電機(jī)設(shè)備的故障診斷分析

王玉恒

(首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司，河北 唐山 063200)

0 引言

在我國的國民經(jīng)濟(jì)中，電機(jī)占據(jù)著舉足輕重的作用，它是各類機(jī)械設(shè)備的驅(qū)動裝置，在驅(qū)動機(jī)床、鼓風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)等設(shè)備中應(yīng)用廣泛。在我國，異步電機(jī)所耗電量占據(jù)總負(fù)荷的60%以上，而電動機(jī)的故障也會造成大量的電能損耗和經(jīng)濟(jì)損失，由于電動機(jī)的故障不得不停工停產(chǎn)造成的損失更是無法估量。因此，實施合理有效的電機(jī)故障預(yù)測，研究出電機(jī)故障診斷方法具有重要的現(xiàn)實意義。

1 電機(jī)設(shè)備故障診斷的基本原理

電磁理論是所有電機(jī)工作的原理支撐。電機(jī)的運(yùn)行會受到諸如:電網(wǎng)電壓、負(fù)載電壓等因素的影響。電機(jī)的故障類型主要包括:繞組過熱、鐵芯變形、轉(zhuǎn)子偏離中心等，其故障征兆多種多樣，有的表現(xiàn)為機(jī)械故障，有的表現(xiàn)為電氣故障;既有電壓電流等電氣量，也有聲光等非電氣量。相關(guān)統(tǒng)計表明:在眾多的電機(jī)故障中位于首位的是軸承類故障，占有42%;其次是繞組類故障，占據(jù)有40%［1］。目前，常見的電機(jī)故障監(jiān)測以及診斷方法有:電流頻譜分析法，這種方法主要是對負(fù)載電流的波形進(jìn)行頻譜分析;絕緣診斷法，這種方法利用電氣試驗裝置以及相應(yīng)的診斷技術(shù)，判斷電機(jī)絕緣機(jī)構(gòu)和工作性能上的缺陷，預(yù)測其絕緣壽命;溫度檢測方法，這種方法利用的是各種測溫技術(shù)，監(jiān)測電機(jī)各個部位的溫度;振動與噪聲診斷法，這種方法檢測的是電機(jī)設(shè)備的噪聲信號，通過相應(yīng)的處理手段對噪聲信號進(jìn)行處理，從而判斷出電機(jī)故障的部位。

2 電機(jī)設(shè)備的故障診斷

2．1 信號處理類方法分析

基于信號處理的電機(jī)故障診斷是通過對方差、頻率、幅值等特征量的提取，得到與故障有關(guān)的征兆，進(jìn)而判斷設(shè)備的故障。相關(guān)信號處理和提取技術(shù)的發(fā)展為這種診斷方法提供了堅實的基礎(chǔ)，如:時域分析技術(shù)、小波分析技術(shù)、傅立葉變換技術(shù)等。在眾多技術(shù)中，傅立葉變換法是廣為應(yīng)用的一種方法，但這種方法的時頻局部化能力較差，當(dāng)需要進(jìn)行突變信號的提取以及對時間進(jìn)行定位時，這種方法會失效。另外，當(dāng)頻率波動時，傅立葉變換方法的效果會受到很大影響，如:在電網(wǎng)頻率波動情況下，甚至?xí)霈F(xiàn)錯誤的電機(jī)故障監(jiān)測結(jié)果。相對來說，小波變換法的魯棒性較好，它能夠有效抵御頻率波動帶來的負(fù)面影響，在時域和頻域中的局部化能力都較強(qiáng)，對突變信號的敏感度也很高。在電機(jī)定子繞組出現(xiàn)故障的情況下，定子電流會發(fā)生很大變化，首先對定子電流進(jìn)行必要的預(yù)處理，然后通過小波分析法進(jìn)行小波二次變換，提取定子繞組中的故障特征。小波分析法診斷電機(jī)故障幾乎不受負(fù)載變化的影響。

