CN114325385A - 一种电机台架断轴检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于电机试验技术领域，涉及一种电机台架断轴检测方法，通过CAN总线通信，将变频柜的转速数据采集到单片机中，定义为DYNO_SPEED,再将电机控制器中的转速信号采集到单片机中，定义为MOTER_SPEED，实时进行运算DYNO_SPEED‑MOTER_SPEED>50rpm或DYNO_SPEED‑MOTER_SPEED<‑50rpm，即触发报警，提醒操作者，传动轴断轴，同时系统进入急停状态；实时检测扭矩测量值，如果波动范围过大时，预警提醒后操作人员手动进入扭振点测试模式，通过对扭振点的测试与之前存储的扭振点进行比较，如果偏差较大，检查传动轴是否损坏；本发明可以提前预知故障，真正出现故障时也会报警，系统安全可靠。

Description

一种电机台架断轴检测方法

技术领域

本发明属于电机试验技术领域，涉及一种电机台架断轴检测方法。

背景技术

电机试验台架测功机与被测电机高速旋转，正常情况下，电机与测功机同轴旋转，转速一样。

但是当传动轴断轴时，测功机转速会瞬间达到最大进而出现报警的情况，对测功机有一定程度的损伤。

申请号为201721849884.3专利文献1，一种联轴器断轴检测保护系统及起重机，联轴器结构的两端均设有检测盘，控制单元包括控制器及两个与检测盘电信号连接的测速器，测速器与检测盘一一对应设置，控制器与制动装置连接。使用时，两个检测盘分别采集联轴器结构两端的转速脉冲信号，并将转速脉冲信号发送至对应的测速器中，经计算，当两个转速脉冲信号的时差值大于预设的容许值时，控制器控制制动装置将联轴器结构制动，以有效实现联轴器的失效自动检测及紧急制动，进而避免造成人员和财产损伤，利于提高机械设备的使用安全性。

该方案不能提前预知故障，本申请可以提前预知故障。

申请号为201921899501.2专利文献2，一种煤矿架空乘人设施的断轴保护装置，本实用新型提出一种煤矿架空乘人设施的断轴保护装置，包括安装顶座、钢轮、轮轴、保护装置支架、断轴检测传感器、打滑检测传感器和打滑检测磁钢，打滑检测磁钢设置在轮轴端部，钢轮的顶部设置有向外翻起的防脱边，钢轮的外侧套设有轮衬，轮衬的外圆面上设置有钢绳槽，钢轮的底部设置有防脱板，防脱板与钢轮之间至少设置有弹簧垫，弹簧垫设置在钢轮上设置的垫槽中，安装顶座朝向钢轮的一侧设置有向钢轮凸起的防脱肩与防脱槽，保护底座的中心设置有防脱杆，轮轴的端部设置有与防脱杆配合的杆槽。

该方案需要安装断轴检测传感器，本申请不需安装传感器，并且可以提前预知故障。

申请号为201921543742.3专利文献3，本实用新型公开了一种净化除气装置转轴的断轴报警系统，主要解决现有铝液净化除气装置使用过程中断轴难以检测，导致除气效果不佳，铝合金制品产出质量不高的问题。

该系统包括与主工作气源连通的主气源管道，从下而上依次设置于主气源管道上的压力开关、过滤器、气体分路阀，通过气体分路阀与主气源管道分路连接的多路净化除气管路，以及与每路净化除气管路相连的报警控制平台。

当净化除气过程中发生转轴断轴后，由于没有了铝液的阻力，对应的转子气体管路中的流量传感器瞬间就可以检测到工作气体流量的突然增大，通过捕捉到的转轴工作气体流量信号的变化。

