CN114333519A - 一种钻井电机故障模拟实训平台及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了钻井装备领域中一种钻井电机故障模拟实训平台及使用方法。故障模拟装置包含钻井电机、试验台、仪表系统、传感器、线缆系统。钻井电机包含整个试验样机，固定于试验台，用于轴承故障设置和永磁体故障设置；试验台包含固定装置以及测功机，用于固定钻井电机，施加负载，并设置转子偏心故障；仪表系统包含动力柜、上位机，以及数据采集系统，用于为钻井电机提供动力，采集并处理故障信号；传感器固定于钻井电机，用于采集电机运行中产生的振动、转速、转矩和电流信号；线缆系统包含动力线，传感器接线、CAN总线、接线盘，用于为钻井电机提供动力、传输数据，并可以设置匝间短路和相间短路故障。

Description

一种钻井电机故障模拟实训平台及使用方法

技术领域

本发明涉及钻井装备技术领域，具体涉及一种钻井电机故障模拟实训平台及使用方法。

背景技术

钻井装备技术领域中，钻井电机结构复杂，作业工况恶劣，极易发生故障；井下作业环境使得钻井电机故障难以被直接发现，增加了故障研究的难度。为了提高钻井电机可靠性，需要对钻井电机故障进行试验研究，而常规故障实验成本较高，因此搭建合理的故障模拟实训平台对钻井电机故障研究非常重要。现有实训平台多采用小型样机，或者采用故障模拟软件，不能真实展现钻井电机的故障特征，导致教学周期长，教学效果不佳；现有实训平台多基于空载工况进行故障研究，但真实故障多发生于负载工况，相同故障在负载和空载工况中的故障特征可能差别较大，空载工况难以真实反映实际故障特征；现有实训平台受限于制作成本，只能展现特定程度故障，不能对故障程度进行调节，而相同故障在不同故障程度的故障特征往往差别明显，固定的故障模式不能反映故障状态的演化。现有实训平台多针对单一故障进行模拟，不能实现复合故障的模拟，不能真实反映故障的存在状态。为解决现有钻井电机故障模拟实训平台存在的以上技术问题，提出一种新的钻井电机故障模拟实训平台及使用方法。

发明内容

本发明公开了钻井装备技术领域一种钻井电机故障模拟实训平台及使用方法。本发明包括钻井电机、试验台、仪表系统、传感器系统、线缆系统。

钻井电机包含整个试验样机，固定于试验台，可在端盖拆卸后直接设置轴承故障和永磁体故障，可通过接线盘在故障注入点设置匝间短路故障和相间短路故障；电机本体通过支座支撑和固定；电源输入端连接动力线；转轴连接电机本体和测功机，用于传递测功机施加的负载扭矩。

试验台支座用于支撑和固定电机本体；底板用于承载和固定整个故障模拟系统；可调式轴承座内置轴承，用于支撑转轴；测功机通过转轴施加负载，可以生成不同负载下的故障信号；支座、可调式轴承座、测功机固定座的下板焊接于底板，上板通过螺栓与下板连接；可调式轴承座下板具有导轨，通过旋转轴承座两侧的调节螺栓，可以使轴承座沿导轨移动，用于设置转子偏心故障。

仪表系统中动力柜为系统提供动力，并实时显示电流值与电压值，同时可通过其中的调频仪调节钻井电机转速；数据采集系统可以实时采集传感器信号并显示电机振动、转速、扭矩、电流、温度、功率等参数；上位机安装有基于 LabVIEW开发的控制软件系统，可以提取信号数据，并对数据采集系统和动力柜发出控制指令。

传感器系统中电流互感器从调频仪与动力柜的动力线中采集电流信号；振动传感器固定于可调式轴承座，感知电机振动信号；转速传感器与扭矩传感器内置于测功机，并引出连线，用于测定钻井电机转速和转矩的变化。

线缆系统中动力线连接动力柜与电源输入端，为整个模拟系统提供动力；接线盘带有定子绕组短路抽头，可以通过短路抽头设置不同程度的定子绕组匝间短路和相间短路故障；动力线从动力柜输送动力至电源输入端；互感器接线、振动传感器接线、转速传感器接线、转矩传感器接线分别将电流、振动、转速、转矩信号传输至数据采集系统，信号再经CAN总线传输至上位机。上位机通过 CAN总线与控制线向动力柜、数据采集系统、测功机发送控制指令。

