CN219328873U - 电机状态监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种电机状态监测系统，包括主控单元和振动监测电路，振动监测电路包括电容传感器U10、电容C6、电阻R1、运放U1、电阻R3、运放U2、电阻R4、电阻R5和电容C4，运放U1的反相输入端连接电容传感器U10，运放U1的反相输入端连接激励信号源电路，运放U1的同相输入端接地，运放U1的输出端通过电阻R1连接运放U1的反相输入端，运放U1的输出端连接运放U2的同相输入端，运放U2的反相输入端接地，运放U2的反相输入端通过电阻R4连接电容C4的第一端，运放U2的输出端通过电阻R5连接电容C4的第一端，电容C4的第二端接地，运放U2的输出端连接主控单元。通过上述技术方案，解决了现有技术中电机振动故障监测不可靠的问题。

Description

电机状态监测系统

技术领域

本实用新型涉及电机监测技术领域，具体的，涉及电机状态监测系统。

背景技术

随着生产的进步和社会的发展，电机在我们日常生产和生活中起到的作用越来越重要，电机在长期运行过程中，难免会产生一些故障，如果在电机故障发生时不能做出及时有效的处理，就可能造成较大的事故，因而对电机的工作状态进行监测和对其进行故障分析是非常必要的。其中电机振动是影响电机正常运行的重要因素，电机产生振动，会使绕组绝缘和轴承寿命缩短，影响滑动轴承的正常润滑，振动力促使绝缘缝隙扩大，使外界粉尘和水分入侵其中，造成绝缘电阻降低和泄漏电流增大，甚至形成绝缘击穿等事故，因此对电机进行振动监测尤为重要，通常使用位移传感器监测电机振动状态，位移传感器将其转换为电信号，再经监测电路处理和提取，常用位移传感器按工作原理可分为霍尔式传感器和电涡流式传感器等，霍尔式传感器容易受电磁干扰，而电涡流传感器电路较复杂，且测量精度较低，抗电磁干扰能力较差，从而导致对电机振动故障监测不可靠。

实用新型内容

本实用新型提出电机状态监测系统，解决了现有技术中电机振动故障监测不可靠的问题。

本实用新型的技术方案如下：

电机状态监测系统，包括主控单元、无线通信单元和振动监测电路，所述振动监测电路连接所述主控单元，所述主控单元借助所述无线通信单元与监控终端通讯连接，所述振动监测电路包括电容传感器U10、电容C6、电阻R1、电阻R2、运放U1、电阻R3、运放U2、电阻R3、电容C2、电容C3、电阻R6、电阻R4、电阻R5、和电容C4，

所述运放U1的反相输入端连接所述电容传感器U10，所述运放U1的反相输入端连接所述电容C6的第一端，所述电容C6的第二端连接激励信号源电路，所述运放U1的同相输入端通过所述电阻R2接地，所述运放U1的输出端通过所述电阻R1连接所述运放U1的反相输入端，所述运放U1的输出端连接所述运放U2的同相输入端，所述运放U2的反相输入端通过所述电阻R3接地，所述运放U2的反相输入端通过所述电容C2连接所述电阻R6的第一端，所述运放U2的输出端通过所述电容C3连接所述电阻R6的第一端，所述电阻R6的第二端接地，所述运放U2的反相输入端通过所述电阻R4连接所述电容C4的第一端，所述运放U2的输出端通过所述电阻R5连接所述电容C4的第一端，所述电容C4的第二端接地，所述运放U2的输出端连接所述主控单元。

