CN209729107U - 一种大功率交流异步电机故障诊断实训平台 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种大功率交流异步电机故障诊断实训平台，包括操作台、基座、电气柜、上位机、交流异步电机和磁粉制动器，所述操作台通过电缆连接电气柜，电气柜通过网线连接上位机，电气柜通过电缆和信号线连接交流异步电机，交流异步电机安装在基座上，交流异步电机上设有联轴器，联轴器通过离合器连接扭矩传感器，扭矩传感器安装在磁粉制动器上，磁粉制动器安装在基座上，本实用新型能够模拟交流异步电机常见故障时的电机运行状态并获得相关电机参数，从而使学员直观了解交流异步电机7故障特征并得到电机故障诊断的实践机会。

Description

一种大功率交流异步电机故障诊断实训平台

技术领域

本实用新型涉及一种实训平台，具体是一种大功率交流异步电机故障诊断实训平台。

背景技术

目前，大型交流异步电机的故障诊断和检修教学由于设备局限，无法让学员接触到现场设备和数据，尤其是大功率大电流异步电机的故障模拟，在国内还是一个空白。电机检修教学只能通过理论传授，实践机会主要依赖不固定的检修任务，每个学员掌握技能需要的教学周期长，教学质量难以保障，因此需要借助教学平台进行相关实验的模拟来帮助学生学习。但是目前还没有平台可实现对交流异步电机各种类型故障的模拟，让学员有电机故障诊断实践的机会，从而缩短教学周期，提高教学质量。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种大功率交流异步电机故障诊断实训平台，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种大功率交流异步电机故障诊断实训平台，包括操作台、基座、电气柜、上位机、交流异步电机和磁粉制动器，所述操作台通过电缆连接电气柜，电气柜通过网线连接上位机，电气柜通过电缆和信号线连接交流异步电机，交流异步电机安装在基座上，交流异步电机上设有联轴器，联轴器通过离合器连接扭矩传感器，扭矩传感器安装在磁粉制动器上，磁粉制动器安装在基座上。

作为本实用新型的进一步技术方案：所述电气柜由变频器、PLC、数字量输入输出模块和模拟量输入模块组成。

作为本实用新型的进一步技术方案：所述电气柜还通过Profibus网络连接PLC。

作为本实用新型的进一步技术方案：所述交流异步电机和磁粉制动器均与PLC相连接。

作为本实用新型的进一步技术方案：所述操作台由按钮、指示灯和触摸屏组成，操作台还通过Profibus网络连接PLC。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型能够模拟交流异步电机常见故障时的电机运行状态并获得相关电机参数，从而使学员直观了解交流异步电机故障特征并得到电机故障诊断的实践机会。

附图说明

图1为大功率交流异步电机故障诊断实训平台的原理图。

图2为绕组接线端原理图。

图中：1-操作台，2-电气控制柜，3-上位机，4-电缆，5-网线，6-电缆和信号线，7-交流异步电机，8-联轴器，9-离合器，10-磁粉制动器，11-扭矩传感器，12-基座。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1：请参阅图1，一种大功率交流异步电机故障诊断实训平台，包括一台交流实验机组、电气柜2、操作台1和上位机3，交流实验机组由交流异步电机7、风机、电流传感器、温度传感器、扭矩传感器和磁粉制动器10组成。交流异步电机7的定子绕组接线端可通过接触器动作改变电机的正常模式和故障模式，A相绕组可在正常状态和A相断路(缺相)模式间切换，B相绕组可在正常状态和B相绕组二分之一处匝间短路之间切换，C相绕组可在正常状态和C相绕组四分之一处匝间短路之间切换。

交流异步电机7和风机连接变频器。变频器、电流传感器、温度传感器、扭矩传感器和磁粉制动器连接PLC及其输入输出模块，PLC获取交流异步电机7电流、温度、负载、功率和转矩等电机参数，并通过PLC控制磁粉制动器动作，使得交流异步电机7负载在0-100％之间变化。温度传感器设置在磁粉制动器10和电机绕组内，并在磁粉制动器10和绕组内设置加热器，模拟不同故障下绕组和负载的发热情况。

电气柜2由变频器，PLC，数字量输入输出模块和模拟量输入模块组成。变频器对交流实验机组发送控制信号，控制交流异步电机7调速。PLC及其输入输出模块接收控制开关、触摸屏、上位机3、电流传感器、温度传感器和磁粉制动器10信号。输出信号至上位机3、触摸屏、磁粉制动器10和变频器。在上位机3和触摸屏上显示电机参数，通过控制磁粉制动器10动作改变电机负载。

操作台1由按钮开关，指示灯和触摸屏组成。操作台1和PLC通过Profibus网络连接，从PLC接收电机参数和状态信号，发送控制信号至PLC，控制开关控制交流异步电机7动作和调速，指示灯显示当前交流异步电机7状态和动作，触摸屏设置电机模式，校验开机准备，并显示电机参数。

