基于C8051F021的离线式电动机故障检测仪

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'基于C8051F021的离线式电动机故障检测仪'
第27卷?总第155期2009年7月,第4期基于C8051F021的离线式电动机故障检测仪李琳锋A李中伟吩佟为明2(1.大庆炼化公司机电仪厂,黑龙江 大庆163411;2.哈尔滨工业大学电气工程系,黑龙江哈尔滨150001;3.大庆油田博士后科研工作站,黑龙江大庆163458)摘 要:本文对基于MCA技术的离线式电动机故障检测的基本原理和实现方法进行了深入研 究,以C8051F021单片机为核心设计了离线式电动机故障检测仪。分析了电动机故障的基本类型, 确定了离线式电动机故障检测仪的主要功能,设计了装置硬件电路,给出了软件流程图,通过实际 测董验证了本文提出的故障检测算法的有效性。关键词:电动机故障检测;MCA技术;I/F倍频测试中图分类号:刑307 文献标识码:A 文章编号:1002 - 6339 ( 2009) 04 - 0339 - 04Offline Motor Fault Detector Based on C8051F021LI Lin - feng1, LI Zhong - wei2,3, TONG Wei 一 ming2(1 ? Daqing Refining & Chemical Company, Daqing 163411, China;2? Department of Electrical Engineering, Haibin Institute of Technology, Haibin 1500019 China;3.Daqing Oilfield Postdoctoral Working Station, Daqing 163458, China)Abstract: Based on MCA technology, offline motor fault detecting principle and realizing method are studied in this paper. Using C8O51FX)21 as the kernel, an offline motor fault detector is designed. Basic fault types of motor are analyzed and main functions of the fault detector are ascertained ? The hardware of the device is designed and the software flowchart is offered ? Hie fault delecting algorithm presented by this paper is validated by the real measurements.Key words:motor fault detection; MCA technology; I/F frequency test1引言电动机具有性能优良、便于控制和操作简单等 优点,从而广泛应用于电力、石油、化工、冶金和纺织 等国民经济重要部门⑴。但由于电网、负载、机械损牧稿日期2009?06?06 修订fit日期2009 - 07 - 08作者简介:李琳锋(1976-),男,博士。佟为明(1964-),男?教授.博导。伤、人为使用不当和维护不善等原因却使电动机经 常发生损坏,这不仅会影响电动机的安全运行和寿 命,降低能源利用效率,而且会影响生产和生活的正 常进行,甚至会给人民生命财产造成重大损失⑵。 因此,对电动机故障检测方法进行研究并开发相应 的电动机故障检测装置是十分必要的⑶。电动机故障检测装置按信号检测方式可分为在 线式和离线式两种⑷。比较而言,离线式电动机故 障检测装置开发成本较低、应用方便,且适用于大型行了深入研究,以1F021单片机为核心设计并电动机故耳绝it 故H轴承故障RSK 条一引出找K焊丄轴承润滑不良 丄:g承间隙过大 十轴宙动 十绝嫌弐化— -fae嫌电阻下降 『绝itl损伤?1电机暹否有故障及故建的严賣程度判断标准良好Fi.5% < A—15% < L*5% < Z-2 < Fi.3% < l/Fg<2w3%检修场合,在电动机故障检测领域占主导地位。传 统电动机离线检测主要采用电阻测试和绝缘测试方 法,其缺点是无法有效检测电动机高阻故障和绕组 阻值较低的大型电机⑸;谕5缱刺碌缍 磁特性的MCA(静态电路分析)技术可以克服这一 缺点,有效检测出电动机的各种故障。本文对基于MCA技术的离线式电动机故障检测原理和算法进开发了离线式电动机故障检测仪。根据工作电源不 同,可把电动机分为交流电动机和直流电动机,本文 主要研究交流电动机故障检测。图1电动机故障基本类型2电动机故障检测仪主要功能电动机主要由电路系统、磁路系统、绝缘系统、 机械系统和通风散热系统等几个独立又相互关联的 子系统组成。电动机岀现故障,将会涉及这些子系 统。根据故障发生位置,可将电动机故障分为定子 故障、转子故障、绝缘故障和轴承故障这4种基本故 障类型。具体如图1所示。美国电力研究学会对电动机故障的研究表明: 电动机故障的53%源于机械原因,如轴承故障、不 平衡、松动等;47%源于电气原因,其中,10%源于转 子,如铸件缺陷导致的不平衡气隙、断条等,37%源 于定子绕组。根据武钢电气公司对7315台交直流 电动机检修的统计来看,因匝间、对地短路和绕阻烧 毁而进行绕组大修的电动机2188台,可见,绕组故 障在电动机故障中所占比例较大。电动机绕组故障往往发生在瞬间,破坏性较强, 且事故后的;煨奘奔浣铣,一旦发生,将给企业 带来较大的经济损失。因此,本文设计的电动机故 障检测仪主要检测绕组故障,以MCA技术为基础, 通过测试电动机的阻抗Z、电阻R、电感乙、两相相 角差用和倍频测试值值,从而快捷地检测岀电 动机的各类绕组故障,如定子绕组匝间短路和相间 短路等。?340?3 故障检测原理与算法3.1 MCA技术基本原理与测试评估标准MCA技术的基本原理是将电动机看成一个由 电阻心电感乙、电容C组成的等效电路,电动机通 入交流电运行时其感抗Xi = 为角频率,容抗 屁=1/必,阻抗Z = // +(島+屁)2。电动机 正常运行时,各相电流的相位差为12CT,相间阻抗平 衡。当电动机运行异;虿收鲜,必然产生相间 阻抗不均衡;贛CA技术的电动机故障检测方法 综合利用测得的电动机绕组Z、R、L、Fi和〃F的值 及绝缘值全面评估电动机的整体性能,以判读其是 否存在故障。电动机诊断的国际标准是根据大量测 试数据确定的,圧EE给出的电机是否有故障及故 障的严重程度判断标准如表1所示。缺陷2% V /U w 5% 5% v E- w 15% 2% v Z— w 5% 0 <0 < l/F9表中R詁=(Rg?RnriJ/He,为电动机A、B、C三 相绕组
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