三相异步电机检测技术的应用研究

引言：

设备故障诊断技术是一门工程与理论紧密结合的综合性技术，它的出现极大的促进了企业设备生产维修制度的变革，最大程度的降低经济损失，为企业获得尽量大的经济效益。电机故障诊断是设备故障诊断技术的一个分支，三相异步电机的自动化检测平台为企业生产提供了相当大的便利，它可以在线自动完成三相异步电机的所有检测项，并将检测数据做进一步的管理与分析，为质检和维修人员提供可靠的数据依据。因此也是电机生产企业关注的重点。本文主要围绕天津通信广播集团生产的三相异步电动机检测系统展开分析与研究，探索三项异步电机检测平台的应用。

1. 系统特点

Ø  该系统用于三相异步电机的出厂检验和维修，单工位设计

Ø  自动化测试流程，方便快捷

Ø  定制化操作界面，专业控制软件，界面简洁清晰模块化

Ø  测试功能模块化，可针对每个测试单元进行快速的维修和部署

Ø  采用java语言开发，与网络和数据库无缝链接，具有优秀的可移植性和跨平台部署能力；

Ø  系统采用标准化测试仪表，便于替换和维修，具有优异的重复性和稳定性；

1.1.可定制的检测功能

该系统支持：直流电阻测试、绝缘电阻测试、空载测试、堵转测试、转速转向、匝间耐压、工频耐压、气密测试和注油功能。

PC端软件采用java语言开发，具有测试功能模块化部署的能力，可根据用户不同的需求，定制组合不同的测试项目。

1.2.可连接网络服务器进行数据管理

系统无缝对接网络服务器，调用服务器上的基础数据文件，作为检测标准使用；

用户可根据各个测试模块的测试结果进行数据统计、数据管理和质量分析等操作，为公司内其它部门提供数据云统计服务。

1.3.可提供本地数据服务支持

在网络服务不可用的情况下，该系统提供本地数据服务支持，帮助用户建立本地数据库，便于用户收集测试数据；

1.4.软件核心测试流程可扩充对接不同测试设备和网络服务

软件可扩充对接多种外围测试设备和定制化的网络服务，每个检测项目都是一个独立的组件，可以自由拼接组合，以适配客户不同的检测环境及检测流程。同时，软件的人机界面和检测设备驱动都基于统一的API操作接口，可以根据客户的需求，灵活的对界面和检测仪器进行调整。

 

2. 系统构成

图2-1 系统构成

该系统由PC机（含测试软件）、各测试仪表、各测试传感器、PLC测控模块、扫码枪和开关电路等组成。其中：

（1）PC机：运行电机检测软件；

Ø  通过RS232端口：与各测试仪表和扫码枪等外围设备进行指令交互，从而实现对外围设备的控制和测量数据的读取；

Ø  通过网络接口：与客户公司服务器进行电机基本数据的和获取和测试数据的上传；

Ø  通过网络接口：与PLC进行信息交互；

Ø  触摸屏显示器；

Ø  集成PCI串口扩展卡（RS232）供各测试设备连接；

（2）测试仪表：包括直流电阻测试仪、绝缘电阻测试仪、功率计、变频器、耐压测试仪、匝间测试仪、温度传感器等设备，这些设备通过RS232端口与PC机进行通信，根据上位机的指令对电机进行各种测试，并可将测量数据上传给上位机。

（3）测试传感器：包括测量转速的表头；测量注油功能的流量计和流量阀。这些测试传感器和PLC相连，由PLC对其进行控制和数据的采集；

（4）PLC测控模块：PLC外接测试传感器、开关电路和声光报警装置，并通过网络端口与PC机相连。负责外围测试传感器的数据采集和控制，并负责识别开关电路的状态，PC机可通过网络端口与其进行数据交互。

（5）扫码枪：通过USB端口与PC机相连，可将电机条码扫入测试软件，测试软件将扫入的码值作为主键，到服务器检索该测试电机的相关数据。

（6）开关电路：控制台的“启动”、“停止”、“急停”等实体按钮，这些按钮接入PLC，由PLC负责识别按钮的开关/闭合状态，PLC再将按钮状态通过网络端口上传给检测软件。

 

3. 检测功能

扫描枪扫入被测电机的“单号”，测试软件根据“单号”去服务器查询该单号下的被测机器的型号、序列号、数量、计算机器特征码、油号、油量等相关信息。后续测试均以该数据为基准，继续检索数据库的相关数据，获取测试需要的数据。

3.1.直流电阻测试

软件实现对三相异步电动机的直流电阻的测试的操作提示和测试结论的显示。软件在获取到毫伏计测得的数据（对任两相间直流电阻值）和系统测试的温度值，将测试的数据换算，然后与给定温度下的标准电阻范围进行比较。再计算三相电阻的不平衡度，然后与标准值进行比较，最后得出结论。

3.2.绝缘电阻测试

软件实现对三相异步电动机的绝缘电阻的测试的操作提示和测试结论的显示。软件在获取到测试设备对电机绕组及接线板等绝缘件对机壳的绝缘能力的测试数据，与给定温度（环境温度）下的标准绝缘电阻值进行比较，显示绝缘电阻值及测试结论。

