CN106602797A - 非侵入式检测感应电动机偏心的检测装置及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种非侵入式检测感应电动机偏心的检测装置，涉及电机技术领域，该检测装置包括处理器、薄膜热敏电阻；薄膜热敏电阻设置在电动机的定子齿部；薄膜热敏电阻与处理器电性连接；本发明还公开使用上述的非侵入式检测感应电动机偏心的检测装置进行感应电动机偏心测试的方法。本发明具有能够长期监控电机运行状态，快速辨别偏心故障类型并能够定位最小气隙位置，从而确保电机的长期稳定运行的优点。

Description

非侵入式检测感应电动机偏心的检测装置及其检测方法

技术领域

本发明涉及电机技术领域，尤其涉及非侵入式检测感应电动机偏心的检测装置及其检测方法。

背景技术

电机偏心故障特指电机运行过程中定转子之间气隙不均匀的故障形式。转子偏心故障主要分为以下三类：静偏心、动偏心、混合偏心。

静偏心故障特指在电机运行过程中定转子几何中心发生偏离，转子围绕自身几何中心旋转的故障形式；动偏心是指电机在运行过程中定转子几何中心发生偏离，转子围绕定子几何中心旋转的故障形式；混合偏心则指电机在运行过程中定转子几何中心发生偏离，转子既不围绕自身几何中心又不围绕定子几何中心，而是围绕其它位置进行旋转的故障形式。

此外，近年来又有学者根据实际工程经验及故障现象，提出了斜偏心以及弧偏心。斜偏心是指转轴两端不处于同一水平位置而引起的转子偏心故障；弧偏心特指沿整个转子轴向，不同轴向位置处转子处于不同偏心度的一种特殊的偏心故障形式。转子偏心故障严重影响电机的各项运行特性，并且如果不及时维修处理，故障将进一步恶化，并最终导致定转子铁心相擦，危及人们的生产生活安全。因此，转子偏心故障的检测与预测就变得尤为重要。

一直以来转子偏心故障的检测技术是转子偏心故障研究领域中的重中之重。应用最为广泛的检测方法为基于定子电流信号分析的故障诊断方法，不过该方法具有一定的局限性，受制于感应电机的定转子槽配合以及无法准确定位转子偏心故障的具体位置。

然而，基于磁路连续性的特征，现今又存在多种侵入式检测方法，譬如在定子齿部、轭部、端部等位置安置检测线圈对电机磁场进行检测以判断故障形式，这些方法都能有效地鉴别出转子偏心故障的具体类型以及相应的最小气隙位置，即最大偏心处。然而该方法虽能对转子偏心故障进行有效地检测，但是侵入式检测方法本身对电机具有破坏性，因此，在实际工程中该方法技术尚未被广泛应用。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供非侵入式检测感应电动机偏心的检测装置及其检测方法，以求能够长期监控电机运行状态，快速辨别偏心故障类型并能够定位最小气隙位置，从而确保电机的长期稳定运行。

本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：一种非侵入式检测感应电动机偏心的检测装置，包括处理器；还包括薄膜热敏电阻；所述薄膜热敏电阻设置在电动机的定子齿部；所述薄膜热敏电阻与所述处理器电性连接。

优选地：若干个所述薄膜热敏电阻在定子的齿部沿所述定子轴向和周向呈矩阵分布。

优选地：所述薄膜热敏电阻与引线的一端连接，所述引线的另一端通过接线盒与总线的一端连接，所述总线的另一端与处理器连接；所述接线盒设置在所述电动机的壳体的外侧。

优选地：所述薄膜热敏电阻采用强力粘合剂粘合在定子齿部内表面。

一种使用上述的非侵入式检测感应电动机偏心的检测装置进行感应电动机偏心测试的方法，包括以下步骤：

步骤一：利用单个薄膜热敏电阻实时在线测量并记录待测电动机其定子齿部温升信号，并将温升信号转换为变化的电压信号；

步骤二：利用多个薄膜热敏电阻形成的检测信号采集阵列对感应电动机多个定子齿部位置实施信号采集，形成此检测电压信号簇，并汇入处理器；

步骤三：选择正常运行的电动机并使之处于稳定运行状态，将该正常运行的电动机其定子齿部各个位置处薄膜热敏电阻输出的电压信号簇作为标准参考电压；

步骤四：对于待测电动机，利用处理器将检测电压信号簇与标准参考电压进行对比分析，判断待测电动机是否存在偏心故障。

优选地，所述偏心故障的的测试包括转子偏心故障，故障类型以及相应的最小气隙位置。

优选地，若待测电动机的各个位置处的电压信号不变且与标准参考电压一致，则说明待测电动机正常运行；

若待测电动机中同一轴向位置、不同周向位置处的电压信号以某一处位置最大，并向两边逐渐减小，并且最大处电压大于标准参考电压，最小处电压小于标准参考电压，则说明待测电动机静偏心，气隙最小位置处于电压最大处的薄膜热敏电阻与其在轴向和周向相邻的薄膜热敏电阻之间，气隙最大位置处于电压最小处的薄膜热敏电阻与其在轴向和周向相邻的薄膜热敏电阻之间；

