一种涵盖机械与电气故障的高安全电机故障模拟试验台制造技术

本发明专利技术公开一种涵盖机械与电气故障的高安全电机故障模拟试验台，属于电气技术领域。包括：机械试验台架；电气故障模拟柜包括：位于柜内的供电电源、若干交流接触器和限流电阻，设于柜体外的控制按钮；交流接触器和限流电阻对应，且串联于两个短路点之间，两个短路点包括：定子绕组同一相的不同匝绕组、任意两相或者任一相与地；控制按钮连接交流接触器的辅助触点，用于控制短路故障的实时注入；数据采集模块，部署于被测电机，用于采集机械或者电气故障时电机数据。本发明专利技术在限流电阻和交流限流器的共同作用下，限制短路回路电流，保障试验台安全。此外，交流接触器采用按钮控制，硬线连接不易受干扰、低延时，确保故障注入和故障取消的快速效应。消的快速效应。消的快速效应。

【技术实现步骤摘要】
一种涵盖机械与电气故障的高安全电机故障模拟试验台


[0001]本专利技术属于电气
，更具体地，涉及一种涵盖机械与电气故障的高安全电机故障模拟试验台。

技术介绍

[0002]电机作为机电能量转换的核心，广泛应用于舰船上泵类、通风机、压缩机、液压机械等各类机械驱动。相比于陆上应用场合，舰用电机通常工作在更为潮湿的环境中，电机绕组绝缘极易受到破坏，导致机械和电气故障频发。故障模拟试验是复现故障后故障表现征兆的有效途径，也是目前主要的可行方法，可用于故障诊断算法开发和验证、PHM算法模型的指标评价和验证。
[0003]专利CN217718022U公开一种电机故障模拟平台，能够模拟并采集电机的电参数和机械参数。然而，该方案缺乏对定子匝间短路故障模拟，且相间短路故障的模拟直接将输电线进行短路，可能会在短路回路产生大电流，导致电机烧毁或者电源跳闸，无法观察故障后的系统表现和收集故障数据。
[0004]专利CN108680855B公开一种永磁同步电机故障模拟系统及故障诊断方法，能够完成电机及其控制系统的电气故障与机械故障的模拟，其中电气故障的设置完全采用自动控制方式，机械故障的设置需更换电机系统故障配件。利用虚拟仪器软件LabVIEW为平台设计上位机软件，主要完成以下几个任务：定子绕组匝间短路设置、定子绕组相间短路设置、功率变换器故障和转子位置检测器故障设置。然而，该方案对于定子匝间短路故障和相间短路故障的模拟都是直接用交流接触器进行短路，会产生大电流，导致电源跳闸或电机烧毁，无法保障试验过程安全；开关为软控制方式，当通信数据易受干扰、数据发送延时、人为操作控制上位机软件不够快速时，极有可能造成电机甚至试验台损坏。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种涵盖机械与电气故障的高安全电机故障模拟试验台，旨在解决如何保障试验过程安全的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了一种涵盖机械与电气故障的高安全电机故障模拟试验台，包括：机械试验台架、电气故障模拟柜和数据采集模块；
[0007]所述机械试验台架，用于提供电机运行所需的机械试验条件和模拟被测电机不同机械故障；
[0008]所述电气故障模拟柜包括：位于柜内的供电电源、若干交流接触器和若干限流电阻，设于柜体外表面的控制按钮；
[0009]所述供电电源，用于给被测电机供电；
[0010]所述交流接触器和限流电阻一一对应，且串联于两个短路点之间，所述两个短路点包括：定子绕组同一相的不同匝绕组、定子绕组的任意两相或者定子绕组的任一相与地；
[0011]所述控制按钮连接交流接触器的辅助触点，用于控制短路故障的实时注入；
[0012]所述数据采集模块，部署于被测电机，用于采集机械故障或者电气故障时的电机数据；
[0013]所述交流接触器的额定电流和限流电阻的阻值需满足：
[0014][0015]其中，I
C
表示交流接触器的额定电流，k表示比例系数，取值范围(1,1.2]，λ
i
表示第i种电气故障的故障率，U
N
表示电机额定电压，r
g
表示限流电阻的阻值。
[0016]优选地，所述电气故障包括：定子匝间短路故障模拟、相间短路故障和相接地故障。
[0017]优选地，对正常电机定子绕组进行绝缘破坏，并将绕组引出到外部进行短路控制的方式模拟定子匝间短路故障。
[0018]需要说的是，本专利技术通过该方式，可模拟电机早期轻微匝间短路(绝缘)故障，为在线监测和故障诊断算法的研究和验证奠定基础。
[0019]优选地，引出位置为定子绕组同一相的前10％的若干绕匝。
[0020]需要说的是，本专利技术优选上述位置，有利于故障点制造，同时试验过程中可根据需要灵活选择要短路的匝数，模拟不同短路故障严重程度。
[0021]优选地，机械试验台架由负载电机、联轴器、扭矩传感器、被试电机、工作平台和X向移动机构组成；