控制器使声光报警器准确发出对应的转轴断轴报警信号，及时提示操作人员进行处理。

该方案不能提前预知故障，本申请可以提前预知故障。

专利文献1、专利文献2、专利文献3公开的专利设计均需要有传感器，且不能提前预知故障。

本申请可以提前预知故障，真正出现故障时也会报警，系统安全可靠。

公告号为CN108845254A专利文献公开了IBSG起发一体电机系统台架及测试方法和装置，通过测功机将电机转速控制为第一预设值，并设定IBSG的目标扭矩，实时计算IBSG电机的当前计算扭矩，系统台架借助扭矩传感器实时获取IBSG电机的实际输出扭矩(实测扭矩)。

上位机实时对比实测扭矩与所述目标扭矩之间的偏差，当该偏差不在预设范围内，调整所述IBSG电机的控制参数，以使得所述实测扭矩与所述目标扭矩之间的偏差在预设范围内。

当调整至实测扭矩与所述目标扭矩之间的偏差在预设范围内时，分别确定所述当前计算扭矩、所述实测扭矩和所述目标扭矩两两之间的偏差，从而可以评价该IBSG电机在实际整车运行情况下的扭矩控制精度和扭矩计算精度。

公告号为CN105467315A公开了一种信号高效转换的测试转速自动调整型电机测试系统，其特征在于，由单片机，分别与单片机相连接的变频电机控制单元、输出显示单元、操作单元和模数转换单元，与模数转换单元相连接的转速信号采集单元，与转速信号采集单元相连接的被测电机，与被测电机相连接的变频电机，以及与变频电机相连接的电源组成；所述变频电机还与变频电机控制单元相连接；本发明可以在测试过程中快速的对被测电机的转速进行调整，以测试被测电机在不同转速下的参数，提高了电机测试的效率。同时，本发明设置有模数转换单元，其对转速信号进行转换的效率很高，因此可以提高电机的测试效率，节省测试时间。

公告号为CN106679972A公开了一种具有过载保护功能的扭振测试试验台架，包括：分别通过联轴器连接在试验旋转器件两端的动力输入端发动机和输出端电机，试验旋转器件两端还分别安装有两个转矩转速传感器，用以监测试验旋转器件输入端和输出端的实时转矩和转速；用以对试验旋转器件进行润滑的油压泵站；用以分别显示两个转矩转速传感器的转矩转速信号的两个数据显示仪；用以调节输出端电机转矩转速的电柜；用以收集两个转矩转速传感器的转矩转速信号并根据该信号控制电柜调节输出端电机转矩、转速的控制盒。其在使用过程中能通过对测试系统输入端和输出端的转矩转速的实时监测，对负载电机进行过载控制，起到保护负载电机和整个测试系统的作用。

公告号为CN108217467A涉及起重设备技术领域，尤其涉及一种联轴器断轴检测保护系统、方法及起重机。本发明提供的联轴器断轴检测保护方法，包括检测步骤：通过第一测速器采集联轴器的第一端的第一转速脉冲信号，通过第二测速器采集联轴器的第二端的第二转速脉冲信号；计算步骤：计算第一转速脉冲信号与第二转速脉冲信号的时差值；判断步骤：判断时差值是否大于预设的容许值，若是，则发出制动信号以将联轴器制动；若否，则返回至检测步骤。采用本申请提供的方法，可通过采集到的两个转速与预设的容许值比较，一旦超过则立刻发出制动信号以将联轴器制动，以有效实现联轴器的失效自动检测及紧急制动，进而避免造成人员和财产损伤，利于提高机械设备的使用安全性。

公告号为CN106996876B涉及一种用于车辆电驱动系统的台架试验设备及其使用方法，其特征在于，该台架试验设备包括车用电机、加载电机、仿真计算装置、负载控制器、电机驱动装置、滑移率控制器和变频柜；车用电机通过传动装置连接加载电机，传动装置上设置检测装置，检测装置用于检测车用电机和加载电机实际转速以及传动装置转矩；电机驱动装置用于将车用电机的实际电磁转矩反馈至仿真计算装置；仿真计算装置用于计算车辆动力学状态参数；负载控制器用于计算加载电机所需电磁转矩；变频柜用于对加载电机进行直接电力驱动；滑移率控制器用于计算车用电机目标滑移率和所需电磁转矩，电机驱动装置对所述车用电机进行直接电力驱动，本发明可广泛应用于台架试验设备中。