3.3.堵转试验

软件实现对三相异步电动机堵转的测试，并显示测试结论。在测试设备测试完毕后，软件获取数据后，显示出Ia、Ib、Ic三相电流值及其平衡度、堵转功率。

注：电流平衡度公式(MAX(Ia,Ib,Ic)-AVERAGE(Ia,Ib,Ic))/AVERAGE(Ia,Ib,Ic)*100%，允许范围不超过3%。

3.4.空载试验

软件实现对三相异步电动机空载的测试，并显示测试结论。在测试设备测试完毕后，软件获取数据后，显示出Ia、Ib、Ic三相电流值及其平衡度、空载功率。根据标准电压修正测试结果后与标准值进行比较，显示测试结论。

规范规定，被试电机施以额定功率的可变电压，电压变化范围从125%的额定电压逐步降低到空载电流为最小或不稳定的最小电流为止。在125%和60%额定电压之间，其中包括额定电压，按均匀分布至少取5个电压点。在约50%额定电压和最低电压之间至少取4个电压点。

3.5.转速转向试验

软件实现对三相异步电动机转速转向的测试，并显示测试结论。转速转向试验与空载试验正转同时进行。软件根据系统的测试数据，输出转速转向，转速测试结果与标准输出转速范围比较得出结论，转向结果系统记录但不做判定。

3.6.注油量控制及监测

软件实现对三相异步电动机转速转向的注油量控制及监测，并显示测试结论。开始注油前提示操作人员将相应油路与减速机进行良好连接，系统接收到确认信息后启动电磁阀，操作人员打开油枪掣，系统自动按要求的注油量开始注油，达到设定注油量后自动切断供油管路，软件需要提醒操作人员注油完毕。

3.7.匝间测试

对电机的进行匝间测试。对标准线圈和电机测试线圈分别进行脉冲电压冲击，采集并保存各自所产生的震荡曲线。通过两种曲线之间的比较来判断被测线圈与标准线圈之间的电感、品质因数的差异、以及绕组的圈数差、匝间短路等不良状况。

3.8.气密测试

测量范围0～1MPA，精度0.5%。

3.9.耐压测试

软件实现对三相异步电机绕组与外壳（地）之间的耐压测试，并显示测试结果。在电机绕组和外壳（地）之间加2200V的电压，测试其两端间的泄漏电流，检查泄漏电流是否在合格范围之内。

3.10.综合测试

软件实现综合测试功能，可以根据操作员对以上6项测试功能的主画面复选框选择，进行相应的组合测试，并保存结果。

3.11.手动测试

软件实现对检测设备进行手动测试。有单独的手动操作界面。

3.12.点检功能

每天检测设备都需要做一次点检，弹出点检提示框提示进行点检，短接绕组和地线，测试电机绝缘测试，不合格为点检成功。每天设备开机第一件事情需要点检，否则不能进行其它电机的测试工作。点检成功后，进入测试主工作画面。

3.13.综合测试流程简介

一般情况下，生产线上使用综合测试流程来进行电机检测。

带检设备一般可分为单箱体，单电机，箱体加电机组合几种类型。不同类型需要检测项目也不同，详细介绍如下：

Ø  单箱体：注油检测，绝缘电阻检测，空载测试，转速测试；

Ø  单电机：直流电阻测试，绝缘电阻检测，堵转试验，空载测试，转速测试，匝间测试；

Ø  箱体加电机：注油检测，直流电阻测试，绝缘电阻检测，堵转试验，空载测试，转速测试。

综合测试实际测试时具体测试项目可由操作员自由选择设置。

流程图如下：

图3-1 电机检测综合测试流程图

 

4. 画面功能定义

检测画面采用只有仅有一个主画面的方式，展示给用户电机测试的测试项和测试方法。即用户打开电机检测客户端时呈现在用户面前的画面，包含扫描枪barcode的信息，自动测试流程的部分，以及分步测试的部分。软件根据所输入工单号进行查询分析需要检测设备的型号，根据数据库中型号信息分析本次测试需要测试的内容，并将不必要的测试内容文本框屏蔽。

4.1.主界面功能

画面整体布局采用模块化布局，每个测试项由一个模块展示其测试数据和结果。界面定义作为整个软件功能定义的主题展现给用户，界面效果图见图4-1。

图4-1 主界面效果图

用户的使用方法如下：

Ø  当用户用扫码枪扫描点击工单号，工单号文本框立即显示测试电机的数量，型号，序列号，油号等内容。

Ø  依次显示电机种类等信息。

Ø  不需要的测试内容，相应的测试项会变成灰色。

Ø  点击“综合测试”按钮，弹出测试选选择确认窗口（参见4.2.测试选择确认窗口介绍），用户在这里选择测试项并确认测试参数后，即刻开始自动测试，然后回到该画面进行测试结果和测试数值的显示，如果测试成功则将测试结果上传到服务器，测试失败则不进行测试。