上位机3与PLC通过Profibus网络连接，从PLC接收交流异步电机7参数和状态信号，发送控制信号至PLC，上位机3安装组态软件，可类似触摸屏设置交流异步电机7工作模式，校验开机准备并显示电机参数。

本实用新型还设置有电气保护措施，由于本实训平台所用实验机组为交流异步电机7，需要防范操作不当引发的设备损坏和人员安全事故，除在绕组中性点设置了电流电压互感器外，在PLC端设置了电流和功率最大值，任意相绕组电流和电机功率在普通和故障模式下都不高于设置的安全值，保证设备和人员安全。

本设计还提供了故障诊断方法，包括如下步骤：

(1)上位机和触摸屏设置电机故障模式和校验开机准备，控制信号发送至PLC，PLC收到控制信号后发出控制信号至继电器，继电器连锁接触器动作改变电机接线端接入方式，PLC接收传感器信号获得与开机准备有关的参数反馈至上位机和触摸屏，故障模式确认和开机准备完成后即可开机。

(2)控制开关动作，发送控制信号至PLC，PLC收到信号后发出控制信号至变频器和磁粉制动器，变频器控制电机动作和调速，磁粉制动器动作使电机负载在0-100％之间变化，电流传感器、温度传感器和扭矩传感器返回电机参数和状态至PLC，PLC将相关电机参数返回至上位机和触摸屏显示，控制台状态灯显示电机工作状态。

(3)故障诊断教学平台采用Profibus网络通信方式，触摸屏和上位机通过以太网和PLC相连，可实现总线双向数据传输，上位机软件和触摸屏可设置电机故障类型，同时能实时显示电机电流，功率，转矩，转速，绕组温度，负载温度等电机参数，再由Matlab等数学工具软件分析电机参数，分析判断电机故障模式，加深学员对不同电机故障的认识和理解。

实施例2，在实施例1的基础上，如图2所述的一种变频器控制原理和电机接线端接线方式，变频器连接功率模块，功率模块输入端直连380V工频交流电源，输出端连接交流异步电机，电机接线端通过接触器动作改变接线端，模拟C相绕组四分之一匝间短路。

本实用新型的工作原理是：PLC连接变频器和上位机组成Profibus网络。上位机可从PLC得到交流实验机组的相关参数并实现对实验机组的故障设置和开机准备，PLC的DI端连接控制台上的控制开关，由24V直流电源供电，开关闭合时信号视为1，断开为0，DI端接收信号可对交流异步电机的工作模式，转速，负载等进行控制，并控制交流异步电机的通断，A-OUTPUT和A-INPUT端分别输出磁粉离合器给定信号和输入磁粉离合器显示信号，实现对磁粉离合器的控制和通讯功能，DQ端连接中间继电器KA，由24V直流电源供电，继电器和电机接线端接触器连锁，通过继电器的吸合改变电机接线端接线方式，I/O模块的DI端连接实验机组和控制台上的其他检测开关，由24V直流电源供电，实现对电机绕组异常信号的检测，绕组状态异常时显示故障直至故障排除，DQ端连接控制台上指示灯和其余继电器，向指示灯发送电机运行状态和动作信号，通过继电器连锁电机接线端接触器将电机三相绕组接线复位至正常状态，PLC模拟输入端接DCBS/AI电流变送器，实现对A、B、C三相电流的检测，RTD模拟输入端接入PT100测温电阻，实现对A、B、C三相和负载温度的检测。

本设计的控制台由触摸屏、控制开关和指示灯组成，触摸屏可以显示电机当前的状态和参数，并设置电机的故障模式和开机准备，控制开关可以实现对电机工作模式的选择，电机的启停，调速和负载等控制，指示灯可显示对应电机状态和当前正在进行的控制动作，触摸屏、控制开关和指示灯全部由24V直流电源供电，触摸屏通过以太网口与变频器连接，实现与变频器的通讯，控制开关和指示灯连接PLC和I/O模块的DI端，实现控制信号的输入输出。

下面说明电机故障模拟方法和状态；

1.A相定子绕组匝间断路故障模拟：

定子绕组匝间断路可通过以下方式设置，电机处于停止状态灯亮，主接触器已合上，变频器上电、电机冷却风机旋转。将操作台系统正常-模式-校验、选择开关SA1置于校验位置，系统将处于校验运行状态，同时系统正常模式指示灯点亮。根据需要将触摸屏画面处于校验画面。在校验模式画面中，将A相绕组断路转换开关合上，触摸屏画面提示“A相绕组断路”此时A1与N分开。按下启动按钮SB1，运行指示灯LD5灯点亮，同时触摸屏会提示主机运行。再通过降速-主机-升速1SA2自复位开关将电机升速到所需的转速。并通过画面监控电流、转速的值，同时可通过切换画面显示平均电流、转速、三相电流的柱状图，及曲线图。空载时，A相绕组断路故障同正常模式区别不明显，可通过加载操作观察三相电流的变化情况。通过降速开关降速,电机转速将平稳减速，直至电机停止转动，同时按下停止按钮SB2，停止指示灯LD6点亮，将A相绕组断路转换开关分开，A相绕组断路故障模拟结束。