但上述专利与本申请方法关联性不大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：

防止断轴飞车情况的发生，定期判断传动轴是否出现异常，提供了一种电机台架断轴检测方法。

需要说明的是，在本文中，诸如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”或者其任何其他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他要素，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。

为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的：

一种电机台架断轴检测方法，其特征在于：

通过CAN总线通信，将变频柜的转速数据采集到单片机中，定义为DYNO_SPEED,再将电机控制器中的转速信号采集到单片机中，定义为MOTER_SPEED；

实时进行运算DYNO_SPEED-MOTER_SPEED>50rpm或

DYNO_SPEED-MOTER_SPEED<-50rpm；

即触发报警，提醒操作者，传动轴断轴，同时系统进入急停状态。

进一步地，在测功机轴上安装旋转编码器，被测电机的转速通过电机控制器读取，将被测电机的转速与测功机变频柜的转速进行对比；

当转速差大于50转时，减速停车，并报警，提示断轴故障。

进一步地，被测电机由电机控制器控制，测功机由变频器控制，读取电机控制器转速，与测功机变频柜的转速进行对比。

进一步地，实时进行运算DYNO_SPEED-MOTER_SPEED>50rpm或DYNO_SPEED-MOTER_SPEED<-50rpm；

在单片机中定义两个real类型的变量；

一个变量名为：MOTER_SPEED；

另一个变量名为：DYNO_SPEED；

再定义一个sub_speed,sub_speed＝DYNO_SPEED-MOTER_SPEED。

一种电机台架断轴检测方法，还包括：

实时检测扭矩测量值，如果波动范围过大时，预警提醒后操作人员手动进入扭振点测试模式，通过对扭振点的测试与之前存储的扭振点进行比较，如果偏差较大，检查传动轴是否损坏。

进一步地，波动范围超过±10N时，进行预警提醒。

进一步地，所述扭矩测量值通过扭矩法兰进行测量。

进一步地，所述扭振点测试模式，是指当检测到扭矩测量值瞬间波动后，将电机运行到额定转速，控制器断开使能，让电机自由旋转，转速逐渐减小到0，在整个减速的过程中，记录扭矩测量值是否发生波动。

进一步地，如果扭矩测量值发生波动，记录下扭矩测量值发生波动时刻的转速值，该转速点即为扭振点，检查传动轴，如果传动轴没有问题，在正常运行时避开该点，即跳过该频率运行范围。

进一步地，每个月定期对扭振点测试并进行比较，定期判断传动轴是否出现异常。

与现有技术相比本发明的有益效果是：

本发明利用不同转速下的扭矩测量值，来识别传动轴是否发生断裂；

当扭振不稳定时，检测传动轴是否发生断裂或裂痕，可以在断轴前就发现问题，避免出现严重的事故。

本发明可以提前预知故障，真正出现故障时也会报警，系统安全可靠。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

图1是本发明所述一种电机台架断轴检测方法所涉及的系统框图。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、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更加详细的描述。

在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。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。

下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

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他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