若待测电动机的所有位置处电压信号都比标准参考电压有所上升，且上升幅值相同，则说明待测电动机动偏心；

若待测电动机中所有位置处电压信号都比标准参考电压有所上升，并且同一轴向位置、不同周向位置处电压信号以某一处位置最大，并向两边逐渐减小，则说明待测电动机混合偏心，气隙最小位置处于电压最大处的薄膜热敏电阻与其在轴向和周向相邻的薄膜热敏电阻之间，气隙最大位置处于电压最小处的薄膜热敏电阻与其在轴向和周向相邻的薄膜热敏电阻之间；

若待测电动机中同一周向位置、不同轴向位置处的电压信号从转轴一段到另一段逐渐减小或增大，并且最大处电压大于标准参考电压，最小处电压小于标准参考电压，则说明待测电动机斜偏心；

若待测电动机中同一周向位置、不同轴向位置处的电压信号从转轴中间区域向两端逐渐减小，并且最大处电压大于标准参考电压，最小处电压小于标准参考电压，则说明待测电动机弧偏心，气隙最小处于电压最大处的薄膜热敏电阻与其轴向和周向相邻的薄膜热敏电阻之间。

本发明的优点在于：本发明通过分析对比定子齿部多个位置处的温升变化信号来具体判断感应电机转子偏心故障类型以及最小气隙位置处。本发明为非侵入式检测技术，不会对电机本身带来任何破坏，不影响电机正常运行性能，适合长期对电机运行状态在线观测，不仅能够检测电机转子偏心故障，并且还能够为该故障发生提供预测。

附图说明

图1为本发明中非侵入式检测感应电动机偏心的检测装置的结构示意图。

图2为本发明中薄膜热敏电阻在安装状态下的结构示意图。

图3为薄膜热敏电阻呈阵列分布的结构示意图。

图中标号：1为电动机，2为接线盒，3为总线，4为计算机，5为引线，6为薄膜热敏电阻，11为定子。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明公开一种非侵入式检测感应电动机偏心的检测装置，包括计算机4、薄膜热敏电阻6、引线5、总线3、接线盒2；若干个薄膜热敏电阻6在定子11的齿部沿定子11轴向和周向呈矩阵分布；本实施例采用的薄膜热敏电阻6沿定子11铁心轴向分布3个及以上，沿周向一周分布6～10个，具体视电动机1的定子11的铁心大小而定，组成的信号采集阵列可以由18～30个以上的薄膜热敏电阻6组成。

薄膜热敏电阻6与引线5的一端连接，引线5的另一端通过接线盒2与总线3的一端连接，总线3的另一端与处理器连接；接线盒2设置在电动机1的壳体的外侧。

本发明通过接线盒2引出的信号总线3分别联接被测感应电机和计算机4。本发明的计算机4其采用的处理器可以是英特尔i3 6100，或者其它现有技术的处理器。计算机4的作用是将所采集的检测电压信号簇与标准参考电压进行对比分析、并判断转子偏心故障类型以及最小气隙位置处。

本实施例的待测感应电机采用为交流三相笼型感应电机，供电频率为50Hz，薄膜热敏电阻6阵列信号通过各自引线5汇入接线盒2形成信号总线3与计算机4联接。

优选地，薄膜热敏电阻6应用强力粘合剂，如509AB胶水或302金属胶粘合在定子11齿部内表面，再在定子11各个槽中嵌入定子11绕组，使薄膜热敏电阻6能够有效固定。

如图3所示，薄膜热敏电阻6沿定子11铁心轴向均匀分布3个，沿周向均匀分布6个，共计18个。

对根据薄膜热敏电阻6输出的电压信号簇，可以实时监控感应电机运行状态，并可以判断感应电机是否存在转子偏心故障、相应的故障类型和大致最小气隙位置处。

在对电机进行检测前还需获得各个位置处的标准参考电压。其步骤为，取同型号电机安装上式检测装置，并使之稳定运行一段时间，取得定子11齿部各个位置处的薄膜热敏电阻6输出电压信号，该信号即为标准参考电压。