其故障诊断方法为：发生匝间断路故障时，电机缺相运行，缺相对应的相电流为零，通过对应相电流为零可做出此项故障判断。

2.B相定子绕组二分之一匝间短路故障模拟；

B相定子绕组二分之一匝间短路可通过以下方式设置，电机处于停止状态LD6灯亮，主接触器已合上，变频器上电、电机冷却风机旋转。将操作台系统正常-模式-校验、选择开关SA1置于校验位置，系统将处于校验运行状态，同时系统正常模式指示灯LD3点亮。根据需要将触摸屏画面处于校验画面。将B相绕组匝间短路转换开关合上，触摸屏画面提示“B相绕组匝间短路”此时B3与N接触。模拟B相二分之一匝间短路。按下启动按钮SB1，运行指示灯LD5灯点亮，同时触摸屏会提示主机运行。再通过降速-主机-升速1SA2自复位开关将电机升速到所需的转速。并通过画面监控电流、转速的值，同时可通过切换画面显示平均电流、转速、三相电流的柱状图，及曲线图。空载时，B相绕组匝间短路故障同正常模式区别明显，观察三相电流，变化明显。通过降速开关降速,电机转速将平稳减速，直至电机停止转动，同时按下停止按钮SB2，停止指示灯LD6点亮，将屏-B相绕组匝间短路转换开关分开，定子绕组匝间短路故障模拟结束。

其故障诊断方法为：发生匝间短路时，由于接线的定子匝数减少，定子绕组总阻抗减少，定子电流急剧增大，同时短路相对应相电流也增大，通过检测电流上升速度可做出此项故障诊断，检测短路相对应相电流上升幅度可确定短路相短路匝数。

3.C相定子绕组四分之一匝间短路故障模拟；

C相定子绕组四分之一匝间短路可通过以下方式设置，电机处于停止状态LD6灯亮，主接触器已合上，变频器上电、电机冷却风机旋转。将操作台系统正常-模式-校验、选择开关SA1置于校验位置，系统将处于校验运行状态，同时系统正常模式指示灯LD3点亮。根据需要将触摸屏画面处于校验画面。将C相绕组匝间短路转换开关合上，触摸屏画面提示“C相绕组匝间短路”此时C2与N处于合上状态。按下启动按钮SB1，运行指示灯LD5灯点亮，同时触摸屏会提示主机运行。再通过降速-主机-升速1SA2自复位开关将电机升速到所需的转速。并通过画面监控电流、转速的值，同时可通过切换画面显示平均电流、转速、三相电流的柱状图，及曲线图。空载时，C相绕组匝间短路故障同正常模式区别明显，观察三相电流，变化明显。通过降速开关降速,电机转速将平稳减速，直至电机停止转动，同时按下停止按钮SB2，停止指示灯LD6点亮，将C相绕组匝间短路转换开关分开，定子绕组匝间短路故障模拟结束。

其故障诊断方法为：发生匝间短路时，由于接线的定子匝数减少，定子绕组总阻抗减少，定子电流急剧增大，同时短路相对应相电流也增大，通过检测电流上升速度可做出此项故障诊断，检测短路相对应相电流上升幅度可确定短路相短路匝数。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (5)

1.一种大功率交流异步电机故障诊断实训平台，包括操作台(1)、基座(12)、电气柜(2)、上位机(3)、交流异步电机(7)和磁粉制动器(10)，其特征在于，所述操作台(1)通过电缆(4)连接电气柜(2)，电气柜(2)通过网线(5)连接上位机(3)，电气柜(2)通过电缆和信号线(6)连接交流异步电机(7)，交流异步电机(7)安装在基座(12)上，交流异步电机(7)上设有联轴器(8)，联轴器(8)通过离合器(9)连接扭矩传感器(11)，扭矩传感器(11)安装在磁粉制动器(10)上，磁粉制动器(10)安装在基座(12)上。

2.根据权利要求1所述的一种大功率交流异步电机故障诊断实训平台，其特征在于，所述电气柜(2)由变频器、PLC、数字量输入输出模块和模拟量输入模块组成。

3.根据权利要求2所述的一种大功率交流异步电机故障诊断实训平台，其特征在于，所述电气柜(2)还通过Profibus网络连接PLC。

4.根据权利要求2所述的一种大功率交流异步电机故障诊断实训平台，其特征在于，所述交流异步电机(7)和磁粉制动器(10)均与PLC相连接。

5.根据权利要求1-4任一所述的一种大功率交流异步电机故障诊断实训平台，其特征在于，所述操作台(1)由按钮、指示灯和触摸屏组成，操作台(1)还通过Profibus网络连接PLC。