轴承故障检测在感应电动机使用电机电流特征分析

Akshat Singhal1,米拉Khandekar2

M。理工大学的学生,部门仪表与控制,工程学院,浦那(India1
助理教授、部门仪表与控制、工程学院,浦那(India2

文摘

感应电动机的卫生条件可以有效地监控使用非侵入性的方法称为电机电流特征分析(MCSA)。概念是把电动马达作为隐式传感器内置电机驱动的设备;当前的行为可以被用来显示电机的不同健康状况以及负载驱动。这项工作的目的是探讨MCSA连续监测和诊断的可行性。我们使用快速傅里叶变换进行信号的处理。总之,研究结果显示有前景的结果,可能会导致更好的可靠性感应电动机的性能和更低的维护成本。

关键字

感应电动机、特征频率、快速傅里叶变换,MCSA。

介绍

感应电动机是许多工业过程和关键组成部分经常集成在商用设备和工业过程。电机驱动的设备通常提供核心功能必不可少的商业成功,设备和人员的安全。有许多出版技术和许多商业上可用的工具监测感应电动机正常运行时间,以确保高度的可靠性。尽管这些工具,许多公司仍面临意想不到的系统故障,减少电机寿命。感应电动机行为的研究在异常条件和可能性诊断这些条件已为许多电机研究人员一项富有挑战性的课题。MCSA是最好的选择:非侵入性和使用定子绕组作为搜索线圈。不受负载的类型和其他不对称。

轴承故障类型

故障发生在电机轴承通常是由于过度负荷,轴承内的温度上升,使用坏的润滑剂等[7]。轴承由主要的外环和内心的竞赛方式,保证等距离的球和笼之间的球。不同的故障可能发生在轴承可分为根据受影响的元素[3][7]:

外滚道缺陷

内水沟缺陷

球缺陷

电机电流特征分析

电机电流特征分析(MCSA)是基于感应电动机的电流监测因此它不是很贵。MCSA使用机器的电流频谱定位故障特征频率。当故障出现时,线路电流的频谱变得不同于健康的运动。这样一个故障调节气隙产生旋转频率谐波的自我和相互电感机。它取决于定位特定线路电流中的谐波组件[4][5]。因此,它提供了重要的实现和经济效益。在研究工作中,电机电流特征分析(MCSA)为基础的方法是用于诊断感应电动机的常见故障,如断条故障,短绕组故障、轴承故障,气隙偏心故障,和负载的缺点。研究提出的方法允许连续实时跟踪各类故障的感应电动机连续和变量加载条件下操作。各种故障电流的影响光谱的感应电动机通过实验调查。

实验装置

为了诊断感应电动机的轴承故障,使用相同的实验室试验台如图2所示。它由单相感应电动机的电流互感器,NI数据采集卡9203年和2011年人员计算机和软件虚拟仪器。

感应电动机规格:

0.25惠普,

220/230 V,

1.2

1500 (NL) r / min

电流互感器规格:

比30 / 100 mA

弗吉尼亚州负担2

类1

NI 9203采集卡规范:

±20马

8通道

16位

球轴承6203 - z规格说明:

球元素的数量:8

节圆直径:29.75毫米

球直径:6.35毫米

单行感应电动机的轴承,深沟球轴承和类型6203 - z。每个轴承都有八个球。实验三个轴承:其中一个是破损而两轴承损坏。轴承是通过外环„钻洞diameterA¢2毫米,而另一个轴承通过与„内座圈孔钻直径2毫米的如图3和4所示。轴承6203 - z型钻的帮助下放电加工(EDM),安装在汽车上。

检测轴承故障,基于FFT功率谱。获得的光谱是利用虚拟仪器(VI)。建立了VI在虚拟仪器编程。力都用于控制测试测量和数据采集,数据处理。首先在时域采样定子电流和序列;功率谱计算和分析目标检测相关的特定频率成分的缺点。对于每个轴承故障,都有一个关联的频率,可以确定频谱。检测到的故障比较特定频率的振幅相同的运动视为健康。基于dB的振幅也可以确定故障状态的程度。单相感应电动机的电流流由电流互感器感觉到。它减少了当前马3 - 4。 It is then further supplied to National Instrument Data acquisition card 9203. Data acquisition card is connected to USB 2.0 slot of personnel computer. Angular velocity of induction motor is measured by a digital tachometer. The

