浅谈电机故障的逻辑诊断

马可

摘  要：随着科学技术的不断发展与进步，在工业生产中对电机提出了更多更高的要求，尤其是电机的安全性，对生产的质量、效率以及工作人员的人身安全具有重要影响。因此在实际工作中，应正确认识到电机故障诊断的重要性，并结合实际情况选择适当的诊断方法，切实保障诊断结果的准确性。应用逻辑诊断法，有利于保障诊断结果的准确性，进而及时发现其中存在的问题，为电机的安全稳定运行提供了有力的保障。

关键词：电机故障;逻辑诊断

在应用逻辑诊断法对电机进行诊断的过程中，应明确各项诊断的参数、测试的方法等。可通过仿真实验对电机中定子绕组匝间短路、相间短路、转子的断条等问题进行研究，这些故障的出现会对电机的声学性能和振动性能等产生不利影响，并最终影响到电机的运行质量和效率，严重时甚至导致安全事故。

1 逻辑诊断方法

通常情况下可通过参数与特征的集合对电机实际的运行状态进行表示，其中外部激励输入通过向量X（X1、X2、X3...Xn）进行表示。而电机动力学指标则可通过向量Y（Y1、Y2、Y3....Yn）进行表示，则此时可通过R=f（Xg、Yg、Zg、t）进行表示，是一种处于正常状态下的模型。利用该模型可对试验结果和动力学指标以及状态参数等的关系进行有效诊断，经过相应的实践。发现在发生故障的初期阶段，电机中主要的动力学指标仍处于原始值状态。当损毁严重时才会出现较为明显的变化，应对该状况有效考虑，因此当处于正常激励时，出现了i类故障时，可用Rs（j）=f（Xg、Yg、Zs（j）、Zs（j/i）、t）进行该故障模型。其中Zs（j）为处于i类故障时，受到损毁的部件实际状态所发生的变化，而Zs（j/i）则为在i类故障下引发的j类条件故障，此时其他部件状态发生的变化。因此故障集可通过S={S（i），S（j/i）}进行表示，并通过诊断参数、特征的结合Z=f（Zg、Zs（j）、Zs（j/i））进行故障集、条件故障集的表示。结合发生故障时的诊断参数，可进行诊断实验的明确。设定诊断参数、实验结果的取值仅有0与1两种，则可针对电机的状态进行具有逻辑性数学模型的建立，即布尔矩阵。处于不同故障时，由诊断试验结果所组成的布尔矩阵如表1所示。

通过布尔矩阵可进行诊断试验集的建立，并在其中筛选出最小列的结合，从而保障每行中均包含一个1.结合诊断试验可进行故障的明确，结合试验的结果可进行推测，试验结果若不为0，或诊断参数为1，则表明此时电机出现了故障。

2 典型电机故障的分析

2.1 定子绕组匝间短路故障、相间短路故障

在对交流电机中的定子绕组故障进行诊断时，通常故障类型为匝间短路故障、相间短路故障。

其中通过箭头进行故障部件对其他部件的作用，并通过虚线进行短路环流作用的表示。大出现匝间短路、相间短路时，通常表现为绕组出现局部过热的现象，此时各个相的电流缺乏对称性，并且会产生较为严重的振动和噪声。但当故障到达最终阶段，此时短路环流处于某界定值，电机停止运行才会使这些现象较为明显。在发生故障的初期阶段可通过参数变化进行诊断，通常当电机中的定子绕组出现故障时，会导致以下几种参数出现变化：

其一便是三次谐波电流会缺乏对称性，处于正常状态时，三相绕组具有对称性，且在三次谐波电流中产生的磁势为0。若匝间短路、相间短路的現象出现，则会导致谐波中所产生的磁势缺乏对称性。在该中故障下，绕组间出现短路环致使三次谐波出现了局部补偿的现象，减小了发生故障的绕组中的三次谐波。随着时间的推移故障不断发展，会导致该不对称的问题加剧，最终增加了气隙中的三次谐波所合成的磁通量，增加了未出现故障的绕组中的谐波电流。

其二便是减小了故障相的参数基波，在同步电机中短路环流可用感性负载等效，它将引起定子的附加电枢反应，并对基波激磁磁通产生影响。尤其在空载条件下，这种现象尤为明显。因为故障电机在空载运行时，定子相电流为0，电枢反应只由短路电流引起。短路情况下，短路环流具有电感特性，它引起的电枢感应磁通对激磁磁通产生纵向去磁作用。因此在给定的激励下绕组中的感应电动势将减小。其三便是振动和噪声参数发生了变化，通过试验，确定了定子绕组匝间和相间短路对振动幅度、速度、加速度、噪声平均水平及各参数谐波成分的影响。

2.2 转子断条故障

对同步电机因转子断条引起的故障进行了试验研究，采用在转子槽中钻孔的方法模拟故障，测量相电流和谐波成分的波动。试验表明与基波相电流相比三次谐波的波动幅度要大2.5倍，这是对鼠笼式同步电动机进行故障监测的最有效的特征。

2.3 转子轴偏心故障

轴偏心会破坏相电流的对称性，影响定子绕组电压和并联支路电流分配的均匀性，并导致附加谐波的出现，而且谐波幅度相对于基波不均匀地增加，同时差动杂散感抗和输入阻抗Zk增加。在气隙均匀的情况下，相电压中的三次谐波分别为0.47%（A）、0.42%（B）、0.47%（C），而在偏心率e=75%时，三次谐波将不均匀的增长许多倍，达到5%（A）、4.1%（B）、8.1%（C）。

4 结束语

电机中的各个部件在机械上和电磁上均具有较为紧密的联系，并且其中一个部件发生故障会导致其他的部件出现故障，通常是振动性能、电磁性能和声学性能等出现变化。所以可通过逻辑诊断法对电机实际的状态进行监测并诊断，有利于保障诊断结果的准确性。在对几种较为常见的电机故障进行分析时，在对其进行充分分析的同时，制定相应的逻辑诊断模型。通常需要通过布尔矩阵，并进行相应的简化，结合三次谐波实际的变化等对此时电机所处的状态进行明确。从而制定相应的解决措施，保障电机的安全稳定的运行。

参考文献

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