优选地，所述钻井电机中，通过将完好轴承和完整永磁体替换为故障轴承和不完整永磁体来模拟轴承故障和永磁体故障，故障程度由轴承完好程度和永磁体完整程度确定。

优选地，所述试验台中，通过旋转调节螺栓，可以使可调式轴承座带动电机转轴和旋转轴线偏移，来设置转子静态偏心；故障程度由转轴偏心距离确定。

优选地，所述仪表系统中，数据采集系统可以实时采集显示电机振动、转速、扭矩、电流、温度、功率等传感器信号，并传输至上位机控制软件系统。

优选地，所述传感器系统中，转速与转矩传感器内置于测功机，振动传感器固定于可调式轴承座，电流互感器在动力柜中获取电流信号。

优选地，所述线缆系统中，通过连接接线盘中相应的绕组短路抽头在故障注入点设置匝间短路故障和相间短路故障，故障程度由短路抽头插接位置确定。

本发明实施例的钻井电机故障模拟实训平台使用方法，包括以下步骤：

1、安装试验台并固定钻井电机。支座、可调式轴承座、测功机通过螺栓固定于底板，可拆卸；保证测功机与钻井电机转轴的同轴度。

2、安装传感器系统并连接线缆系统。固定振动传感器，转速传感器、转矩传感器和电流互感器，将传感器接线连接至数据采集系统，并通过CAN总线将接收的传感器数据传输到上位机。

3、安装上位机控制软件，向数据采集系统及动力柜发送控制指令。数据采集系统采集振动、转速、转矩、电流信号，并接收上位机控制指令；通过控制动力柜中调频仪可以实现钻井电机的调频调速。

4、开启动力柜电源，旋转调频仪旋钮至0后启动电机，通过调频旋钮改变电机转速，打开上位机控制软件，开启数据采集系统，启动测功机，可得到钻井电机在正常状态下不同负载时的运行数据。

5、未加负载工况下，对绕组匝间短路、相间短路、转子偏心、轴承故障、均匀失磁、局部失磁在不同程度时的单一故障和复合故障进行模拟。

定子绕组短路故障模拟：接线盘固定在电机本体外部，三相绕组中间被短路抽头四等分。绕组首端引出作为电源输入端，尾端与短路抽头引出作为故障注入点。通过插接短路抽头模拟绕组匝间短路和相间短路故障。

转子偏心故障模拟：因为钻井电机定子与转子之间存在气隙，通过轴承座两侧的调节螺栓移动，使轴承座带动转轴沿下板导轨移动，钻井电机转子与旋转轴心同时偏移，形成转子静态偏心故障。

轴承故障模拟：拆除钻井电机端盖，将最外侧一节的完好轴承替换为加工形成的故障轴承。在轴承外圈、内圈、滚动体表面，利用线切割或电火花加工小型凹坑来模拟外圈故障、内圈故障、滚动体故障。

永磁体故障模拟：拆除钻井电机端盖，将最外侧一节的完整永磁体替换为不完整永磁体，失磁故障程度取决于永磁体的完整程度。故障类型分为均匀失磁和局部失磁；失磁故障程度可分为：0-9％，10％-24％，25-50％。

6、可变负载工况下，对绕组匝间短路、相间短路、转子偏心、轴承故障、均匀失磁、局部失磁在不同程度时的单一故障和复合故障进行动态演化模拟。

本发明实施例的技术方案，具有如下优点：

1.本发明提出了一种钻井电机故障模拟实训平台。本发明针对现有平台多采用小型样机或模拟软件方式进行故障模拟的不足，采用实物样机进行真实故障模拟，缩短了教学周期，提高了教学效果；本发明针对现有平台多基于空载工况进行故障研究的不足，采用可变负载进行故障模拟，更加接近真实工作环境；本发明针对现有平台只能模拟特定故障状态的不足，采用可变故障状态进行模拟，可以真实反映故障状态的演化情况；本发明针对现有试验平台只能对单一故障进行模拟的不足，采用多故障设置，可以实现对复合故障的模拟。

