CN115201676A - 一种手持式三相交流电机故障分析诊断装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种手持式三相交流电机故障分析诊断装置及方法，装置内集成五个检测模块，分别为绕组阻值检测模块、振动和异响检测模块、温度检测模块、转速检测模块、电压与电流检测模块；五个检测模块对三相交流电机的故障分析诊断方式分为四种工作模式，即手动模式单项分析与诊断模式、手动模式综合分析与诊断模式、自动模式单项分析与诊断模式、自动模式综合分析与诊断模式；各个模块可以进行单项分析也可以进行综合分析，能够实现对电机当前的综合性能进行准确判断的目的。

Description

一种手持式三相交流电机故障分析诊断装置及方法

技术领域

本发明涉及三相交流电机技术领域，尤其涉及一种手持式三相交流电机故障分析诊断装置及方法。

背景技术

三相交流电机通常位于作业空间小、需要登高的现场，因现场环境复杂，使用基于笔记本电脑等电机故障分析诊断装置，不仅笨重，而且携带不方便，现场操作困难。目前已有的手持式电机故障分析诊断装置，只能单独检测电机的某一项数据，如电压与电流、温度、振动和异响，功能单一。如果电机同时发生多个故障，则需要携带多个装置逐一进行检测，不仅使用不方便，每组数据分别存储在不同的装置中，且多组数据之间是孤立的，不能对多组数据进行综合分析，无法对电机当前的综合性能进行准确判断。

发明内容

本发明的目的是提供一种手持式三相交流电机故障分析诊断装置及方法，装置内集成五个检测模块，且各个模块可以进行单项分析也可以进行综合分析，能够实现对电机当前的综合性能进行准确判断的目的。

为实现上述目的，本发明设计一种手持式三相交流电机故障分析诊断装置，该装置内集成五个检测模块，分别为绕组阻值检测模块、振动和异响检测模块、温度检测模块、转速检测模块、电压与电流检测模块；

绕组阻值检测模块，用于检测三相绕组阻值、三相对地绝缘值、三相绕组间绝缘值；检测电机绕组静态阻值与绝缘数据并存储，多次测量的阻值与绝缘值，计算其平均值；依电机当前阻值与绝缘对比标准值，对故障进行初步诊断分析，生成实时动态绕组阻值与绝缘曲线；

振动和异响检测模块，用于检测电机轴承振动、电机异响与噪音；电机振动检测数据采集并存储数据库，多次测量振动值，计算其平均值，对比测量振动平均值与标准值，对故障进行初步诊断分析，生成实时动态振动曲线；

温度检测模块，用于检测电机表面温度；电机温度数据连续采集并存储数据库，接着计算平均温度、最高温度、最低温度，依据电机当前温度对比标准阈值，对电机故障进行初步诊断分析，并生成实时动态温度曲线；

转速检测模块，用于检测和诊断电机转速；电机转速连续采集并存储数据库，接着计算平均转速、最高转速、最低转速，依据电机当前转速对比额定转速，对电机故障进行初步诊断分析并生成实时动态转速曲线；

电压与电流检测模块，用于检测缺相、过压、欠压、三相电压不平衡，以及过流、三相电流不平衡；连续采集电压与电流数据并存储数据库，计算平均电流、最高电流、以及最低电流，当前电流超过额定电流时，分析判断电机或负载异常，并生成实时动态电压与电流曲线；

五个检测模块结合各自数据的历史曲线对电机故障进行综合判断分析，并将结果通过液晶屏显示在该装置上，实现检测结果可视化。

作为优选方案，该装置还包括锂电管理模块，自带电源管理，无需连接充电线，手持操作方便。

作为优选方案，该装置还包括SD存储卡，可以将采集的数据存储下来，实现自动化管理，还可以及时释放该装置的存储空间。

作为优选方案，该装置还包括无线通讯模块，可以将采集的数据实时传输到后台服务器上，进行远程数据库管理。

作为优选方案，该装置还包括时钟模块，使每条数据输出时包括具体时间，为后续数据分析提供便利。

本发明还设计一种手持式三相交流电机故障分析诊断方法，基于上述五个检测模块，五个检测模块对三相交流电机的故障分析诊断方式分为四种工作模式，即手动模式单项分析与诊断模式、手动模式综合分析与诊断模式、自动模式单项分析与诊断模式、自动模式综合分析与诊断模式；该方法包括以下步骤：