[0022]负载电机、联轴器、扭矩传感器、被试电机在同一水平高度依次对中连接；
[0023]所述负载电机，用于为被试电机提供稳定负载；
[0024]所述扭矩传感器，用于实时测量电机转速和扭矩；
[0025]所述联轴器，用于连接扭矩传感器与两端电机轴；
[0026]所述X向移动机构采用丝杠和导轨移动以调整试验台X方向位置；
[0027]所述负载电机、联轴器、扭矩传感器、被试电机和X向移动机构均置于工作平台上，所述工作平台，用于保证试验台运行的稳定。
[0028]需要说的是，本专利技术优选上述结构机械试验台架，具有结构简单、便于更换和安装被测电机的优点。
[0029]优选地，所述数据采集模块包括以下至少一种：电流传感器、振动加速度传感器、振动位移传感器、温度传感器、扭矩传感器；
[0030]对于电流传感器，安装于被试电机三相供电电源处；
[0031]对于振动加速度传感器，安装于驱动端和非驱动端；
[0032]对于振动位移传感器，安装于靠近待测轴的固定支架上，支架上的两个传感器测点呈90度夹角且高度和左右位置可调；
[0033]对于温度传感器，埋于电机定子绕组或靠近轴承处，或者，固定在电机表面；
[0034]对于扭矩传感器，一端通过联轴器与被试电机连接，另一端连接至负载电机，用于测量电机转速、负载扭矩大小。
[0035]需要说的是，本专利技术优选上述数据采集模块，可实时采集电机运行过程数据，数据采样率和采集长度均满足算法研究和验证需求。
[0036]优选地，模拟的机械故障包括：
[0037]不平衡故障：通过在转子导条平衡柱上铆接或去除平衡垫片的方式来破坏转子质量平衡，实现不平衡故障模拟；
[0038]不对中故障：将电机的前后端盖安装成不用心；
[0039]转子断条故障：通过对转子槽钻孔并不填充物质实现；
[0040]轴弯曲故障：通过对正常电机转子轴进行高温加热后敲打的方式，人为使得转子轴弯曲；
[0041]轴承故障：通过在轴承外圈进行割裂缝模拟轴承裂纹故障。
[0042]需要说的是，本专利技术优选上述机械故障模拟方式，易实施且故障模拟得到的电机运行特性与相应故障机理吻合。
[0043]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
[0044]本专利技术提出一种涵盖机械与电气故障的高安全电机故障模拟试验台，通过限流电阻和交流限流器串联于两个短路点之间，在满足上述条件的限流电阻和交流限流器的共同作用下，限制短路回路电流，保障试验台安全。此外，交流接触器采用按钮控制，按钮与接触器之间都是硬线连接，不易受干扰、低延时，确保故障注入和故障取消的快速效应，实现故障实时注入以及试验过程安全可控。
附图说明
[0045]图1为本专利技术提供的电气故障模拟柜外部控制按钮的接线原理图。
[0046]图2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种涵盖机械与电气故障的高安全电机故障模拟试验台，其特征在于，包括：机械试验台架、电气故障模拟柜和数据采集模块；所述机械试验台架，用于提供电机运行所需的机械试验条件和模拟被测电机不同机械故障；所述电气故障模拟柜包括：位于柜内的供电电源、若干交流接触器和若干限流电阻，设于柜体外表面的控制按钮；所述供电电源，用于给被测电机供电；所述交流接触器和限流电阻一一对应，且串联于两个短路点之间，所述两个短路点包括：定子绕组同一相的不同匝绕组、定子绕组的任意两相或者定子绕组的任一相与地；所述控制按钮连接交流接触器的辅助触点，用于控制短路故障的实时注入；所述数据采集模块，部署于被测电机，用于采集机械故障或者电气故障时的电机数据；所述交流接触器的额定电流和限流电阻的阻值需满足：其中，I
C
表示交流接触器的额定电流，k表示比例系数，取值范围(1,1.2]，λ
i
表示第i种电气故障的故障率，U
N
表示电机额定电压，R
g
表示限流电阻的阻值。2.如权利要求1所述的电机故障模拟试验台，其特征在于，所述电气故障包括：定子匝间短路故障模拟、相间短路故障和相接地故障。3.如权利要求2所述的电机故障模拟试验台，其特征在于，对正常电机定子绕组进行绝缘破坏，并将绕组引出到外部进行短路控制的方式模拟定子匝间短路故障。4.如权利要求3所述的电机故障模拟试验台，其特征在于，引出位置为定子绕组同一相的前10％的若干绕匝。5.如权利要求1所述的电机故障模拟试验台，其特征在于，机械试验台架由负载电...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙玉平，张文俊，程力旻，熊尧，李星宇，朱振桥，崔晓龙，
申请(专利权)人：中国船舶集团有限公司第七一九研究所，
类型：发明
国别省市：