谈直流电动机的故障诊断

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇谈直流电动机的故障诊断范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

摘要：以直流电动机可控硅调速试验台为研究对象，通过对其电枢和励磁回路的三相全控桥式整流电压的输出波形来直观地分析整个系统的故障，并与7种故障波形对比最终得出系统故障类型以及故障类型下具体的故障状态，并以此进行逐级分析诊断。

关键词：三相桥式电路，Simulink仿真，波形图，故障诊断

本直流电动机可控硅调速试验台主要由2台直流电动机、1台交流同步发电机、1台交流电动机构成。直流电机为上海电机厂生产的ZD系列非标直流电机，其电枢主回路采用串联方式；电枢回路的电源为上海电气自动化研究所研发的三相可控硅桥式整流电源，控制系统亦为其自研产品；直流电机及三相交流同步发电机励磁电源均采用欧陆590直流调速装置。经长期运行，原系统主要存在以下问题：由于两台直流电机需要同步运行，而各元件之间较为分立，导致设备故障点分散，系统调整及故障查找存在一定的难度；且模拟系统的控制精度低、跟随性差，易产生零点漂移，导致产线上快速溶断器易被烧毁甚至会导致快开跳闸。由于无法实现自动数据采集和自动检测，难以实现故障的追溯。本文以对应三相桥式整流电路输出的波形作为判断依据，提前得知故障类型，并以此进行全面的分析诊断，从电机到控制柜或从控制柜到电机逐一进行有重点的排除检查，找出故障原因并最终处理解决。

1三相桥式全控整流模块仿真

目前三相整流电路中，相对于三相桥式不可控整流电路、三相桥式半控整流电路而言，三相桥式全控整流电路是应用比较广泛的。图1为其电路原理图。其中阴极连接在一起的三只晶闸管（VT1、VT3、VT5）称为共阴极组；阳极连接在一起的三只晶闸管（VT4、VT6、VT2）称为共阳极组。晶闸管的导通顺序为VT1－VT2－VT3－VT4－VT5－VT6。导致电枢回路产生故障的主要原因有三个：一是供电电源故障；二是整流电路故障；三是控制角／导通角控制电路故障。通过MATLAB的Simulink模块，根据三相桥式全控整流电路结构搭建仿真平台，对其进行电气连接，图2为系统仿真接线图。系统的参数设置：1）BlockParameters(Ua)：本文设三相电源电压为100V、频率为50Hz、相角相差120°、Ua的初相角设置为0°。2）同步6脉冲触发模块参数：电压频率50Hz，脉冲宽度10de-grees，对于晶闸管参数的设置采用其默认的设置。

2三相桥式全控整流电路故障类型及波形显示

三相桥式整流电路中，晶闸管的导通顺序为：VT6、VT1－VT1、VT2－VT2、VT3－VT3、VT4－VT4、VT5－VT5、VT6。正常工作时整流输出电压一周期脉动六次，每次脉动的波形都一样，即每工频周期由六个形状相同的波头组成。当发生晶闸管故障时，电压波形按一定规律产生畸变。如VT1故障时，晶闸管的导通次序变为：VT5、VT6－（无）－VT2、VT3－VT3、VT4－VT4、VT5－VT5、VT6。VT2故障时，晶闸管的导通次序变为：VT6、VT1－VT6、VT1－（无）－VT3、VT4－VT4、VT5－VT5、VT6。当VT1、VT3故障时，晶闸管的导通次序变为：VT5、VT6－（无）－（无）－VT4、VT5－VT4、VT5－VT5、VT6。当VT1、VT2故障时，晶闸管的导通次序变为：VT5、VT6－VT5、VT6－（无）－VT3、VT4－VT4、VT5－VT5、VT6。综上，本文将故障情况分为以下8类，其对应波形（以触发角为30°为例）如图3所示。1）晶闸管无故障时的情形；2）只有一只晶闸管故障，有6种故障状态，VTi故障（i＝1，…，6）；3）同一相电压的两只晶闸管故障，包括3种故障状态，VTi及VTj故障（i＝1，2，3；j＝i＋3)；4）同一半桥的两只晶闸管故障，包括6种故障状态，VTi及VTj故障（i＝1，…，6；j＝（i＋2）mod6，mod为求余运算，下同）；5）序号相邻的两只晶闸管故障，包括6种故障状态，VTi及VTj故障（i＝1，…，6；j＝（i＋1）mod6）；6）VTi、VTj及VTk故障，包括6种故障状态（i＝1，…，6；j＝（i＋1）mod6，k＝（i＋2）mod6）；7）VTi、VTj及VTk故障，包括6种故障状态（i＝1，…，6；j＝（i＋2）mod6，k＝（i＋3）mod6）；8）VTi、VTj及VTk故障，包括6种故障状态（i＝1，…，6；j＝（i＋2）mod6，k＝（i＋5）mod6）。本文以上述情况1）和8）为例，触发角α＝300。图3为晶闸管无故障时的波形图。图4为上述第8种情况，VTi、VTj及VTk故障，包括6种故障状态（i＝1，…，6；j＝（i＋2）mod6，k＝（i＋5）mod6）：综上故障类型下的不同故障状态，可以看出，每一种故障类型下的相邻故障状态都是其上一种故障状态的波形平移，并且平移角度为60°（即相邻脉冲的间隔宽度）。通过上述阻感负载整流电压波形显示以及定量分析，可直观地对系统进行整体的故障判断。即在一个周期里如果有6次相同的电压脉动，那么系统正常，反之可判断系统发生故障。根据其输出电压波形特征判断其具体是哪一种故障类型以及此种故障类型下的具体故障状态。其故障分类流程图如图5所示。对于上边流程图的判断框图而言，为了能够直观描述引入附图中故障树的表示方式对其加以说明。系统故障通过逻辑符号或门连接分为7种故障类型，然后每种故障类型再通过或门连接分为不同的故障状态，从而根据整流输出电压波形特征来区分判断，最终将系统故障定位于具体故障类型下的具体故障状态。

3结束语

本文通过对其电枢和励磁回路的三相全控桥式整流电路整流电压的输出波形来直观地分析整个系统的故障，并与以上的波形对比最终得出系统故障类型，以及故障类型下具体的故障状态，并以此进行逐级的分析诊断：一是供电电源故障；二是整流电路故障；三是控制角／导通角控制电路故障。对于其他一些故障，再从电机到控制柜或从控制柜到电机逐一进行有重点的排除检查，找出故障原因并最终处理解决。

参考文献

［1］邹涛．三相桥式整流电路主回路故障智能诊断方法的研究［D］．重庆：重庆大学，2005

［2］刘华姿．基于虚拟仪器的电力电子整流装置的故障诊断系统研究［D］．长沙：中南大学，2008。

作者：韩娟 杜京义 尚冬梅 单位：西安科技大学工程训练中心 西安科技大学电气与控制工程学院