下面结合附图对本发明作详细的描述：

为了防止断轴飞车情况的发生，在测功机轴上安装旋转编码器的同时，将被测电机的转速通过电机控制器读取出来，将被测电机的转速与测功机变频柜的转速进行对比。

当转速差大于50转时，减速停车，并报警，提示断轴故障，解决了断轴飞车的故障。

被测电机是使用电机控制器控制的，测功机是用变频器控制的，因此需要读取电机控制器转速，与测功机变频柜的转速进行对比。

当扭矩测量值波动较大时，可以通过测功机控制器断电，关闭励磁，让测功机自由运转，逐渐减速到0rpm。

在减速的过程中，测量扭矩法兰的扭矩测量值，如果扭矩测量值在某个转速下波动较大，就说明扭振点在波动较大的那个转速位置。

通过对扭矩测量值的测试与存储，定期对扭矩测量值进行比较，可以定期判断传动轴是否出现异常。

本发明利用不同转速下的扭矩测量值，来识别传动轴是否发生断裂，当扭矩测量值不稳定时，检测传动轴是否发生断裂或裂痕，可以在断轴前就发现问题，避免出现严重的事故。

一种电机台架断轴检测方法，通过CAN总线通信，将变频柜的转速数据采集到单片机中，定义为DYNO_SPEED。

将电机控制器中的转速信号采集到单片机中，定义为MOTER_SPEED。

实时进行运算DYNO_SPEED-MOTER_SPEED>50rpm；

或DYNO_SPEED-MOTER_SPEED<-50rpm；

即触发报警，提醒操作者，传动轴断轴，同时系统进入急停状态。

在测功机轴上安装旋转编码器，被测电机的转速通过电机控制器读取，将被测电机的转速与测功机变频柜的转速进行对比。

当转速差大于50转时，减速停车，并报警，提示断轴故障。

被测电机由电机控制器控制，测功机由变频器控制，读取电机控制器转速，与测功机变频柜的转速进行对比。

实时进行运算DYNO_SPEED-MOTER_SPEED>50rpm；

或DYNO_SPEED-MOTER_SPEED<-50rpm。

在单片机中定义两个real类型的变量；

一个变量名为：MOTER_SPEED；

另一个变量名为：DYNO_SPEED；

再定义一个sub_speed,sub_speed＝DYNO_SPEED-MOTER_SPEED。

实时检测扭矩测量值，如果波动范围过大时，预警提醒后操作人员手动进入扭振点测试模式，通过对扭振点的测试与之前存储的扭振点进行比较；

如果偏差较大，检查传动轴是否损坏。

波动范围超过±10N时，进行预警提醒。

扭矩测量值通过扭矩法兰进行测量。

扭振点测试模式，是指当检测到扭矩测量值瞬间波动后，将电机运行到额定转速，控制器断开使能，让电机自由旋转，转速逐渐减小到0，在整个减速的过程中，记录扭矩测量值是否发生波动。

如果扭矩测量值发生波动，记录下扭矩测量值发生波动时刻的转速值，该转速点即为扭振点，检查传动轴，如果传动轴没有问题，在正常运行时避开该点，即跳过该频率运行范围。

每个月定期对扭振点测试并进行比较，定期判断传动轴是否出现异常。

首先通过CAN总线通信，将变频柜的转速数据采集到单片机中，定义为DYNO_SPEED；

再将电机控制器中的转速信号采集到单片机中，定义为MOTER_SPEED；

实时进行运算DYNO_SPEED-MOTER_SPEED>50rpm或

DYNO_SPEED-MOTER_SPEED<-50rpm；

即触发报警，提醒操作者，传动轴断轴，同时系统进入急停状态。

实时进行运算DYNO_SPEED-MOTER_SPEED>50rpm或

DYNO_SPEED-MOTER_SPEED<-50rpm，具体方法如下：

在单片机中定义两个real类型的变量，一个变量名为：MOTER_SPEED，另一个变量名为：DYNO_SPEED，再定义一个sub_speed；

sub_speed＝DYNO_SPEED-MOTER_SPEED

if(sub_speed>50||sub_speed<-50)//转速差的绝对值大于50

{alarm＝1；//报警

}

实时检测扭矩测量值，如果波动范围过大时(波动范围超过±10N时，进行预警提醒)，预警提醒后操作人员可以手动进入扭振点测试模式；

通过对扭振点的测试与之前存储的扭振点进行比较，如果偏差较大，检查传动轴，看传动轴是否损坏。

图1是本发明所述一种电机台架断轴检测方法所涉及的系统框图。

所涉及的系统包括变频柜、放置编成器、测功机、扭矩法兰、传动轴、被测电机、电机控制器、单片机控制器、CAN总线。

图1中扭矩法兰，可在运转过程中测量扭矩。

扭振点测试模式是指：

当检测到扭矩测量值瞬间波动后，将电机运行到额定转速后，控制器断开使能，让电机自由旋转，转速逐渐减小到0，在整个减速的过程中，记录扭矩测量值是否发生波动；

如果扭矩测量值发生波动，记录下扭矩测量值发生波动时刻的转速值，该转速点即为扭振点，检查传动轴，如果传动轴没有问题，在正常运行时应该避开该点，即跳过该频率运行范围。