进一步，本实用新型中所述激励信号源电路包括电容C7、电容C5、变阻器RP1、电阻R7、运放U3、变阻器RP2、电阻R10、电阻R11、稳压管U4和稳压管U5，所述运放U3的反相输入端通过所述电容C5连接所述电容C7的第一端，所述变阻器RP1的第一端连接所述电容C7的第一端，所述变阻器RP1的第二端接地，所述电容C7的第二端通过所述电阻R7连接所述运放U3的输出端，所述运放U3的同相输入端通过所述变阻器RP2接地，所述运发U3的输出端通过所述电阻R11连接所述电阻R10的第一端，所述电阻R10的第二端连接所述运放U3的同相输入端，所述稳压管U4的阴极连接所述电阻R10的第一端，所述稳压管U4的阳极连接所述稳压管U5的阳极，所述稳压管U5的阴极接地，所述运放U3的输出端连接所述电容C6的第二端。

进一步，本实用新型中还包括整流电路，所述整流电路包括电阻R8、运放U6、电阻R9、二极管D1、二极管D2、电阻R12、电阻R13、运放U7和电阻R14，所述电阻R8的第一端连接所述运放U2的输出端，所述电阻R8的第二端连接所述运放U6的反相输入端，所述运放U6的反相输入端通过所述电阻R9连接所述二极管D1的阳极，所述二极管D1的阴极连接所述运放U6的输出端，所述运放U6的同相输入端接地，所述运放U6的输出端连接所述二极管D2的阳极，所述二极管D2的阴极连接所述运放U6的反相输入端，所述运放U6的输出端连接所述电阻R12的第一端，所述电阻R12的第二端连接所述运放U7的反相输入端，所述电阻R12的第二端通过所述电阻R13连接所述电阻R8的第一端，所述运放U7的同相输入端接地，所述运放U7的输出端通过所述电阻R14连接所述运放U7的反相输入端，所述运放U7的输出端连接所述主控单元。

进一步，本实用新型中还包括低通滤波电路，所述低通滤波电路包括电阻R15、电容C8、电阻R16、电容C9、运放U8、电阻R17和电阻R18，所述电阻R15的第一端连接所述运放U7的输出端，所述电阻R15的第二端通过所述电阻R16连接所述运放U8的同相输入端，所述运放U8的同相输入端通过所述电容C9接地，所述运放U8的反相输入端通过所述电阻R17接地，所述运发U8的输出端通过所述电阻R18连接所述运放U8的反相输入端，所述运放U8的输出端通过所述电容C8连接所述电阻R15的第二端，所述运放U8的输出端连接所述主控单元。

进一步，本实用新型中还包括保护电路，所述保护电路包括电阻R23、光耦U9、电阻R20、电阻R19、三极管Q1、继电器K1、电阻R21、电阻R22和发光二极管LED1，所述光耦U9的第一输入端通过所述电阻R23连接所述主控单元，所述光耦U9的第二输入端接地，所述光耦U9的第一输出端通过所述电阻R20连接12V电源，所述光耦U9的第二输出端通过所述电阻R19连接所述三极管Q1的基极，所述三极管Q1的集电极连接所述继电器K1的第一输入端，所述继电器K1的第二输入端连接12V电源，所述继电器K1的公共端连接电机，所述继电器K1的常闭端连接外部电源，所述三极管Q1的发射极通过所述电阻R21接地，所述三极管Q1的发射极通过所述电阻R22连接所述发光二极管LED1的阳极，所述发光二极管LED1的阴极接地。

本实用新型的工作原理及有益效果为：

本实用新型中，电容传感器U10的监测端与电机的金属外壳构成一个平行板电容器，其极板间的介质为空气，电机在运行过程中没有出现振动状况时，电容传感器U10极板间的距离不变，因此平行板电容器的容值保持不变，电容传感器U10输出的电信号保持不变；当电机在运行过程中如果出现了振动故障，随着电机的振动，平行板电容器极板间的距离发生改变，电容传感器U10输出的电信号发生改变。

