CN202075392U - 一种电动机综合状态监测系统 - Google Patents
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Abstract
一种电动机综合状态监测系统，用于及时准确诊断发电机故障。其技术方案是：它由电气信号传感器、振动信号传感器、信号调理电路、数据采集卡和计算机组成，所述电气信号传感器包括三相电流互感器和三相电压互感器，所述振动信号传感器包括安装在被监测电动机上的加速度传感器、位移传感器和转速传感器，各传感器的信号输出端接数据调理电路的不同输入端，所述信号调理电路的输出端接数据采集卡的输入端口，所述数据采集卡通过以太网接口与计算机连接。同传统监测装置相比，本实用新型不仅能够更加准确地诊断发电机的各种故障，而且还大大降低了运行成本。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种用于对电动机的电气故障与机械故障进行在线监测的装置，属监测技术领域。
背景技术
电动机的状态监测与故障诊断一般是以其故障信号的监测为基础，采用各种分析方法对故障信号进行分析，并利用特征信号判断电动机的运行状态以及故障类型。
电动机的常见故障主要分为电气故障与机械故障两大类，例如单相接地、过流、匝间短路等属于电气故障，而电动机转子的不平衡、不对中，轴弯曲，轴承故障等则属于机械故障。因此电气信号（三相电流、电压信号）与机械振动信号（振动位移参数、振动速度参数、振动加速度参数等）一直是电动机设备状态监测系统所要监测和分析的两大类信号。目前，这两类信号的监测往往由两套相互独立的监测系统来完成，这样不仅提高了监测系统的成本，而且由于电动机故障往往与其表征信号出现多点对应关系，如电动机电气故障在电气参数变化的同时也引起机械系统的振动，因此只有对两类信号进行综合分析才能准确诊断电动机的故障。但由于传统独立监测系统所采集的两类数据不同步，使得两类分析结果无法对应，造成诊断的不准确。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种电动机综合状态监测系统，以准确诊断电动机故障并降低监测设备的运行成本。
本实用新型所述问题是以下述技术方案实现的：
一种电动机综合状态监测系统，由电气信号传感器、振动信号传感器、信号调理电路、单片机和计算机组成，所述电气信号传感器包括三相电流互感器和三相电压互感器，所述振动信号传感器包括安装在被监测电动机上的加速度传感器、位移传感器和转速传感器，各传感器的信号输出端接数据调理电路的不同输入端，所述信号调理电路的输出端接数据采集卡模拟输入端口，所述数据采集卡通过以太网接口与计算机连接。
上述电动机综合状态监测系统，所述信号调理电路由与各电气信号传感器和振动信号传感器相对应的多个结构相同的信号调理单元组成，每个信号调理单元由运算放大器、电阻和电容组成，所述运算放大器的同相输入端经第一电阻接一个电气信号传感器或振动信号传感器的输出端，反相输入端经第二电阻接地并经第三电阻接输出端，输出端接数据采集卡的一路模拟输入端口，所述电容一端接地，一端接运算放大器的同相输入端。
上述电动机综合状态监测系统，所述加速度传感器设置四个，发电机的两个轴承上各安装两个，位于同一轴承上的两个加速度传感器相互垂直；所述位移传感器设置三个，均为非接触式涡流位移传感器，其中两个位移传感器相互垂直地安装在电动机转轴附近，另一个位移传感器安装在电动机转轴一端。
本实用新型利用电气信号传感器和振动信号传感器同步采集被监测发电机的三相电流、电压信号和机械振动信号，并由单片机将处理后的信号传送给计算机，计算机通过对这些信号进行综合分析，判断发电机的运行状况。同传统监测装置相比，本实用新型不仅能够更加准确地诊断发电机的各种故障，而且还大大降低了运行成本。
下面结合附图对本实用新型作进一步说明。
附图说明
图1是本实用新型的电原理框图；
图2是电原理图；
图3是信号调理单元的电原理图；
图4是振动信号传感器的安装示意图。