“虚拟仪器”转换的采样信号频率是1000样本/ s使用功率谱的频域算法。

球轴承的特征频率

每个缺陷出现在滚珠轴承装配产生的振动在基本频率,或几个基本频率的一些复杂的组合。更严重的缺陷可能产生更大的振幅的振动,导致谐波。球轴承缺陷的水沟,每次辊有缺陷的水沟,相应的球内水沟频率fBPFI或球传球外水沟频率fBPFO将生成[5]。

(1)

(2)

地点:

n =数量的球

在RPM N =转速

d =球直径

D =轴承节圆直径

β=球接触角与竞赛雷竞技网页版

结果

实验检测轴承故障的执行在单相感应电动机使用虚拟仪器软件。健康电机的功率谱获得了所有情况如图5和8。感应电动机的测试有两个有缺陷的轴承。有缺陷的滚动轴承和机械振动产生气隙偏心的。气隙偏心的原因所产生的气隙磁通密度的变化可见定子电流的变化。这些变化确定电机功率谱由于内部种族断层和外环的缺点。断层在外圈,内套故障诊断在空载和满载条件下进行一些实验。从这些实验结果给出如下:

答:内套的错

测试电机在空载条件下有缺陷的轴承。轴承的故障是由钻一个洞的直径2毫米内的比赛。观察电动机的功率谱,故障频率并不在空载条件下清晰可见,因为它们的大小是更少。错误的电动机的功率谱与2毫米孔在轴承内座圈在空载条件下图6所示。电机测试时再次与相同的轴承在满载情况下,它是观察到的故障频率降低,但这些都是稍微难确定的功率谱。故障电机的功率谱与2毫米孔在满载条件下轴承内座圈图9所示。2毫米的功率谱内座圈故障电机如图6和9及其分析空载和满载如表1中所示。

b .外环的错

汽车还与外环测试轴承的故障。最初,2毫米直径的孔钻在轴承外环,然后安装在电动机。故障电机的功率谱与2毫米孔在空载条件下轴承的外环如图7所示。这个数字显示,故障频率可以明确确定在77.55赫兹的功率谱。实验中获得类似的结果是当电动机满载条件下测试了相同的故障。在这种情况下,故障频率出现在77.34赫兹轴承外圈故障的迹象。这些频率图10所示。表2给出了功率谱分析感应电动机与2毫米外环的错。

结论

这项工作包括实验表征轴承故障的感应电动机在空载和满载条件下运行。故障算法监测断层的振幅频率和振幅随时间的变化。显著改变振幅表示发展的错。轴承故障几乎是实现及其对发动机的影响目前的FFT信号调节技术的帮助下进行了研究。倪LabVIEW软件是用于研究这些影响。在轴承故障,应用故障时谐波显示了明显的变化。有缺陷的滚动体轴承和机械振动产生气隙偏心的。气隙怪癖造成振动所产生的气隙磁通密度可见定子电流频谱的变化。信号处理技术(FFT)是用于检测电机的轴承故障。实验结果表明,功率谱的特征频率不能看到如果外环的错和内心的种族断层规模较小。 As severity of fault increases, the characteristic frequencies become visible. The results also show that, for defective bearing having 2 mm diameter hole, the inner race and outer race fault frequencies are slightly difficult to identify in power spectrum at no load condition. As load is increased, fault frequencies become visible.

承认

表达我真诚的感谢我的导师,米拉a . Khandekar太太对她的专家指导,鼓励和动力在这项工作的发展,没有这个工作就不会发展到目前的形式。我感谢美国l·帕蒂尔博士对他的支持和帮助。最后但不是最少;我很感激家人和朋友给我的耐力默默支持我。

表乍一看


表1	表2

数据乍一看


图1	图2	图3	图4	图5

图6	图7	图8	图9	图10

引用

AkshatSinghal米拉a Khandekar“感应电动机轴承故障检测使用快速傅里叶变换”IEEE国际会议在2013年工程技术高级研究。
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