具体的，振动监测电路的工作原理为：监测过程中，激励信号源电路发出稳定的正弦激励信号，经参考电容C6后送至运放U1的反相输入端，电机在运行过程中没有出现振动状况时，电容传感器U10输出的电信号保持不变，振动监测电路直接将正弦激励信号转为与该信号成正比的电信号送至主控单元。当电机在运行过程中如果出现了振动故障，电容传感器U10输出的电信号发生改变，但电容传感器U10输出电信号变化的幅度比较小，主控单元无法直接识别，因此，运发U1构成了放大电路，用于放大电容传感器U10输出的电信号，电容C6、电阻R1、电阻R2、运放U1和电容C1还构成了高通滤波电路，滤除信号中的噪声干扰，运放U2构成了第二级放大电路，两级放大电路相比于一级放大电路而言可以提高电路的精度，电路总的增益为运放U1和运放U2的乘积，电阻R4、电阻R5、电容C4和电容C2、电阻R6、电容C3构成了双T型滤波电路，大大减小了电路的非线性误差，同时减小了杂散电容对电路的影响，最后将放大后的电信号送至主控单元。

与传统的电机振动故障监测电路而言，本实用新型中电容传感器U10为非接触式监测，电路结构简单、成本低、灵敏度高，电路包含两级放大电路以及高通滤波电路和双T型滤波电路，减小了杂散电容对电路的影响，有较高的抗干扰能力，提高了电路的监测精度，从而提高了电机振动故障监测的可靠性。

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

附图说明

图1为本实用新型中振动监测电路的电路图；

图2为本实用新型中激励信号源电路的电路图；

图3为本实用新型中整流电路的电路图；

图4为本实用新型中低通滤波电路的电路图；

图5为本实用新型中保护电路的电路图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都涉及本实用新型保护的范围。

实施例1

如图1所示，本实施例提出了电机状态监测系统，包括主控单元、无线通信单元和振动监测电路，振动监测电路连接主控单元，主控单元借助无线通信单元与监控终端通讯连接，振动监测电路包括电容传感器U10、电容C6、电阻R1、电阻R2、运放U1、电阻R3、运放U2、电阻R3、电容C2、电容C3、电阻R6、电阻R4、电阻R5、和电容C4，运放U1的反相输入端连接电容传感器U10，运放U1的反相输入端连接电容C6的第一端，电容C6的第二端连接激励信号源电路，运放U1的同相输入端通过电阻R2接地，运放U1的输出端通过电阻R1连接运放U1的反相输入端，运放U1的输出端连接运放U2的同相输入端，运放U2的反相输入端通过电阻R3接地，运放U2的反相输入端通过电容C2连接电阻R6的第一端，运放U2的输出端通过电容C3连接电阻R6的第一端，电阻R6的第二端接地，运放U2的反相输入端通过电阻R4连接电容C4的第一端，运放U2的输出端通过电阻R5连接电容C4的第一端，电容C4的第二端接地，运放U2的输出端连接主控单元。

振动监测电路用于监测电机在运行的过程中是否出现振动故障，并将监测结果送至主控单元，当电机在运行过程中出现振动故障，主控单元发出报警信号通过无线通讯单元送至监控终端，将该故障信息告知给相关工作人员。

本实施例中，电容传感器U10的监测端与电机的金属外壳构成一个平行板电容器，其极板间的介质为空气，监测过程中，激励信号源电路发出稳定的正弦激励信号，经参考电容C6后送至运放U1的反相输入端，电机在运行过程中没有出现振动状况时，电容传感器U10极板间的距离不变，因此平行板电容器的容值保持不变，电容传感器U10输出的电信号保持不变，振动监测电路直接将正弦激励信号转为与该信号成正比的电信号送至主控单元。

当电机在运行过程中如果出现了振动故障，随着电机的振动，平行板电容器极板间的距离发生改变，电容传感器U10输出的电信号发生改变，但电容传感器U10输出电信号变化的幅度比较小，主控单元无法直接识别，因此，运发U1构成了放大电路，用于放大电容传感器U10输出的电信号，其中，电容C6、电阻R1、电阻R2、运放U1和电容C1还构成了高通滤波电路，滤除信号中的噪声干扰，运放U2构成了第二级放大电路，两级放大电路相比于一级放大电路而言可以提高电路的精度，电路总的增益为运放U1和运放U2的乘积，电阻R4、电阻R5、电容C4和电容C2、电阻R6、电容C3构成了双T型滤波电路，大大减小了电路的非线性误差，同时减小了杂散电容对电路的影响，最后将放大后的电信号送至主控单元。