Ø  点击“耐压测试”按钮，系统会进行耐压测试，并将结果显示在主画面的耐压模块中；

Ø  点击“单向测试”按钮，系统会同综合测试一样弹出测试项选择画面，但此时只能选择一项内容进行测试。

Ø  点击“手动测试”按钮，弹出手动测试画面，该画面具有正反转控制，制动电源选择、控制，三相电压、电流仪表监视，转速测量、电源保护等功能。参见4.10 手动操作界面。

Ø  软件会在后台会与远程数据库通信，在本地数据库记录测试结果，也会上传测试记录给远程数据库。

4.2.测试选择确认窗口

用户选择主界面的“综合测试”按钮后，弹出该画面。该画面包含：

Ø  信息确认

包含电机信息、箱体信息、注油信息和序列号信息的参数确认和修改；

Ø  测试项设置

l  380转400：若复选框被选中，则设备额定电压若为380V，则自动将380V转换成400V进行测试；

l  空载判定：复选框被选中后才进行空载功率测试结果判定，否则默认为合格；

l  测试遇不合格项：综合测试时凡遇到不合格项，可通过该预设选项进行相应操作（中断测试并提示重测、停测或忽略（绝缘测试结果不合格的情况下不允许忽略））；

Ø  测试项选择

用户可在此区域选择综合测试需要进行的测试项。综合测试时，该区域选项为多选；单向测试时，该区域选项为单选。

图4-2 测试选择确认窗口效果图

4.3.通信参数设置

系统管理员登录权限才可以通过主界面选择“测试”- “通信参数设置”进入通信参数设置界面，此界面用于设定各种仪器的通讯端口，方便设备的连接和调试。“操作员”和“管理员”无修改权限。效果图如图4-3:

 

图4-3 串口参数设置界面效果图

4.4.测试维护窗口

用户可通过主界面选择“测试”- “测试维护窗口”进入此界面。这个界面用于修改指定测试机名称的全局的（数据库RatedPara表）测试标准。操作员”和“管理员”无修改权限。请如下图所示：

图4-4 测试维护窗口效果图

4.5.注油转速测试窗口

用户可通过主界面选择“测试”- “注油转速测试窗口”进入此界面。这个界面主要用于每月的注油量系数矫正和转速表是否正常工作。请如下图所示：

图4-5 注油转速测试窗口效果图

4.6.工单信息管理

用户可通过主界面选择“管理”- “工单信息管理”进入此界面，此界面的功能在于方便管理员自行添加定义新的工单信息，查询与存在的工单信息。以方便生产检测的需求。查询和保存全部依赖于“工单号”进行数据库的检索，所以必须保证“工单号”的唯一性，并且“工单号”输入框也是必填项目。管理员和系统管理员有修改权限，操作员仅有查询权限。测试参数添加窗口如图 4-5所示。

图4-6 工单信息管理窗口效果图

4.7.缺陷汇总添加

综合测试结果如果不合格，会自动弹出缺陷汇总界面。如图4-6。由质量管理人员填写完毕后。点保存，则保存到数据库中，对应数据库表名”TestErrResult”,增加一条记录。打开界面时，需要能自动填充当前序列号等内容。保存成功后，自动关闭本界面。

图4-7 缺陷汇总界面

4.8.测试参数添加

用户可通过主界面选择“管理”- “测试参数添加”进入此界面，此界面的功能在于方便管理员自行添加定义新的测试标准，这些新的测试标准可适用于已有设备或新设备的检测。测试参数添加窗口如图 4-7所示。

图4-8 测试参数添加界面效果图

Ø  查询：以“电机识别码”为查询条件，故做“查询”动作时，界面上电机识别码输入框不能为空。

Ø  修改保存：以“电机识别码”为查询条件进行其他数据修改，故做“修改保存”动作时，界面上电机识别码输入框不能为空。

Ø  新增保存：以“电机信息”内容为检索内容组合成为新的“电机识别码”，所以“电机信息”参数务必填写全面和正确。新增时提示确认框。

Ø  删除：以“电机标识码”为删除条件，所以此输入框为必填项。删除功能仅“系统管理员”有此权限。

4.9.数据查询

用户可通过主界面选择“实验数据”- “数据查询”进入此界面，数据查询界面用于操作人员对测试设备结果保存和查询的方式，方便企业生产管理和记录。详细请见4-8：

图4-9 测试结果查询删除效果图

测试可分为按“工单号”，“序列号”，“操作员”，“测试机名称”，“全部”限制条件进行查询，并且可以通过设置日期来进行二级过滤。查询功能采用数据库分页查找模式，每次最多只查询25条记录，用以避免查询结果太多时，查询速度较慢的问题。

4.10.缺陷汇总查询

用户可通过主界面选择“实验数据”- “缺陷汇总查询”进入此界面，详细请见4-9：

和缺陷汇总添加界面对应同一个数据库表格。

同数据查询界面一样，也能按工单号，序列号，操作员，测试机名称，和日期进行条件查询。

图4-10 缺陷汇总记录查询界面

4.11手动操作界面

    在主界面点“手动操作”可打开手动操作界面。再按实体启动按钮以使设备可用。然后可以手动操作电机制动和启动停止。如图4-10。

4-11 手动操作界面

资料参考：天津通广集团数字实验室