2.本发明提出了一种钻井电机故障模拟实训平台使用方法。本发明将定子绕组引出外置接线盘，通过抽头连接模拟不同程度的匝间短路故障和相间短路故障；本发明使用可调式轴承座，通过移动调节螺栓可以模拟不同程度的定子静态偏心故障；本发明使用人为加工的故障轴承和不完整永磁体，替换原有的完好轴承和完整永磁体，来模拟不同程度的轴承故障和永磁体故障；本发明通过使用测功机对钻井电机施加负载，来模拟不同负载工况下的电机故障情况；本发明可以仅设置单种故障或同时设置多种故障，来模拟单一故障和复合故障。综上所述使用方法，本发明可以进行钻井电机在可变负载工况下不同故障程度的单一故障和复合故障的状态演化模拟。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式中的技术方案，下面将对具体实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1中钻井电机故障模拟实训平台的一个示例结构示意图；

图2为本发明实施例2中钻井电机定子的三相绕组图；

图3为本发明实施例2中钻井电机故障模拟实训平台使用方法的示例流程图。

附图标记：1-钻井电机，11-端盖；12-故障注入点；13-电机本体；14- 电源输入端；15-转轴；2-试验台；21-支座；22-底板；23-可调式轴承座；24- 调节螺栓；25-测功机；3-仪表系统；31-动力柜；32-数据采集系统；33-上位机；4-传感器系统；41-电流互感器；42-振动传感器；43-转速传感器；44- 转矩传感器；5-线缆系统；51-短路抽头；52-接线盘；53-动力线；54-互感器接线；55-振动传感器接线；56-转速传感器接线；57-转矩传感器接线；58-CAN总线；59-测功机控制线。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明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做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。

在本发明的描述中，需要说明的是，本文所用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并非旨在限制本发明。除非上下文明确指出，否则如本文中所使用的单数形式“一”、“一个”和“该”等意图也包括复数形式。使用“包括”和/或“包含”等术语时，是意图说明存在该特征、整数、步骤、操作、元素和 /或组件，而不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元素、组件、和 /或其他组合的存在或增加。术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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的限制。术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通；可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

本实施例提供一种钻井电机故障模拟实训平台，如图1所示，包括：钻井电机1、试验台2、仪表系统3、传感器系统4、线缆系统5。

钻井电机1固定于试验台2，可以模拟电机本体13在不同负载工况下出现的复合故障的状态演化过程。具体来说，可以通过测功机25模拟电机本体13 的不同负载工况；可以模拟匝间短路、相间短路、转子静态偏心、轴承故障、永磁体均匀失磁、永磁体局部失磁等单一故障；可以模拟以上故障组合形成的复合故障；可以模拟以上故障在不同程度的演化状态。

试验台2用于支撑和固定电机本体13。测功机25通过转轴15施加负载，可以模拟对电机本体1不同的负载工况；可调式轴承座23通过内置轴承支撑转轴15，通过两侧的调节螺栓24，使轴承座23带动转轴15做偏心位移，设置转子偏心故障。

仪表系统3中动力柜31用于提供系统动力并通过调频仪调节电机转速；数据采集系统32实时采集并显示电机振动、转速、扭矩、电流、温度、功率等传感器信号；上位机33安装有基于LabVIEW开发的控制软件系统，可以提取传感器信号数据，并通过指令传输控制动力柜31与数据采集系统32。

传感器系统4中电流互感器41从动力柜31的动力线53中采集电流信号；振动传感器42固定于可调式轴承座23，感知电机振动信号；转速传感器43与转矩传感器44内置于测功机25，用于测定电机转速和转矩的变化。

线缆系统5中动力线53连接动力柜31与电源输入端14，为整个平台提供动力；接线盘52通过定子绕组短路抽头51设置不同程度的定子绕组匝间短路故障和相间短路故障；互感器接线54、振动传感器接线55、转速传感器接线56、转矩传感器接线57分别将电流、振动、转速、转矩信号传输至数据采集与控制系统32，再经CAN总线58传输至上位机33。上位机33通过CAN总线58与控制线59向数据采集系统、动力柜和测功机传输控制指令。

优选地，所述钻井电机，通过在电机本体中更换故障轴承和不完整永磁体，可以模拟不同故障程度的轴承故障和永磁体故障。

优选地，所述试验台中，通过调节调节螺栓，可以使可调式轴承座中带动电机转轴和旋转轴线偏移，模拟不同故障程度的转子静态偏心故障。通过测功机施加负载，可以模拟不同负载工况下的单一故障和复合故障的演化情况。