S1软件初始化；

S2选择工作模式；

S2.1选择手动模式单项分析与诊断模式，分别执行电机表面温度检测、电机转速检测、电压与电流检测、绕组阻值与绝缘检测、电机振动检测程序，每项检测数据单独输出结果，并单独对结果进行分析；

S2.2选择手动模式综合分析与诊断模式，分别执行电机表面温度检测、电机转速检测、电压与电流检测、绕组阻值与绝缘检测、电机振动检测程序，对每项检测数据进行综合分析，输出综合诊断分析报告；

S2.3选择自动模式单项分析与诊断模式，逐项执行电机表面温度检测、电机转速检测、电压与电流检测、绕组阻值与绝缘检测、电机振动检测程序，上一项输出结果输入到下一项，实现对每项检测数据的单独检测，并输出结果；

S2.4选择自动模式综合分析与诊断模式，逐项执行电机表面温度检测、电机转速检测、电压与电流检测、绕组阻值与绝缘检测、电机振动检测程序，对每项检测数据进行综合分析，输出综合诊断分析报告；

S3流程结束。

本发明的有益效果：

装置内集成五个检测模块，分别为绕组阻值检测模块、振动和异响检测模块、温度检测模块、转速检测模块、电压与电流检测模块；五个检测模块对三相交流电机的故障分析诊断方式分为四种工作模式，即手动模式单项分析与诊断模式、手动模式综合分析与诊断模式、自动模式单项分析与诊断模式、自动模式综合分析与诊断模式；各个模块可以进行单项分析也可以进行综合分析，能够实现对电机当前的综合性能进行准确判断的目的。

附图说明

图1为本发明硬件模块结构框图；

图2为本发明软件模块逻辑框图；

图3为手动模式单项分析与诊断模式流程图；

图4为手动模式综合分析与诊断模式流程图；

图5为自动模式单项分析与诊断模式流程图；

图6为自动模式综合分析与诊断模式流程图；

图7为实施例一的电压与电流曲线图；

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明涉及一种手持式三相交流电机故障分析诊断装置，该装置由硬件和软件两个部分组成，因该装置为手持式单手操作，自带电源管理，个体小巧、重量轻、移动式、携带方便，适合排查困难、操作空间狭窄、登高等环境恶劣场所。装置内集成五个检测模块，分别为绕组阻值检测模块、振动和异响检测模块、温度检测模块、转速检测模块、电压与电流检测模块。

绕组阻值检测模块，用于检测三相绕组阻值、三相对地绝缘值、三相绕组间绝缘值。

振动和异响检测模块，用于检测电机轴承振动、电机异响与噪音。

温度检测模块，用于检测电机表面温度。

转速检测模块，用于检测和诊断电机转速。

电压与电流检测模块，用于检测缺相、过压、欠压、三相电压不平衡，以及过流、三相电流不平衡。

如图1所示，为本发明硬件组成结构框图，MCU，即Motor Control Unit电机控制单元，硬件部分由MCU、输入模块和输出模块组成。

输入模块包括五个主要输入模块，即绕组阻值检测模块、振动和异响检测模块、温度检测模块、转速检测模块、电压电流采集模块，其中电压电流采集模块需要经过RS485通信模块转换TTL协议，再与MCU连接；锂电池组为MCU提供电源；五个主要输入模块可以通过多屏切换模块选择任何一种输入方式，还可以通过工作模式选择模块选择手动或自动模式，另外，时钟模块为每条数据记录采集时间，使每条数据输出时即包括具体时间，为后续数据分析提供便利。

输出模块包括OLED液晶屏、SD存储卡、4G无线通讯模块，由MCU经液晶驱动输出数据到OLED液晶屏，实现可视化，可以直观地显示出数据采集结果；SD存储卡可以将采集的数据存储下来，不需要人一直盯守在现场，降低的人的劳动强度，另外还可以及时释放该装置的存储空间；4G无线通讯模块通过局域网可以将采集的数据实时传输到后台服务器上，进行远程数据库管理，使现场作业和后台数据处理可以同步进行，提高工作效率。

