于中间的磁场检测环上的磁场检测线圈的电机磁场频谱信号的基波幅值为最大值、并向两边逐渐减小，则感应电机出现弧偏心；
[0022]若处在轴线的同一平行线上的的磁场检测线圈的电机磁场频谱信号的基波幅值是以位于最外侧的磁场检测环上磁场检测线圈的电机磁场频谱信号的基波幅值为最大值、并向另一侧逐渐减小，则感应电机出现斜偏心；
[0023]若感应电机出现静态偏心、动态偏心、弧偏心及斜偏心中的任意两个或两个以上，则感应电机出现复杂偏心；
[0024]当η为偶数时，位于中间的磁场检测环是指第(η+1)/2个或(η_1)/2个中的任意一个磁场检测环。
【权利要求】
1.一种感应电机气隙偏心故障的检测系统，其特征在于:所述检测系统是在定子铁心内侧的同一圆周面上排布磁场检测线圈阵列，所述磁场检测线圈阵列中各磁场检测线圈的分布为:在不同轴向位置上设置各磁场检测环，所述磁场检测环中各磁场检测线圈间隔设置，相邻磁场检测环之间磁场检测线圈数量相等，并且一一对应地处在轴线的同一平行线上；磁场检测线圈的引线接入所述感应电机的接线盒；所述接线盒的输出端接入下位机的输入端，所述下位机的输出端接入上位机的输入端；检测环的个数为η个，每一检测环中设置有m个磁场检测线圈。
2.根据权利要求1所述的感应电机气隙偏心故障的检测系统，其特征在于:所述磁场检测线圈用于检测其所在位置处的电机磁场时域信号，并通过接线盒传输入下位机； 所述下位机用于将电机磁场时域信号转换为电机磁场频谱信号，并将所述电机磁场频谱信号传输入上位机； 所述上位机用于对所述电机磁场频谱信号及其所对应的位置进行显示。
3.根据权利要求1或2所述的感应电机气隙偏心故障的检测系统，其特征在于:所述磁场检测线圈安装在所述定子铁心的齿槽底部。
4.根据权利要求1或2所述的感应电机气隙偏心故障的检测系统，其特征在于:m为4-8, η > 3。
5.根据权利要求1或2所述的感应电机气隙偏心故障的检测系统，其特征在于:在所述下位机内设置有对所述电机磁场时域信号进行放大的信号放大装置。
6.一种基于权利要求1所述检测系统的检测方法，其特征在于按如下方式进行: 所述磁场检测线圈检测其所在位置处的电机磁场时域信号，并通过接线盒传输入下位机，所述下位机采用快速傅里叶变换算法将电机磁场时域信号转换为电机磁场频谱信号，并将所述电机磁场频谱信号传输入上位机； 所述上位机对所述电机磁场频谱信号及其所在位置进行显示； 根据上位机所显示的电机磁场频谱信号及其所在位置，按如下方式判断感应电机气隙偏心故障的类型: 若在同一磁场检测环不同位置处的电机磁场频谱信号的基波幅值是以某一位置处的电机磁场频谱信号的基波幅值为最大值并向两边逐渐减小，则所述感应电机出现静态偏心； 若位于中间的磁场检测环上的电机磁场频谱信号出现fi±f；的边频带，则所述感应电机出现动态偏心；其中ffA (1-s)/p，为电源频率，s为转差率，P为极对数； 若处在轴线的同一平行线上的磁场检测线圈的电机磁场频谱信号的基波幅值是以位于中间的磁场检测环上的磁场检测线圈的电机磁场频谱信号的基波幅值为最大值、并向两边逐渐减小，则所述感应电机出现弧偏`心； 若处在轴线的同一平行线上的的磁场检测线圈的电机磁场频谱信号的基波幅值是以位于最外侧的磁场检测环上磁场检测线圈的电机磁场频谱信号的基波幅值为最大值、并向另一侧逐渐减小，则所述感应电机出现斜偏心； 若所述感应电机出现静态偏心、动态偏心、弧偏心及斜偏心中的任意两个或两个以上，则所述感应电机出现复杂偏心； 当η为偶数时，所述位于中间的磁场检测环是指第(η+1)/2个或(η-1)/2个中的任意一个磁场检测环。·
【文档编号】G01R31/34GK103713261SQ201310730913
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2013年12月26日 优先权日:2013年12月26日
【发明者】鲍晓华, 吕强, 方勇, 王汉丰, 程志恒, 李福英 申请人:合肥工业大学