优选地，所述仪表系统中，数据采集系统可以实时采集显示电机振动、转速、扭矩、电流、温度、功率等传感器信号，并传输至上位机控制软件系统。

优选地，所述传感器系统中，转速与转矩传感器内置于测功机，振动传感器固定于可调式轴承座，电流互感器在动力柜中获取电流信号。

优选地，所述线缆系统中，分别连接接线盘中相应的定子绕组短路抽头，可以对定子匝间短路和相间短路故障进行模拟。

本发明提出了一种钻井电机故障模拟实训平台。本发明针对现有平台多采用小型样机或模拟软件方式进行故障模拟的不足，采用实物样机进行真实故障模拟，缩短了教学周期，提高了教学效果；本发明针对现有平台多基于空载工况进行故障研究的不足，采用可变负载进行故障模拟，更加接近真实工况环境；本发明针对现有平台只能模拟特定故障状态的不足，采用可变故障状态进行模拟，可以真实反映故障状态的演化过程；本发明针对现有试验平台只能对单一故障进行模拟的不足，采用多故障设置，可以实现对复合故障的模拟。

实施例2

本实施例提供了一种钻井电机故障模拟实训平台的使用方法，如图3所示，其特征如以下步骤：

S1、安装试验台并固定钻井电机。支座21、可调式轴承座23、测功机25 通过螺栓固定于底板22，可拆卸；保证测功机25与钻井电机转轴15的同轴度。

S2、安装传感器系统并连接线缆系统。固定振动传感器42，转速传感器43、转矩传感器44和电流互感器14，将传感器接线连接至数据采集系统32，并通过CAN总线将接收的传感器数据传输到上位机33。

S3、安装上位机控制软件，向数据采集系统及动力柜发送控制指令。数据采集系统32采集振动、转速、转矩、电流信号，并接收上位机控制指令；通过控制动力柜31中调频仪可以实现钻井电机的调频调速。

S4、开启动力柜31电源，旋转调频仪旋钮至0后启动电机，通过调频旋钮改变电机转速，打开上位机33控制软件，开启数据采集系统32，启动测功机 25，可得到钻井电机在正常状态下不同负载时的运行数据。

S5、未加负载工况下，对绕组匝间短路、相间短路、转子偏心、轴承故障、均匀失磁、局部失磁在不同程度下的单一故障和复合故障进行模拟。

定子绕组短路故障模拟：接线盘52固定在电机本体13外部，三相绕组首端为U、V、W，尾端为O，绕组中间被短路抽头U1、U2、U3、V1、V2、V3、W1、 W2、W3四等分。绕组首端引出作为电源输入端，尾端与短路抽头引出作为故障注入点12。通过插接短路抽头51模拟绕组匝间短路和相间短路故障。

如图2：开关S1-S12表示短路抽头51的通断状态，如：S1闭合表示U与V 相间短路，通过短路抽头51连接U1与V1实现；S3闭合表示U相匝间短路25％，连接U1与U2实现；S3与S8闭合表示U相匝间短路50％，连接U1与U3实现。

转子偏心故障模拟：钻井电机定子与转子间存在气隙，通过调节轴承座23 两侧的调节螺栓24，使轴承座23带动转轴15沿下板导轨移动，钻井电机转子与旋转轴心同时偏移，形成转子静态偏心故障，故障程度取决于偏心距离。

轴承故障模拟：拆除钻井电机端盖11，将最外侧一节的完好轴承替换为加工形成的故障轴承。在轴承外圈、内圈、滚动体表面，利用线切割或电火花加工小型凹坑来模拟外圈故障、内圈故障、滚动体故障。

永磁体故障模拟：拆除钻井电机端盖11，将最外侧一节的完整永磁体替换为不完整永磁体，失磁故障程度取决于永磁体的完整程度。故障类型分为均匀失磁和局部失磁；失磁故障程度可分为：0-9％，10％-24％，25-50％。

S6、可变负载工况下，对绕组匝间短路、相间短路、转子偏心、轴承故障、均匀失磁、局部失磁在不同程度下的单一故障和复合故障进行动态演化模拟。

本发明提出了一种钻井电机故障模拟实训平台使用方法。本发明将定子绕组引出外置接线盘，通过抽头连接模拟不同程度的匝间短路故障和相间短路故障；本发明使用可调式轴承座，通过移动调节螺栓可以模拟不同程度的定子静态偏心故障；本发明使用人为加工的故障轴承和不完整永磁体，替换原有的完好轴承和完整永磁体，来模拟不同程度的轴承故障和永磁体故障；本发明通过使用测功机对钻井电机施加负载，来模拟不同负载工况下的电机故障情况；本发明可以仅设置单种故障或同时设置多种故障，来模拟单一故障和复合故障。综上所述使用方法，本发明可以进行钻井电机在可变负载工况下不同故障程度的单一故障和复合故障的状态演化模拟。

