直流電動(dòng)機(jī)的故障檢測(cè)和診斷技術(shù)綜述
劉小明，劉振興（武漢科技大學(xué)冶金自動(dòng)化與檢測(cè)技術(shù)教育部工程研究中心，武漢430081）
摘要：本文對(duì)直流電動(dòng)機(jī)主要故障表現(xiàn)特征進(jìn)行總結(jié)，對(duì)相關(guān)的主要故障檢測(cè)和診斷方法進(jìn)行介紹和評(píng)述，提出直流電動(dòng)機(jī)故障診斷的發(fā)展方向。
關(guān)鍵詞：直流電動(dòng)機(jī)；故障檢測(cè)；故障診斷；專家系統(tǒng)
中圖分類號(hào)：TM381; TM307+．1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1001-6848( 2010) 01-0086-05
0引 言
直流電動(dòng)機(jī)具有調(diào)速特性好、能承受頻繁沖擊負(fù)載、過(guò)載能力強(qiáng)、能實(shí)現(xiàn)頻繁快速起動(dòng)制動(dòng)以及逆向旋轉(zhuǎn)等優(yōu)越性，使其在當(dāng)前“以交代直”的發(fā)展趨勢(shì)中仍然在傳動(dòng)領(lǐng)域，尤其是在調(diào)速性能要求很高的重要系統(tǒng)中占有極其重要的地位。現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備的大型化，生產(chǎn)工藝連續(xù)化、高速化使得直流電動(dòng)機(jī)等重要設(shè)備故障引起的停工停產(chǎn)損失極大增加，維修費(fèi)用大幅度上升。因此，從維持系統(tǒng)穩(wěn)定、減少事故、降低成本等方面出發(fā)，十分有必要對(duì)直流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行故障檢測(cè)和故障診斷。本文將在總結(jié)國(guó)內(nèi)外學(xué)者在直流電動(dòng)機(jī)故障檢測(cè)和故障診斷方面的研究成果的基礎(chǔ)上，對(duì)此作一個(gè)比較全面的介紹。
1 直流電動(dòng)機(jī)的常見故障
1.1換向故障
刷火異常是綜合反映電動(dòng)機(jī)各種故障的先兆，明亮、暴鳴狀、火球狀或飛濺狀刷火明顯標(biāo)志了換向不良。刷火異常通常由電磁原因、機(jī)械原因、負(fù)載原因，環(huán)境原因等造成。
電刷工作面出現(xiàn)霧狀的輕微燒痕、過(guò)熱、磨損過(guò)快、磨損不均、振動(dòng)、噪聲大，甚至碎裂、掉邊缺角等，都說(shuō)明了電機(jī)換向存在故障。造成電刷故障的原因是電刷壓力過(guò)大、接觸電阻過(guò)大、換向器偏心、電機(jī)火花過(guò)大、環(huán)境溫度過(guò)高過(guò)低、粉塵過(guò)多等。
常見的換向器表面故障有隔片燒傷、相隔一個(gè)極距燒傷、局部區(qū)域燒痕、換向片沿圓周不均勻燒黑等。誘發(fā)換向器故障的主要原因有升高片有開焊、刷粉將換向片局部短路、換向器表面不圓、產(chǎn)生刷火、電刷電流分布不均、電機(jī)定子中心不對(duì)、轉(zhuǎn)子不平衡等。
1.2電樞故障
電樞常有接地和短路故障。電樞短路故障包含換向片間短路和電樞繞組匝間、層間短路。換向片間短路更常見。換向片間短路的原因有換向器云母溝內(nèi)或升高片根底有大量導(dǎo)電雜質(zhì)、電刷灰等使片間短路；V形云母環(huán)3度面縫隙內(nèi)進(jìn)入導(dǎo)電粉塵。電樞繞組匝間或?qū)娱g短路原因主要有電樞繞組絕緣長(zhǎng)期過(guò)熱老化；繞組遭受潮氣、酸類侵蝕；槽內(nèi)線圈松動(dòng)、線圈絕緣遭受機(jī)械損傷等。
繞線斷裂、開焊等故障也時(shí)有發(fā)生，主要征兆有振動(dòng)大、噪聲大、電樞電流波動(dòng)大。其原因有負(fù)載過(guò)大、電流過(guò)大、機(jī)體材料缺陷等。
1.3繞組故障
定子繞組常見故障有絕緣電阻降低、匝間短路、斷路、接地以及繞組連接極性接反。定子勵(lì)磁繞組絕緣電阻降低的原因有絕緣表面有污垢和碳粉、絕緣受潮、絕緣老化。勵(lì)磁繞組匝間短路較多時(shí)，電機(jī)會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)、繞組發(fā)熱或冒煙、勵(lì)磁電流劇增、絕緣有被燒焦的痕跡。故障原因有線圈絕緣表面積滿灰塵和油污、制造或重繞修理時(shí)造成S彎處匝間短路、搬運(yùn)檢修時(shí)造成的機(jī)械損傷。勵(lì)磁繞組接地是由于線圈對(duì)鐵心松動(dòng)、對(duì)地絕緣遭到磨損。電機(jī)起動(dòng)困難、轉(zhuǎn)矩降低，甚至不能起動(dòng)的原因是勵(lì)磁繞組接反或斷路。
補(bǔ)償繞組和換向極繞組常見故障是匝間短路和對(duì)地?fù)舸?/DIV>
2直流電動(dòng)機(jī)的故障檢測(cè)方法
2.1基于電樞電流分析的方法
元件開路、元件脫焊和匝間短路等故障發(fā)生時(shí)，電機(jī)的電樞電流（包括啟動(dòng)電流和穩(wěn)態(tài)電流）會(huì)有較大的變化。電樞繞組中的一個(gè)元件開路，當(dāng)其他電磁參數(shù)未發(fā)生改變時(shí)，導(dǎo)致電樞并聯(lián)支路數(shù)的減少，引起電樞電阻增大，必然使平均電樞電流減小，電機(jī)轉(zhuǎn)速下降，電流的脈動(dòng)頻率減小。電樞繞組線圈短路后與正常情況相比，電樞電流比正常狀態(tài)下增大了，起動(dòng)過(guò)程的電樞電流的下降速率降低[2-7]
永磁直流電動(dòng)機(jī)的電樞電沆的瞬態(tài)響應(yīng)為：
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