如图2所示，为本发明软件功能模块逻辑框图，软件部分由综合信息汇集管理模块、输入模块和输出模块组成。

输入模块包括绕组阻值与绝缘转换和计算算法模块、温度采集和工程量转换模块、振动异响采集和计算算法模块、电机转速计算模块电压与电流采集与计算模块；这五个模块可以提供单项分析输入给综合信息汇集管理模块，也可以提供综合分析输入给综合信息汇集管理模块。绕组阻值与绝缘转换和计算算法模块输入信号给绕组阻值与绝缘异常诊断、判断模块，同时温度采集和工程量转换模块输入信号给电机温度异常诊断、判断模块，同时振动异响采集和计算算法模块输入信号给振动与异响噪声异常诊断、判断模块，同时电机转速计算模块输入信号给电机转速对比与判断模块，四个模块同时输入信号给多条件数据算法、诊断模块，经过A/D转换后进行综合分析。电压与电流采集与计算模块依次输入信号给电压与电流异常诊断、判断模块，电压、电流、负载数据融合算法、诊断预测模块，以便进行单项分析。因电压与电流采集与计算模块可以直接将采集的数据输出为相应的波形图，因此不需要经过A/D转换。

输出模块包括显示驱动模块、工作模式选择模块、数据存储实时处理模块、日期与时间处理模块；显示驱动模块可以实现实时信息、报警显示与可视化；工作模式选择模块包括手动工作模式和自动工作模式，其中手动工作模式适合有经验的电机操作人员，他对电机比较了解，可以根据电机故障表现直接判断出哪个模块出了问题；自动工作模式适合新手，属于傻瓜式操作。数据存储实时处理模块可以将采集的数据单独存储写入SD卡中，及时释放电机的存储空间。日期与时间处理模块使每条数据输出时即包括具体时间，便于后续数据分析和处理。

本发明还涉及一种手持式三相交流电机故障分析诊断方法，该方法包括四种工作模式。

第一种，手动模式流程：单项检测、单项分析与诊断模式，如图3所示。

该模式包括以下步骤：

S1软件初始化；

S2选择工作模式，即手动模式；

S3选择诊断模式；

S3.1选择电机表面温度检测模式，该模式下电机温度数据连续采集并存储数据库，接着计算平均温度、最高温度、最低温度，依据电机当前温度对比标准阈值，对电机故障进行初步诊断分析，并生成实时动态温度曲线；结合电机历史温度曲线的变化趋势，对电机故障进行综合诊断分析，输出结果；

S3.2选择电机转速检测模式，该模式下电机转速连续采集并存储数据库，接着计算平均转速、最高转速、最低转速，依据电机当前转速对比额定转速，对电机故障进行初步诊断分析并生成实时动态转速曲线；结合电机历史转速曲线的变化趋势，对电机故障进行综合诊断分析，输出结果；

S3.3选择电压与电流检测模式，该模式下连续采集电压与电流数据并存储数据库，计算平均电流、最高电流、以及最低电流，当前电流超过额定电流时，分析判断电机或负载异常，并生成实时动态电压与电流曲线；结合电机历史电压与电流曲线的变化趋势，对电机故障进行综合诊断分析，输出结果；

S3.4选择绕组阻值与绝缘检测模式，该模式下检测电机绕组静态阻值与绝缘数据并存储，多次测量的阻值与绝缘值，计算其平均值；依电机当前阻值与绝缘对比标准值，对故障进行初步诊断分析，生成实时动态绕组阻值与绝缘曲线；依历史阻值或绝缘值曲线的变化趋势，对电机故障进行综合诊断分析，输出结果；

S3.5选择电机振动检测模式，该模式下电机振动检测数据采集并存储数据库，多次测量振动值，计算其平均值，对比测量振动平均值与标准值，对故障进行初步诊断分析，生成实时动态振动曲线；根据电机历史振动曲线的变化趋势，对电机故障进行综合诊断分析，输出结果；

S4流程结束。

第二种，手动模式流程：单项检测、综合分析与诊断模式，如图4所示。

该模式包括以下步骤：

S1软件初始化；

S2选择工作模式，即手动模式；

S3选择诊断模式；

S3.1选择电机表面温度模式，该模式下电机温度数据连续采集并存储数据库，接着计算平均温度、最高温度、最低温度，依据电机当前温度对比标准阈值，对电机故障进行初步诊断分析，并生成实时动态温度曲线；