本发明的感应电动机偏心测试的方法，包括以下步骤：

步骤一：利用单个薄膜热敏电阻6实时在线测量并记录待测电动机1其定子11齿部温升信号，并将温升信号转换为变化的电压信号；

步骤二：利用多个薄膜热敏电阻6形成的检测信号采集阵列对感应电动机1多个定子11齿部位置实施信号采集，形成此检测电压信号簇，并汇入处理器；

步骤三：选择正常运行的电动机1并使之处于稳定运行状态，将该正常运行的电动机1其定子11齿部各个位置处薄膜热敏电阻6输出的电压信号簇作为标准参考电压；

步骤四：对于待测电动机1，利用处理器将检测电压信号簇与标准参考电压进行对比分析，判断待测电动机1是否存在偏心故障。

偏心故障的的测试包括转子偏心故障，故障类型以及相应的最小气隙位置。具体的分析、判断标准，如表1所示。

表1

综上所述，本发明通过分析对比定子齿部多个位置处的温升变化信号来具体判断感应电机转子偏心故障类型以及最小气隙位置处。本发明为非侵入式检测技术，不会对电机本身带来任何破坏，不影响电机正常运行性能，适合长期对电机运行状态在线观测，不仅能够检测电机转子偏心故障，并且还能够为该故障发生提供预测。

需要说明的是，在本文中，如若存在第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其它变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种非侵入式检测感应电动机偏心的检测装置，包括处理器；其特征在于：还包括薄膜热敏电阻；所述薄膜热敏电阻设置在电动机的定子齿部；所述薄膜热敏电阻与所述处理器电性连接。

2.根据权利要求1所述的一种非侵入式检测感应电动机偏心的检测装置，其特征在于：若干个所述薄膜热敏电阻在定子的齿部沿所述定子轴向和周向呈矩阵分布。

3.根据权利要求1所述的一种非侵入式检测感应电动机偏心的检测装置，其特征在于：所述薄膜热敏电阻与引线的一端连接，所述引线的另一端通过接线盒与总线的一端连接，所述总线的另一端与处理器连接；所述接线盒设置在所述电动机的壳体的外侧。

4.根据权利要求1所述的一种非侵入式检测感应电动机偏心的检测装置，其特征在于：所述薄膜热敏电阻采用强力粘合剂粘合在定子齿部内表面。

5.一种使用如权利要求1-4任一项所述的非侵入式检测感应电动机偏心的检测装置进行感应电动机偏心测试的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：利用单个薄膜热敏电阻实时在线测量并记录待测电动机其定子齿部温升信号，并将温升信号转换为变化的电压信号；

步骤二：利用多个薄膜热敏电阻形成的检测信号采集阵列对感应电动机多个定子齿部位置实施信号采集，形成此检测电压信号簇，并汇入处理器；

步骤三：选择正常运行的电动机并使之处于稳定运行状态，将该正常运行的电动机其定子齿部各个位置处薄膜热敏电阻输出的电压信号簇作为标准参考电压；

步骤四：对于待测电动机，利用处理器将检测电压信号簇与标准参考电压进行对比分析，判断待测电动机是否存在偏心故障。

6.根据权利要求5所述的感应电动机偏心测试的方法，其特征在于，所述偏心故障的测试包括转子偏心故障，故障类型以及相应的最小气隙位置。

7.根据权利要求6所述的感应电动机偏心测试的方法，其特征在于，

若待测电动机的各个位置处的电压信号不变且与标准参考电压一致，则说明待测电动机正常运行；

若待测电动机中同一轴向位置、不同周向位置处的电压信号以某一处位置最大，并向两边逐渐减小，并且最大处电压大于标准参考电压，最小处电压小于标准参考电压，则说明待测电动机静偏心，气隙最小位置处于电压最大处的薄膜热敏电阻与其在轴向和周向相邻的薄膜热敏电阻之间，气隙最大位置处于电压最小处的薄膜热敏电阻与其在轴向和周向相邻的薄膜热敏电阻之间；

若待测电动机的所有位置处电压信号都比标准参考电压有所上升，且上升幅值相同，则说明待测电动机动偏心；

若待测电动机中所有位置处电压信号都比标准参考电压有所上升，并且同一轴向位置、不同周向位置处电压信号以某一处位置最大，并向两边逐渐减小，则说明待测电动机混合偏心，气隙最小位置处于电压最大处的薄膜热敏电阻与其在轴向和周向相邻的薄膜热敏电阻之间，气隙最大位置处于电压最小处的薄膜热敏电阻与其在轴向和周向相邻的薄膜热敏电阻之间；

若待测电动机中同一周向位置、不同轴向位置处的电压信号从转轴一段到另一段逐渐减小或增大，并且最大处电压大于标准参考电压，最小处电压小于标准参考电压，则说明待测电动机斜偏心；

若待测电动机中同一周向位置、不同轴向位置处的电压信号从转轴中间区域向两端逐渐减小，并且最大处电压大于标准参考电压，最小处电压小于标准参考电压，则说明待测电动机弧偏心，气隙最小处于电压最大处的薄膜热敏电阻与其轴向和周向相邻的薄膜热敏电阻之间。