三相异步电动机故障诊断系统开题报告

全文总字数：3013字

1. 研究目的与意义

自19世纪发明发电机和电动机以来，由于电能应用方便而且电动机的性能优良，便于控制，使用与操作简单，因而得到了迅速普及，应用范围越来越广，使用数量越来越多，使人类从繁重的体力劳动中逐步解脱出来，从而推进和完成了人类历史上第二次工业革命。而到了今天，在我们日常生活和生产活动中，已经离不开电机，电机在日常生活中已无所不在。任何产业部门和每个家庭几乎离不开各种各样的电机，它作为当今世界上使用员普通的、数量最多的供电设备和动力机械，几乎占领了所有领域。三相异步电动机由于其结构简单、成本低廉、运行维护方便、机械特性能满足大多数生产机械的要求，因此成为现代工农业生产中拖动系统的重要组成部分，它的使用几乎渗透到了各行各业，成为工业、农业和国防建设及人民生常进行的重要保证。

自动化、柔性化、集成化、智能化、精密化是现代工业的主特点。因此，从运行与使用上看，由于生产自动化及各种自动控制设备的使用，就要求电动机经常运行在频繁启动、制动、正反转、间歌以及变负荷等多种工作方式生产线上主要电动机的故障必将造成生产线的停工，甚至可能影响生产线的工艺流程，其影响之大可以设想。新日铁钢铁公司对上世纪三个不同年代建造的热轧车间由于设备故障停机引起的损失进行了统计,以50年代建造的热轧生产车间停产损失为100%，60年代建造的生产线停产损失则为220%，70年代生产线的停产损失达到375%。又如带钢轧制中的退火工段，由原来的五道工序改造成一道连续退火生产线，生产周期减少为原来的10%，废品率为原来的52%，节约能源82%，操作人员减少72%，但是故障造成的单位时间损失增加了6倍。

统计表明，电机故障的原因各种各样，既有设计制造质量问题，也有安装和运行维护方面的问题。为了进一步提高电机的可靠性，除了提高产品质量、精心安装、调试和正确的运行维护外，对它们进行可靠、有效的状态监测与故障诊断保证生产的顺利进行就具有十分重要的现实意义。

2. 国内外研究现状分析

设备故障诊断技术是一个古老的话题，自从机器问世以来，设备故障诊断技术就随之产生技术就随之产生了，至今设备故障诊断技术已经发展到了以传感器技术和计算机技术为主的诊断阶段，这个阶段开始于60年代末，70年代初，由于传感器技术的发展，使得对各种状态信号的提取和测量变得更加容易，计算机引入到故障诊断中来，弥补了人在数据处理上的低效率和不足，这种建立在信号量测基础上的诊断技术，能够实现在设备不停机的情况下，对设备状态进行监测和分析，判断设备是否存在异常或故障、故障的部位和原因以及故障的劣化趋势，以确定合理的检修方案和时间。这项技术包括检查和发现异常、诊断故障类型和部位、分析故障状态和发展趋势三个基本环节，同时也包括检测技术、信号处理技术、识别技术、预测技术四项基本技术。这门学科的出现，已在各生产部门和技术领域得到了广泛应用，促进了设备维修体制的一次革命，使设备维修体制从传统的故障后维修和预防维修，逐步转变为预知维修(状态维修)，显著减少了故障停机损失，提高了设备运行的可靠性，降低了维修费用。同样，设备监测和故障诊断方法也在不断地作适应性变革，经历四个阶段的发展: (1)依靠人的五官感觉和简单工具进行检查和监视:(2)利用简单的检测仪器进行检查和监视;(3)离线状态监测;(4)在线状态监测:其中在线状态监测是通过安装在设备上的传感器,即时获取机器运行中的各种状态信号，可对机器进行连续的监测，其特点是能在故障发展萌芽阶段就检测出故障，并严密监视其发展状况，实现故障的提前预知，这样就有可能选择在合适的条件下做有准备的停机和设备检修，节约时间并减少损失。在线状态监测，能够提供设备运行和维修两方面的信息，它所提供的趋势分析信息能进一步改进设备维修计划，使设备维修更加准确有效，更节约费用，操作者通过它所显示的状态信息及时、不断改进设备操作方式，进一步提高设备运行的可靠性和效率，这两者的经验和积累数据，又向设备设计者和制造者提供了改进设备性能和可靠性的重要信息。随着计算机硬件与软件技术水平的不断提高，它们与监测和故障诊断技术相结合，新的功能完善的综合在线监测系统也不断问世，在进行在线监测的同时，还具备故障诊断，故障趋势分析功能，为实现预知维修提供了手段，设备的在线监测和故障诊断分为三个步骤；(1)拾取反映设备运行状态的信号。(2)从信号中提取反应设备状态或故障信息的特征信息。(3)依据特征信息识别设备状态或对故障进行诊断。

70年代末期，在线监测和故障诊断技术被引入异步电机特别是大中型异步电机运行维护和制造中来，立即显示出其巨大的优越性。鉴于大中型异步电动机重要作用和地位，对于大中型异步电动机的在线监测和故障诊断，国内外很早就有人进行这方面的研究，特别是近二十年来，该领域不断吸收科学技术发展的新成果，从理论到实践都有迅速的发展。异步电机在线监测和故障诊断技术已经发展成集数学、力学、高电压技术、信号处理、电子技术、信息工程和人工智能等各种现代科学技术为一体的新兴交叉学科。

3. 研究的基本内容与计划

由于电能便于大批量生产、能够集中管理和方便远距离传送，以及能够自动控制，成为当代社会最主要的能源，并推动了人类社会的快速发展。电机是电能生产和运用过程中非常重要的设备，不仅在社会生产各行业中发挥有重要作用，而且也普遍应用于人们日常生活。电机的主要类型有很多。

本文主要针对电动机进行研究。电动机被用来驱动各种电路，在工农业、生活、航海、航空和医疗等方面都有着广泛的应用。其中三相异步电动机占电动机总和的75%，所以本文主要针对三相异步电动机的故障进行诊断。由于区域供电状态、质量的不同和机械负荷存在多样性的原因，使得电动机的故障发生率比较高，这样即会破坏电动机本身的结构，也会对整个社会带来不可预见的损失，由此可见对电动机的故障诊断技术是非常必要的。

利用单片机监测数据分析三相异步电机的一些常见故障，得出电动机发生故障时的特点，得出电动机的保护判据，以此来确定各种故障相应的保护措施，从而对电机进行及时的保护。完成相关软硬件设计。

4. 研究创新点

系统利用 89c51单片机作为主控器件 ,通过分析三相异步电动机在运行中可能发生的常见电气故障 ,如相间短路、断相、低电压、单相接地、过负荷、过电流等故障 ,探讨引起故障的原因 ,通过准确、灵敏、有效地检测电机的初发故障 ,实现电机的及时有效保护 ,保证生产系统安全可靠运行 。

由于电动机的相间短路、过负荷都可以通过过电流检测反映出来 ,而断相、单相接地等故障现象就是欠压 ,因此保护系统只需检测电流和电压 ,就能完成以上故障现象的保护功能。

为了从根本上保护电机的安全运行 ,本系统增加了电动机温度检测环节和转速检测。