电机测试台故障诊断
单相异步电机测试台 motorTB
第一章 实验对象
图 1 .1三相异步电动机
采集信号： 振动信号、扭矩信号、转速、电机功率、声发射
功能： 不同工况负载条件下的电机、齿轮箱故障诊断研究 ；
不同工况负载条件下的电机机械部件渐进故障诊断研究 ；
图 1.2 试验台
第二章 关键部件参数
表 2.1 技术规格参数
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单相异步电机 |
普斯 750W 电机 |
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测试轴承 |
量程 0~10NM ， 负载 0~1NM ， 允许最高转速 8000RPM |
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行星齿轮箱 |
减速比 1 ： 3 |
表 2.2配件列表
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序号 |
配件名称 |
型号 |
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1 |
单相异步电机 |
普斯 750W电机 |
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2 |
被测轴承 |
UCPH205 |
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3 |
联轴器 |
蓝鼎 LM-45 |
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4 |
行星齿轮箱 |
90行星减速机 |
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5 |
实验工装 |
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2.1可完成实验
表 2.1.1工况描述
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转速 |
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工况 1 |
1000r/min |
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工况 2 |
1500r/min |
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工况 3 |
2000r/min |
实验只考虑机械故障，不考虑电气故障。机械故障包括电机定子、转子、轴承和机体安装等故障类型。具体设置共有九种故障类型，包括健康、两种级别的转子断条、两种级别的转子不平衡、两种级别的电机不对中故障和两种轴承（内圈、外圈）的故障类型。每种故障类型的描述见表 2.1.2。
表 2.1.2健康类型描述
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故障类型 |
图片描述 |
备注 |
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健康 |
------ |
健康数据 |
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转子断条 1 磁体破损 1 |
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在转子的磁体上钻 1 个孔，破坏掉磁体 |
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转子断条 2 |
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在转子的磁体上钻 2 个孔，破坏掉磁体 |
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转子不平衡 1 |
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在转子一端焊接上一个重物， 以打 破转子的原始平衡，从而导致转子和定子之间的气隙发生变 化 |
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转子不平衡 2 |
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在转子一端焊接上一个更重的重物，以打破转子的原始平衡，从而导致转子和定子之间的气隙发生变化 |
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不对中 1 |
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电机底座被垫起 0.3mm |
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不对中 2 |
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电机底座被垫起 0.4mm |
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轴承故障 - 内圈 |
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输出端轴承内圈故障 |
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轴承故障 - 外圈 |
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输出端轴承外圈故障 |
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轴承故障 - 球 |
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电机故障诊断与健康预诊断系统：该测试台可选择配置电机故障诊断与健康预诊断系统（ Python 开发， B/S
系统），功能模块包括：信号处理模块、健康特征抽取与选择模块、健康退化预测模块、健康预测模块、维护知识管理与健康可视化模块、设备故障诊断模块。不同的功能模块灵活组合完成不同的任务。（该软件系统需要选择配置，定价以选择模块与模型而定）。
图 2.1电机智能维护系统
电机故障诊断与健康预诊系统 MotorPHM
第一章 系统概况 和软件功能
1.1 系统概况
信号处理与深度学习驱动的电机故障诊断与健康预诊系统 motorTB ，实现变变速与变载荷条件下的电机的故障诊断与健康量化趋势评估与寿命预测，以提高电机可靠度以及有效延长机械使用寿命为目的。系统采集电机的振动、声信号、电流、电压、温度，开展电机的轴承、定子、转子等故障监测与健康预诊。本系统对电机关键部件提供了多传感智能感知、信号处理、故障诊断、特征提取、健康监测、寿命预测、声信号诊断等关键技术，实施对电机轴承模块、定子绕组模块、转子模块、传动系统模块的故障诊断、缺陷监测、健康评估与预测等。 MotorPHM 故障诊断与健康预测系统主要融合了目前各种先进的信号处理算法，人工智能算法以及振动机理算法，采用全 Python 语言，以 B/S 模式，通过前端与后端集成开发，采用开放的、模块化、多层架构的设计思想实现型风机故障诊断与健康预测。通过各种信号处理算法的深入应用，建立基于信号去噪和缺陷特征提取的故障诊断和预示方法，达到提取强噪声下多传感信号的弱故障特征达到缺陷早期预示的目的。在信号智能感知技术攻关的基础上，利用多传感器技术和大数据技术，建立健康趋势监测与预测系统，对其进行有效监控与故障诊断。
开发技术：系统开发平台选用Python 、 HTML5 、 JavaScript 、 CSS 以及数据库操作语句的开发已经调试工具以及平台，选择基于 Flask 轻量级 Web 框架对系统进行开发。
1.2 软件功能
MotorPHM 系统的模块主要包括：信号处理模块、声信号处理模块、电机绝缘故障诊断模块、电机轴承故障诊断模块、转子故障诊断模块、定子故障诊断模块、健康预测模块、自适应学习监控模块、预警模块、综合查询及报表管理模块、传感管理模块、数据备份模块。
第二章 传感配置
直流电机测试台测点配置（以电机测试台配置为例），采用 “1 个振动传感器+1 个温度传感器+1 个红外传感器+1 个扭矩传感器+一个电流传感器+一个声发射传感器（或者声信号）” 的监测方案，以实现对机组运行状态最全面的监测，需要配置如下：
表 1 传感配置
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测点位置 |
测点名称 |
传感器类型 |
数量 |
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电机 |
1 |
振动传感器（已有） |
1 |
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电机转子 |
2 |
温度传感器（已有） |
1 |
|
测试台 |
3 |
红外传感器（已有） |
1 |
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测试台 |
4 |
扭矩传感器（已有） |
1 |
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测试台电线 |
5 |
电流传感器 ACS712 |
1 |
|
测试台电线 |
6 |
声发射信号 |
1 |
图 1 电机健康监测与智能维护系统
图 2 系统主界面
图 3 电机状态实时监测
图 4 电机轴承故障诊断
图 5 电机智能维护系统监测界面图
图 6 基于电流、振动与声信号的故障诊断
图 7 电机智能维护系统监测界面展示图
图 8 电机智能维护系统监测数据可视化界面图 （ 一 ）
图 9 电机智能维护系统监测数据可视化界面图 （ 二 )
图 1 0 监测数据显示界面图
图 11 监测波形界面
图 12 多波形监测界面图
图 13 监测数据波形界面图
图 14 监测波形与频谱界面图
图 15 频谱与波形监测界面 图
图 1 6 数据驱动的电机故障诊断
图 1 7 多维度监测数据可视化界面图
图 1 8 多通道监测波形与频谱界面图
图 1 9 电机健康量化评估与在线监测
图 20 电机部件寿命预测