S3.2选择电机转速检测模式，该模式下电机转速连续采集并存储数据库，接着计算平均转速、最高转速、最低转速，依据电机当前转速对比额定转速，对电机故障进行初步诊断分析并生成实时动态转速曲线；

S3.3选择电压与电流检测模式，该模式下连续采集电压与电流数据并存储数据库，计算平均电流、最高电流、以及最低电流，当前电流超过额定电流时，分析判断电机或负载异常，并生成实时动态电压与电流曲线；

S3.4选择绕组阻值与绝缘检测模式，该模式下检测电机绕组静态阻值&绝缘数据并存储，多次测量的阻值与绝缘值，计算其平均值；依电机当前阻值与绝缘对比标准值，对故障进行初步诊断分析，生成实时动态绕组阻值与绝缘曲线；

S3.5选择电机振动检测模式，该模式下电机振动检测数据采集并存储数据库，多次测量振动值，计算其平均值，对比测量振动平均值与标准值，对故障进行初步诊断分析，生成实时动态振动曲线；

S4选择综合分析功能模块；

S5多数据综合分析、诊断与预测，根据步骤S3.1至步骤S3.5中电机历史温度曲线、转速曲线、电压与电流曲线、阻值或绝缘值曲线、振动曲线的变化趋势，对电机故障进行综合诊断分析；

S6输出综合诊断分析报告；

S7流程结束。

第三种，自动模式流程：自动逐项检测、单项分析与诊断模式，如图5所示。

该模式包括以下步骤：

S1软件初始化；

S2选择工作模式，即自动模式；

S3选择电机表面温度模式，该模式下电机温度数据连续采集并存储数据库，接着计算平均温度、最高温度、最低温度，依据电机当前温度对比标准阈值，对电机故障进行初步诊断分析，并生成实时动态温度曲线；结合电机历史温度曲线的变化趋势，对电机故障进行综合诊断分析，输出结果，进入步骤S4；

S4选择电机转速检测模式，该模式下电机转速连续采集并存储数据库，接着计算平均转速、最高转速、最低转速，依据电机当前转速对比额定转速，对电机故障进行初步诊断分析并生成实时动态转速曲线；结合电机历史转速曲线的变化趋势，对电机故障进行综合诊断分析，输出结果，进入步骤S5；

S5选择电压与电流检测模式，该模式下连续采集电压与电流数据并存储数据库，计算平均电流、最高电流、以及最低电流，当前电流超过额定电流时，分析判断电机或负载异常，并生成实时动态电压与电流曲线；结合电机历史电压与电流曲线的变化趋势，对电机故障进行综合诊断分析，输出结果，进入步骤S6；

S6选择绕组阻值与绝缘检测模式，该模式下检测电机绕组静态阻值&绝缘数据并存储，多次测量的阻值与绝缘值，计算其平均值；依电机当前阻值与绝缘对比标准值，对故障进行初步诊断分析，生成实时动态绕组阻值与绝缘曲线；依历史阻值或绝缘值曲线的变化趋势，对电机故障进行综合诊断分析，输出结果，进入步骤S7；

S7选择电机振动检测模式，该模式下电机振动检测数据采集并存储数据库，多次测量振动值，计算其平均值，对比测量振动平均值与标准值，对故障进行初步诊断分析，生成实时动态振动曲线；根据电机历史振动曲线的变化趋势，对电机故障进行综合诊断分析，输出结果，进入步骤S8；

S8流程结束。

第四种，自动模式流程：自动逐项检测、综合分析与诊断模式，如图6所示。

该模式包括以下步骤：

S1软件初始化；

S2选择工作模式，即自动模式；

S3电机温度数据连续采集并存储数据库；

S4电机转速连续采集并存储数据库；

S5连续采集电压与电流数据并存储数据库；

S6检测电机绕组静态阻值与绝缘数据并存储数据库；

S7电机振动检测数据采集并存储数据库；

S8对电机温度、转速、电流、阻值与绝缘、振动等多数据综合分析、诊断与预测；

S9输出综合诊断分析报告；

S10流程结束。

实施例一：

如图7所示，为检测出的故障电机中实时动态电压与电流曲线图，并通过OLED液晶屏显示在该装置上。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种手持式三相交流电机故障分析诊断装置，其特征在于：该装置内集成五个检测模块，分别为绕组阻值检测模块、振动和异响检测模块、温度检测模块、转速检测模块、电压与电流检测模块；