与传统的电机振动故障监测电路而言，本实施例电容传感器U10为非接触式监测，点库结构简单、成本低、灵敏度高，电路包含两级放大电路以及高通滤波电路和双T型滤波电路，减小了杂散电容对电路的影响，有较高的抗干扰能力，提高了电路的监测精度，从而提高了电机振动故障监测的可靠性。

如图2所示，本实施例中激励信号源电路包括电容C7、电容C5、变阻器RP1、电阻R7、运放U3、变阻器RP2、电阻R10、电阻R11、稳压管U4和稳压管U5，运放U3的反相输入端通过电容C5连接电容C7的第一端，变阻器RP1的第一端连接电容C7的第一端，变阻器RP1的第二端接地，电容C7的第二端通过电阻R7连接运放U3的输出端，运放U3的同相输入端通过变阻器RP2接地，运发U3的输出端通过电阻R11连接电阻R10的第一端，电阻R10的第二端连接运放U3的同相输入端，稳压管U4的阴极连接电阻R10的第一端，稳压管U4的阳极连接稳压管U5的阳极，稳压管U5的阴极接地，运放U3的输出端连接电容C6的第二端。

激励信号源电路作用是为电容监测产生激励信号，激励信号的稳定性电机振动故障监测起着非常重要的作用。电容C7、电容C5和变阻器RP1构成T型桥，用于产生稳定的正弦激励信号，改变变阻器RP1的阻值即可改变正弦激励信号的频率，运放U3构成放大电路，改变变阻器RP2的阻值即可改变输出正弦激励信号的幅值，电阻R11、稳压管U4和稳压管U5构成稳幅电路，保证输出的正弦激励信号的幅值稳定。

如图3所示，本实施例中还包括整流电路，整流电路包括电阻R8、运放U6、电阻R9、二极管D1、二极管D2、电阻R12、电阻R13、运放U7和电阻R14，电阻R8的第一端连接运放U2的输出端，电阻R8的第二端连接运放U6的反相输入端，运放U6的反相输入端通过电阻R9连接二极管D1的阳极，二极管D1的阴极连接运放U6的输出端，运放U6的同相输入端接地，运放U6的输出端连接二极管D2的阳极，二极管D2的阴极连接运放U6的反相输入端，运放U6的输出端连接电阻R12的第一端，电阻R12的第二端连接运放U7的反相输入端，电阻R12的第二端通过电阻R13连接电阻R8的第一端，运放U7的同相输入端接地，运放U7的输出端通过电阻R14连接运放U7的反相输入端，运放U7的输出端连接主控单元。

本实施例中，振动监测电路输出的信号为交变的信号，主控单元无法识别负极性的信号，因此需要对运放U2输出的电信号进行整形，将交变的信号变为直流信号，方便主控单元更好的识别振动监测信号。因此，在运放U2和主控单元之间加入整形电路。

当运放U2的输出电信号大于0时，运放U6构成反相放大器，运放U6输出极性为负的电信号，二极管D2截止，二极管D1导通，运放U7同样构成反相放大器，经运放U7反相放大后输出极性为正的电信号；当运放U2的输出电信号小于0时，运放U6输出极性为正的电信号，二极管D2构成负反馈，二极管D1截止，运放U6输出为0，运放U2的输出的电信号加至运放U7的反相输入端，运发U7输出极性为正的电信号，最后将整流后的电信号送至主控单元。