本发明解决了现有钻井电机故障模拟实训平台中存在的诸多问题，可以实现钻井电机单一故障和复合故障的模拟，更加接近真实工况环境，可以真实反映故障状态演化过程，缩短了教学周期，提高了教学效果。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (7)

1.一种钻井电机故障模拟实训平台及使用方法，其特征在于，包括：钻井电机(1)、试验台(2)、仪表系统(3)、传感器系统(4)、线缆系统(5)；

所述钻井电机(1)包含整个试验样机，固定于试验台(2)，可以在拆卸端盖(11)后直接设置轴承故障和永磁体故障，可以通过接线盘(52)在故障注入点(12)设置匝间短路故障和相间短路故障；电机本体(13)通过支座(21)支撑和固定；电源输入端(14)连接动力线(53)；转轴(15)连接电机本体(13)和测功机(25)，用于传递测功机(25)施加的负载扭矩。

所述试验台(2)的支座(21)用于支撑和固定电机本体(13)；底板(22)用于承载和固定整个故障模拟系统；可调式轴承座(23)内置轴承，用于支撑转轴(15)；测功机(25)通过转轴(15)施加负载，可以生成不同负载下的故障信号；支座(21)、可调式轴承座(23)、测功机(25)固定座的下板焊接于底板(22)，上板通过螺栓与下板连接；可调式轴承座(23)下板具有导轨，可通过旋转轴承座(23)两侧的调节螺栓(24)，使轴承座(23)沿导轨移动。

所述仪表系统(3)中动力柜(31)用于提供系统动力，实时显示电流值与电压值，并可通过其中的调频仪来调节钻井电机(1)转速；数据采集系统(32)将传感器接收到的试验数据通过PLC模拟量输入模块传输到上位机中进行数据显示、处理和储存；上位机(33)安装有基于LabVIEW开发的控制软件系统，可以提取信号数据为信号处理和特征提取做准备，并向仪表系统发出控制指令。

所述传感器系统(4)的电流互感器(41)从动力柜(31)的动力线(53)中采集电流信号；振动传感器(42)固定于可调式轴承座(23)，感知电机振动信号；转速传感器(43)与转矩传感器(44)内置于测功机(25)，并引出连线，用于测定钻井电机转速和转矩的变化。

所述线缆系统(5)中动力线(53)连接动力柜(31)与电源输入端(14)，为整个模拟系统提供动力；接线盘(52)带有定子绕组短路抽头，可以通过短路抽头(51)设置不同程度的定子绕组匝间短路和相间短路故障；动力线(53)从动力柜(31)输送动力至电源输入端(14)；互感器接线(54)、振动传感器接线(55)、转速传感器接线(56)、转矩传感器接线(57)分别将电流、振动、转速、转矩信号传输至数据采集与控制系统(32)，信号再经CAN总线(58)传输至上位机(33)。上位机(33)通过CAN总线(58)和控制线(59)向数据采集系统(32)、动力柜(31)、测功机(25)发送控制指令。

2.根据权利要求1所述的钻井电机故障模拟实训平台，其特征在于，所述钻井电机(1)用于地下能源勘探与开发，为低速大扭矩永磁同步电机，结构狭长具有多个子节。可以通过拆卸电机本体(13)的端盖(11)后设置轴承故障和永磁体故障，可以通过接线盘(52)设置匝间短路故障和相间短路故障；通过可调式轴承座(23)设置转子偏心故障；钻井电机(11)运行信号可以通过传感器系统采集并传输至上位机(33)。

3.根据权利要求1或2所述的钻井电机故障模拟实训平台，其特征在于，所述支座(21)、可调式轴承座(23)、测功机(25)底座使用螺栓固定，均可拆卸；可调式轴承座(23)内置轴承，用于支撑转轴(15)旋转；由于钻井电机定转子之间具有气隙，通过可调式轴承座(23)两侧的调节螺栓(24)，可以使轴承座(23)沿下板导轨带动电机转子移动发生偏心，用来设置转子偏心故障；通过测功机(25)施加负载，可以生成不同负载下的故障信号进行比较。