图中各标号为：U1、数据采集卡；U2、以太网；M、电动机；TL1～TL14、信号调理单元；F、运算放大器；CT1～CT3、电流互感器；PT1～PT3、电压互感器；a1～a4、加速度传感器；V1～V3、位移传感器；n、转速传感器；C、电容；R1～R3、电阻；PC、计算机。
具体实施方式
参看图1～图4，本实用新型以电动机的电气信号和机械振动信号作为监测对象的电动机状态监测与故障诊断系统。其硬件由传感器、信号调理电路、数据采集卡和PC机组成。电气信号共六路，机械振动信号共八路。本系统的实施步骤如下：
1）首先将电流互感器CT1～CT3、电压互感器PT1～PT3接入发电机电路，采集发电机的三相电压信号和三相电流信号。
2）其次在电动机M的转轴附近安装两路互相垂直的非接触式涡流位移传感器（V1和V2）,用于测量电动机转子的径向振动；并在电动机M两侧轴承处各安装两路互相垂直的加速度传感器（a1与a3垂直，a2与a4垂直）,用于测量电动机转子的径向振动；在电动机的轴端再安装一路非接触式的涡流位移传感器V3，用于测量电动机转子的轴向振动；在电动机转轴附近安装一路转速传感器n，转速传感器n为光电传感器，通过数据采集卡U1所提供的计数器来记录脉冲信号的个数，从而监测电动机的转速，具体实施时还可以设置两路备用模拟输入通道。振动传感器与电动机M的连接连接方式如图4所示。
3）将6路电气信号和8路振动传感器拾取的14路信号分别接入信号调理电路的14个信号调理单元（TL1～TL14）的输入端，由信号调理单元对信号进行预处理。
4）将调理后的信号接入数据采集卡U1，数据采集卡U1通过以太网接口与上位机通信，开始采集数据并进行监测。
本系统工作原理是：首先将PT、CT传来的电气信号和由振动传感器拾取的机械振动信号送入该监测系统的信号调理电路中，由信号调理电路将上述信号调理成适应数据采集卡U1量程的信号，除此之外信号调理电路还具有简单的滤波功能。然后将调理好的信号送入单片机U1中，由数据采集卡U1完成对模拟信号的AD转换，将模拟信号转换成数字信号，并通过通讯芯片完成和上位机的数据通信，数据采集卡U1的参数（采样频率、数据长度等）由安装在上位机上的软件设定。最后通过安装在上位机中的分析软件对接收的采集数据进行实时显示、存储、分析等，具体包括计算并监测振动信号的峰峰值、有效值，实时显示电气信号及机械振动信号，对采集的历史数据进行查询、趋势分析、故障数据波形显示、频谱分析、相关分析等。同时利用该分析软件设定报警值，当某一监测数据超过该报警值时，计算机进行报警。
数据采集卡可采用UA505网口数据采集卡（北京优采测控技术有限公司生产）。
Claims (3)
1.一种电动机综合状态监测系统，其特征是，它由电气信号传感器、振动信号传感器、信号调理电路、数据采集卡（U1）和计算机（PC）组成，所述电气信号传感器包括三相电流互感器和三相电压互感器，所述振动信号传感器包括安装在被监测电动机上的加速度传感器、位移传感器和转速传感器（n），各传感器的信号输出端接数据调理电路的不同输入端，所述信号调理电路的输出端接数据采集卡（U1）的输入端口，所述数据采集卡（U1）的TXD0和RXD0端口经以太网接口与计算机（PC）连接。
2.根据权利要求1所述电动机综合状态监测系统，其特征是，所述信号调理电路由与各电气信号传感器和振动信号传感器相对应的多个结构相同的信号调理单元组成，每个信号调理单元由运算放大器（F）、电阻和电容（C）组成，所述运算放大器（F）的同相输入端经第一电阻（R1）接一个电气信号传感器或振动信号传感器的输出端，反相输入端经第二电阻（R2）接地并经第三电阻（R3）接输出端，输出端接数据采集卡（U1）的一个输入端口，所述电容（C）一端接地，一端接运算放大器（F）的同相输入端。
3.根据权利要求1或2所述电动机综合状态监测系统，其特征是，所述加速度传感器设置四个，发电机（M）的两个轴承上各安装两个，位于同一轴承上的两个加速度传感器相互垂直；所述位移传感器设置三个，均为非接触式涡流位移传感器，其中两个位移传感器相互垂直地安装在电动机（M）转轴附近，另一个位移传感器安装在电动机（M）转轴一端。
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