2．2 知識類方法分析

自上世紀(jì)80年代起，計算機(jī)技術(shù)以及人工智能技術(shù)得到了迅猛發(fā)展，電機(jī)故障診斷技術(shù)也因此得到了較大進(jìn)步。相應(yīng)的基于知識的故障診斷方法被人們開發(fā)出來，此時，不再需要對研究對象進(jìn)行精確的數(shù)學(xué)建模。

當(dāng)下，基于知識的電機(jī)故障診斷方法有:

1)專家系統(tǒng)故障診斷方法。這種智能診斷方法主要針對的是很難或是無法進(jìn)行數(shù)學(xué)建模的復(fù)雜系統(tǒng)，相應(yīng)的診斷專家系統(tǒng)包括:數(shù)據(jù)庫、知識庫、故障征兆獲取等部分。它根據(jù)以往經(jīng)驗，將故障的相關(guān)信息制定成規(guī)則，通過推理的方法對發(fā)生的故障進(jìn)行診斷。如:在直流電機(jī)的故障診斷方法中，通過知識規(guī)則的產(chǎn)生，利用專家系統(tǒng)開發(fā)出相應(yīng)的工具編制規(guī)則，從而構(gòu)成了一個知識庫，通過對電機(jī)運(yùn)行時各狀態(tài)信息的采集以及必要的人機(jī)對話，實施交互式故障診斷。這種方法能夠?qū)﹄姍C(jī)換向、振動以及絕緣等多種故障進(jìn)行診斷［2］。

2)模糊控制、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制診斷方法。電機(jī)故障診斷中常常會出現(xiàn)模糊屬性，這是因為電機(jī)診斷系統(tǒng)龐大而復(fù)雜，具有較多的變量，很多參量無法得到精確的描述。通過模糊語言描述這些征兆是一個很好的途徑。而諸如:模糊集合、模糊運(yùn)算等為模糊理論提供了強(qiáng)大的支撐。模糊控制、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制診斷方法在電機(jī)故障診斷中的應(yīng)用也逐漸普及［3］。如:采用模糊故障診斷方法對鼠籠式電動機(jī)轉(zhuǎn)子故障進(jìn)行診斷，它無需故障電機(jī)精確的數(shù)學(xué)模型?；谏窠?jīng)模糊系統(tǒng)的故障監(jiān)測方法。它能夠在較短的時間內(nèi)將故障檢測出來，同時給予必要的處理方法。但值得注意的是，模糊診斷知識的獲取較為困難，很難確定出故障與征兆之間的模糊關(guān)系;在診斷過程中很容易出現(xiàn)漏診和誤診的情況。

3)數(shù)據(jù)融合和挖掘診斷方法。這種方法通過對傳感器觀測信息的自動分析和優(yōu)化組合，實現(xiàn)對故障的預(yù)測;這種方法在處理多源信息時具有較好的效果，并且能夠?qū)Χ鄠鞲衅髻Y源實施合理有效的利用，提高診斷的精確度。

3 結(jié)束語

電機(jī)設(shè)備的頻繁故障給工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成了極大的負(fù)面影響，研究電機(jī)的故障診斷技術(shù)具有重要意義，本文也正是基于此展開研究的。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，相信在未來，電機(jī)設(shè)備的故障診斷技術(shù)將會更加先進(jìn)。

［1］苗苗，朱秀慈，王海．異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子故障診斷方法研究［J］．控制工程，2007，(5):172 －174．

［2］呂鋒，邸敏艷．小波分析在電氣設(shè)備故障診斷中的應(yīng)用淺析［J］．計算機(jī)測量與控制，2002，(10):778－781．

［3］王方．現(xiàn)代機(jī)電設(shè)備安裝調(diào)試、運(yùn)行檢測與故障診斷、維修管理實務(wù)全書［M］．北京:金版電子出版社，2004．