如图4所示，本实施例中还包括低通滤波电路，低通滤波电路包括电阻R15、电容C8、电阻R16、电容C9、运放U8、电阻R17和电阻R18，电阻R15的第一端连接运放U7的输出端，电阻R15的第二端通过电阻R16连接运放U8的同相输入端，运放U8的同相输入端通过电容C9接地，运放U8的反相输入端通过电阻R17接地，运发U8的输出端通过电阻R18连接运放U8的反相输入端，运放U8的输出端通过电容C8连接电阻R15的第二端，运放U8的输出端连接主控单元。

本实施例中，虽然振动监测电路有一定的抗干扰能力，但其抗干扰能力有限，在监测的过程中，电路中仍有部分干扰信号存在，若不对这些干扰信号进行滤除，将会影响电路的监测精度，为此，本实施例在运放U7和主控单元之间添加了低通滤波电路，电阻R15、电容C8、电阻R16、电容C9、运放U8、电阻R17和电阻R18构成二阶低通滤波电路，用于滤除信号中的高频杂波信号，最后将滤波后的信号送至主控单元，从而进一步提高了电路的监测精度。

如图5所示，本实施例中还包括保护电路，保护电路包括电阻R23、光耦U9、电阻R20、电阻R19、三极管Q1、继电器K1、电阻R21、电阻R22和发光二极管LED1，光耦U9的第一输入端通过电阻R23连接主控单元，光耦U9的第二输入端接地，光耦U9的第一输出端通过电阻R20连接12V电源，光耦U9的第二输出端通过电阻R19连接三极管Q1的基极，三极管Q1的集电极连接继电器K1的第一输入端，继电器K1的第二输入端连接12V电源，继电器K1的公共端连接电机，继电器K1的常闭端连接外部电源，三极管Q1的发射极通过电阻R21接地，三极管Q1的发射极通过电阻R22连接发光二极管LED1的阳极，发光二极管LED1的阴极接地。

电机产生振动，会使绕组绝缘和轴承寿命缩短，影响滑动轴承的正常润滑，振动力促使绝缘缝隙扩大，使外界粉尘和水分入侵其中，造成绝缘电阻降低和泄漏电流增大，甚至形成绝缘击穿等事故，因此，在电机运行过程中，如果监测到电机有振动故障发生，应立即将电机与电源断开，使电机停止运行，以免造成更大的事故，从而对电机起到保护的作用。

电机在运行过程中，如果没有振动故障产生，主控单元输出低电平信号加至光耦U9的第一输入端，光耦U9截止，三极管Q1截止，继电器K1不通电，继电器K1的常闭触点不动作，电机与外部电源正常连接；当电机在运行过程中出现振动故障时，主动单元输出端高电平信号至光耦U9的第一输入端，光耦U9导通，三极管Q1的基极变为高电平，三极管Q1导通，继电器K1得电吸合，继电器K1的常开触点断开，将电机与外部电源断开，同时发光二极管LED1发光。同时主控单元发出报警信号，通过无线通信单元将该报警信号送至监控终端，由相应的工作人员及时解决。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.电机状态监测系统，其特征在于，包括主控单元、无线通信单元和振动监测电路，所述振动监测电路连接所述主控单元，所述主控单元借助所述无线通信单元与监控终端通讯连接，所述振动监测电路包括电容传感器U10、电容C6、电阻R1、电阻R2、运放U1、电阻R3、运放U2、电阻R3、电容C2、电容C3、电阻R6、电阻R4、电阻R5、和电容C4，

所述运放U1的反相输入端连接所述电容传感器U10，所述运放U1的反相输入端连接所述电容C6的第一端，所述电容C6的第二端连接激励信号源电路，所述运放U1的同相输入端通过所述电阻R2接地，所述运放U1的输出端通过所述电阻R1连接所述运放U1的反相输入端，所述运放U1的输出端连接所述运放U2的同相输入端，所述运放U2的反相输入端通过所述电阻R3接地，所述运放U2的反相输入端通过所述电容C2连接所述电阻R6的第一端，所述运放U2的输出端通过所述电容C3连接所述电阻R6的第一端，所述电阻R6的第二端接地，所述运放U2的反相输入端通过所述电阻R4连接所述电容C4的第一端，所述运放U2的输出端通过所述电阻R5连接所述电容C4的第一端，所述电容C4的第二端接地，所述运放U2的输出端连接所述主控单元。