4.根据权利要求1-3任一项所述的钻井电机故障模拟实训平台，其特征在于，所述数据采集系统(32)将传感器接收到的试验数据通过PLC模拟量输入模块传输到上位机中进行数据显示、处理和储存，可以实时采集传感器信号并显示振动、转速、扭矩、电流、温度等参数。

5.根据权利要求1-4任一项所述的钻井电机故障模拟实训平台，其特征在于，所述传感器系统(4)中的电流信号由电流互感器(41)采集；振动信号、转速信号、扭矩信号由对应传感器采集；融合故障信号可全面反映故障特征。

6.根据权利要求1-5任一项所述的钻井电机故障模拟实训平台，其特征在于，所述线缆系统(5)在电机外部设置带有定子绕组短路抽头的接线盘(52)，分别连接相应的定子绕组短路抽头(51)，可以对定子匝间短路和相间短路故障进行模拟；运行数据通过传感器接线收集于数据采集系统(32)，再经CAN总线(58)传输至上位机(33)。

7.钻井电机故障模拟实训平台使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

安装试验台(2)并固定钻井电机(1)。支座(21)、可调式轴承座(23)、测功机(25)通过螺栓固定于底板(22)；支座(21)支撑并固定电机本体(13)，可调式轴承座(23)支撑并固定转轴(15)，通过胶垫调节支座(21)与轴承座(23)水平度，保证受力均衡；连接测功机(25)与转轴(15)，保证同轴。

安装传感器系统(4)并连接线缆系统(5)。固定振动传感器(42)，将转速传感器(43)、转矩传感器(44)内置于测功机(25)，将传感器接线连接至数据采集系统(32)。动力线(53)连接动力柜(31)与电源输入端(14)；将一根主动力线穿入电流互感器(14)测量实时电流，互感器接线(54)连接数据采集系统(32)，并通过CAN总线数据线将传输到上位机(33)。

安装上位机(33)控制软件，显示运行数据并发出控制指令；数据采集系统(32)采集振动、转速、转矩、电流信号，并接收上位机控制指令，实现上位机对数据采集系统以及动力柜的控制；通过控制动力柜(31)中调频仪可以实现电机调频调速，测功机(25)内传感器可以实时检测电机转速与转矩。

开启动力柜(31)电源，旋转调频仪旋钮至0后启动电机，通过调频旋钮改变电机转速。打开上位机(33)控制软件，开启数据采集系统(32)，可以看到钻井电机的振动、转速、转矩、电流、功率在正常状态下的运行数据。启动测功机(25)，可得到钻井电机在正常状态下不同负载时的运行数据。

定子绕组短路故障模拟：接线盘(52)固定在电机本体(13)外部，三相绕组中间被短路抽头四等分。绕组首端引出作为电源输入端，尾端与短路抽头引出作为故障注入点。通过插接短路抽头模拟绕组匝间短路和相间短路故障。

转子偏心故障模拟：钻井电机转轴(15)通过可调式轴承座(23)固定，因为电机定子与转子之间存在气隙，通过调节轴承座(23)两侧的调节螺栓(24)旋转，使轴承座(23)带动转轴(15)沿下板导轨移动，电机转子与旋转轴同时偏移，形成转子静态偏心故障。通过调节螺栓(24)的移动距离来改变转子偏心故障程度。

轴承故障模拟：拆除钻井电机端盖(11)，将最外侧一节的完好轴承替换为加工形成的故障轴承。在轴承外圈、内圈、滚动体表面，利用线切割或电火花加工小型凹坑来模拟外圈故障、内圈故障、滚动体故障。

永磁体故障模拟：拆除钻井电机端盖(11)，将最外侧一节的完整永磁体替换为不完整永磁体，永磁体的完整程度用于确定失磁故障程度。故障类型分为均匀失磁和局部失磁；失磁故障程度可分为：0-9％，10％-24％，25-50％。

本发明公开的故障模拟实训平台可以模拟匝间短路、相间短路、转子偏心、轴承故障、均匀失磁、局部失磁在不同程度下的单一故障和复合故障，通过测功机(25)加载，可以对钻井电机在可变负载工况下不同故障程度时的单一故障和复合故障进行动态演化模拟。数据采集系统(32)采集的振动、转速、转矩、电流等运行数据经CAN总线(58)上传至上位机(33)。

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