扭振点测试模式，可以预断是否断轴的一种方法，与转速差判断方法是并列的关系，扭振点测试模式一般可提前判断出故障，尤其是弹性联轴器，内部断裂外观可能看不出来。

每个月定期对扭振点测试并进行比较，可以定期判断传动轴是否出现异常。

本发明利用单片机控制器读取变频柜与电机控制器的速值，将测功机转速DYNO_SPEED与电动机转速MOTER_SPEED进行对比，差值超过50RPM报警停机，防止出现更严重的故障。

本发明通过扭振点测量并比较的方法定期测量扭振，每个月定期对扭振点测试并进行比较，可以定期判断传动轴是否出现异常。

可以通过设置转速限值进行保护，超过转速上限报警停机，但是此方法有损坏测功机及电机的风险。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此。

任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

同时本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种电机台架断轴检测方法，其特征在于：

通过CAN总线通信，将变频柜的转速数据采集到单片机中，定义为DYNO_SPEED,再将电机控制器中的转速信号采集到单片机中，定义为MOTER_SPEED，实时进行运算DYNO_SPEED-MOTER_SPEED>50rpm或DYNO_SPEED-MOTER_SPEED<-50rpm，即触发报警，提醒操作者，传动轴断轴，同时系统进入急停状态。

2.根据权利要求1所述的一种电机台架断轴检测方法，其特征在于：

在测功机轴上安装旋转编码器，被测电机的转速通过电机控制器读取，将被测电机的转速与测功机变频柜的转速进行对比，当转速差大于50转时，减速停车，并报警，提示断轴故障。

3.根据权利要求1所述的一种电机台架断轴检测方法，其特征在于：

被测电机由电机控制器控制，测功机由变频器控制，读取电机控制器转速，与测功机变频柜的转速进行对比。

4.根据权利要求1所述的一种电机台架断轴检测方法，其特征在于：

实时进行运算DYNO_SPEED-MOTER_SPEED>50rpm或

DYNO_SPEED-MOTER_SPEED<-50rpm，在单片机中定义两个real类型的变量，一个变量名为：MOTER_SPEED，另一个变量名为：DYNO_SPEED，再定义一个sub_speed,sub_speed＝DYNO_SPEED-MOTER_SPEED。

5.根据权利要求1所述的一种电机台架断轴检测方法，其特征在于，还包括：

实时检测扭矩测量值，如果波动范围过大时，预警提醒后操作人员手动进入扭振点测试模式，通过对扭振点的测试与之前存储的扭振点进行比较，如果偏差较大，检查传动轴是否损坏。

6.根据权利要求5所述的一种电机台架断轴检测方法，其特征在于：

波动范围超过±10N时，进行预警提醒。

7.根据权利要求5所述的一种电机台架断轴检测方法，其特征在于：

所述扭矩测量值通过扭矩法兰进行测量。

8.根据权利要求5所述的一种电机台架断轴检测方法，其特征在于：

所述扭振点测试模式，是指当检测到扭矩测量值瞬间波动后，将电机运行到额定转速，控制器断开使能，让电机自由旋转，转速逐渐减小到0，在整个减速的过程中，记录扭矩测量值是否发生波动。

9.根据权利要求8所述的一种电机台架断轴检测方法，其特征在于：

如果扭矩测量值发生波动，记录下扭矩测量值发生波动时刻的转速值，该转速点即为扭振点，检查传动轴，如果传动轴没有问题，在正常运行时避开该点，即跳过该频率运行范围。

10.根据权利要求9所述的一种电机台架断轴检测方法，其特征在于：

每个月定期对扭振点测试并进行比较，定期判断传动轴是否出现异常。

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