2.根据权利要求1所述的电机状态监测系统，其特征在于，所述激励信号源电路包括电容C7、电容C5、变阻器RP1、电阻R7、运放U3、变阻器RP2、电阻R10、电阻R11、稳压管U4和稳压管U5，所述运放U3的反相输入端通过所述电容C5连接所述电容C7的第一端，所述变阻器RP1的第一端连接所述电容C7的第一端，所述变阻器RP1的第二端接地，所述电容C7的第二端通过所述电阻R7连接所述运放U3的输出端，所述运放U3的同相输入端通过所述变阻器RP2接地，所述运放U3的输出端通过所述电阻R11连接所述电阻R10的第一端，所述电阻R10的第二端连接所述运放U3的同相输入端，所述稳压管U4的阴极连接所述电阻R10的第一端，所述稳压管U4的阳极连接所述稳压管U5的阳极，所述稳压管U5的阴极接地，所述运放U3的输出端连接所述电容C6的第二端。

3.根据权利要求1所述的电机状态监测系统，其特征在于，还包括整流电路，所述整流电路包括电阻R8、运放U6、电阻R9、二极管D1、二极管D2、电阻R12、电阻R13、运放U7和电阻R14，所述电阻R8的第一端连接所述运放U2的输出端，所述电阻R8的第二端连接所述运放U6的反相输入端，所述运放U6的反相输入端通过所述电阻R9连接所述二极管D1的阳极，所述二极管D1的阴极连接所述运放U6的输出端，所述运放U6的同相输入端接地，所述运放U6的输出端连接所述二极管D2的阳极，所述二极管D2的阴极连接所述运放U6的反相输入端，所述运放U6的输出端连接所述电阻R12的第一端，所述电阻R12的第二端连接所述运放U7的反相输入端，所述电阻R12的第二端通过所述电阻R13连接所述电阻R8的第一端，所述运放U7的同相输入端接地，所述运放U7的输出端通过所述电阻R14连接所述运放U7的反相输入端，所述运放U7的输出端连接所述主控单元。

4.根据权利要求3所述的电机状态监测系统，其特征在于，还包括低通滤波电路，所述低通滤波电路包括电阻R15、电容C8、电阻R16、电容C9、运放U8、电阻R17和电阻R18，所述电阻R15的第一端连接所述运放U7的输出端，所述电阻R15的第二端通过所述电阻R16连接所述运放U8的同相输入端，所述运放U8的同相输入端通过所述电容C9接地，所述运放U8的反相输入端通过所述电阻R17接地，所述运放U8的输出端通过所述电阻R18连接所述运放U8的反相输入端，所述运放U8的输出端通过所述电容C8连接所述电阻R15的第二端，所述运放U8的输出端连接所述主控单元。

5.根据权利要求1所述的电机状态监测系统，其特征在于，还包括保护电路，所述保护电路包括电阻R23、光耦U9、电阻R20、电阻R19、三极管Q1、继电器K1、电阻R21、电阻R22和发光二极管LED1，所述光耦U9的第一输入端通过所述电阻R23连接所述主控单元，所述光耦U9的第二输入端接地，所述光耦U9的第一输出端通过所述电阻R20连接12V电源，所述光耦U9的第二输出端通过所述电阻R19连接所述三极管Q1的基极，所述三极管Q1的集电极连接所述继电器K1的第一输入端，所述继电器K1的第二输入端连接12V电源，所述继电器K1的公共端连接电机，所述继电器K1的常闭端连接外部电源，所述三极管Q1的发射极通过所述电阻R21接地，所述三极管Q1的发射极通过所述电阻R22连接所述发光二极管LED1的阳极，所述发光二极管LED1的阴极接地。

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