绕组阻值检测模块，用于检测三相绕组阻值、三相对地绝缘值、三相绕组间绝缘值；检测电机绕组静态阻值与绝缘数据并存储，多次测量的阻值与绝缘值，计算其平均值；依电机当前阻值与绝缘对比标准值，对故障进行初步诊断分析，生成实时动态绕组阻值与绝缘曲线；

振动和异响检测模块，用于检测电机轴承振动、电机异响与噪音；电机振动检测数据采集并存储数据库，多次测量振动值，计算其平均值，对比测量振动平均值与标准值，对故障进行初步诊断分析，生成实时动态振动曲线；

温度检测模块，用于检测电机表面温度；电机温度数据连续采集并存储数据库，接着计算平均温度、最高温度、最低温度，依据电机当前温度对比标准阈值，对电机故障进行初步诊断分析，并生成实时动态温度曲线；

转速检测模块，用于检测和诊断电机转速；电机转速连续采集并存储数据库，接着计算平均转速、最高转速、最低转速，依据电机当前转速对比额定转速，对电机故障进行初步诊断分析并生成实时动态转速曲线；

电压与电流检测模块，用于检测缺相、过压、欠压、三相电压不平衡，以及过流、三相电流不平衡；连续采集电压与电流数据并存储数据库，计算平均电流、最高电流、以及最低电流，当前电流超过额定电流时，分析判断电机或负载异常，并生成实时动态电压与电流曲线；

五个检测模块结合各自数据的历史曲线对电机故障进行综合判断分析，并将结果通过液晶屏显示在该装置上，实现检测结果可视化。

2.根据权利要求1所述的手持式三相交流电机故障分析诊断装置，其特征在于：该装置还包括锂电管理模块，自带电源管理，无需连接充电线，手持操作方便。

3.根据权利要求1所述的手持式三相交流电机故障分析诊断装置，其特征在于：该装置还包括SD存储卡，可以将采集的数据存储下来，实现自动化管理，还可以及时释放该装置的存储空间。

4.根据权利要求1所述的手持式三相交流电机故障分析诊断装置，其特征在于：该装置还包括无线通讯模块，可以将采集的数据实时传输到后台服务器上，进行远程数据库管理。

5.根据权利要求1所述的手持式三相交流电机故障分析诊断装置，其特征在于：该装置还包括时钟模块，使每条数据输出时包括具体时间，为后续数据分析提供便利。

6.一种手持式三相交流电机故障分析诊断方法，其特征在于：基于权利要求1至5任一项所述的五个检测模块，五个检测模块对三相交流电机的故障分析诊断方式分为四种工作模式，即手动模式单项分析与诊断模式、手动模式综合分析与诊断模式、自动模式单项分析与诊断模式、自动模式综合分析与诊断模式；该方法包括以下步骤：

S1软件初始化；

S2选择工作模式；

S2.1选择手动模式单项分析与诊断模式，分别执行电机表面温度检测、电机转速检测、电压与电流检测、绕组阻值与绝缘检测、电机振动检测程序，每项检测数据单独输出结果，并单独对结果进行分析；

S2.2选择手动模式综合分析与诊断模式，分别执行电机表面温度检测、电机转速检测、电压与电流检测、绕组阻值与绝缘检测、电机振动检测程序，对每项检测数据进行综合分析，输出综合诊断分析报告；

S2.3选择自动模式单项分析与诊断模式，逐项执行电机表面温度检测、电机转速检测、电压与电流检测、绕组阻值与绝缘检测、电机振动检测程序，上一项输出结果输入到下一项，实现对每项检测数据的单独检测，并输出结果；

S2.4选择自动模式综合分析与诊断模式，逐项执行电机表面温度检测、电机转速检测、电压与电流检测、绕组阻值与绝缘检测、电机振动检测程序，对每项检测数据进行综合分析，输出综合诊断分析报告；

S3流程结束。

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