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鼎天动态
减速器监督测试技能研讨
发布日期:2011-12-28

1试验系统的总体构成
  1.1试验系统
  为了研究减速器动力系统中被监测参数之间的动态关系,找到更合适的故障诊断方法,设计了如图1a所示的试验系统。该实验系统简图见图1b,试验测试系统安装了压电式加速度测振传感器、油液温度传感器、声级计、速度传感器和电流互感器。三相异步电动机通过弹性联轴器(主联轴器齿轮的脂润滑状况)带动减速器转动,加载由磁粉制动器调整。通过调整磁粉制动器的工作电压使减速器和电动机承受冲击负载,负载的大小与磁粉制动器工作电压成正比。该试验系统能够模拟出减速器运行状况和动力系统的常见故障。
  通过对减速器动力系统的动力学模型及机电参数耦合机理分析,可以得到电动机、减速器转子系统各物理参量动态耦合的过程。如果减速器发生故障,会使减速器的油温、效率、转速发生变化,从而引起电机定子、转子电流的变化。电流信号中隐藏着反映电动机、减速器以及机械装置运行状态的信息,可以通过监测电动机定子电流信号来间接监测电机功率以及减速器的功率。
  1.2电流信号的获取
  在图1所示的试验系统中通过电流互感器测取电流信号。在电流互感器输出端并联一个电阻R后构成一个电流传感器,R两端的电压U是电流传感器的输出电压,模拟电压U实质是一经过调制的电压信号,经过解调、滤波后经AD转换后送到数字信号处理系统进行信息处理。由互感器获得的信号一般比较小,还要经过放大、滤波等信号预处理。
  在信号处理时,通常都会遇到有用信号中混入(叠加)噪声的问题,消除或减弱噪声对信号的干扰,是信号处理中的一种最基本且重要的技术。
  由于减速器系统加载过程通常是一缓变过程,且系统受冲击负载的频率也是非常低的,因此所监测的信号在分析之前,要根据被监测对象选用合适的滤波器。本试验选用巴特沃斯二阶有源低通模拟滤波器,下限频率为2Hz超低频。
  2希尔伯特变换的解调原理与实现希尔伯特变换是信号分析的重要工具,是由德国数学家Hilbert提出的。给定一连续的时间信号X(t),其希尔伯特变换X^(t)定义。
  3电动机减速器功率的数学模型及功率的测取
  3.1电动机减速器功率的数学模型
  根据电机学理论,忽略谐波影响、磁饱和、铁损及定子电阻时,异步电机定子的电流分别为定子的相电压和供电角频率。
  由电动机的功率关系为电动机效率)求得电动机的转矩。在忽略定子损耗时,异步电动机电磁功率P依据功率因数的定义,异步电动机的功率因数对于一个确定的电动机,其他物理量是不变的,所以电动机的功率因数取决于转差角频率。由式可知转差角频率又与电动机转矩相关,所以功率因数与转矩有关,电机从电网吸收的功率。
  3.2电动机减速器功率的测取
  测量电动机的输入功率一般是在线测量,传统方法多采用二瓦表法。两功率表的电流线圈串入任意两端线中,电压线圈的末端共同接到第3条端线上,这时两功率表读数的代数和等于电机的总功率。
  采用二瓦表法在减速器动力系统多元信息获取试验系统上所测的功率波形见图3a,用Matlab对所采集的电机功率数据进行希尔伯特变换得到图3b的功率波形。比较图3a和图3b可以看出:经过希尔伯特变换后的电机功率变化曲线明显优于原始曲线。
  4结论
  1)电流信号对减速器运行状态(负载变化)具有响应快、平稳、容易获取等优点,优于振动、油温等动态信号。经理论分析和试验表明:电流信号是减速器系统状态监测参数中最有效的监测参数之一,适合在线状态(功率)监测。
  2)在线监测的电流信号能对减速器系统正常运行、超载等工况产生不同的响应波形,反映系统在线运行的情况,实现减速器的在线状态监测。但是根据电流信号的不同曲线形状对减速器系统在故障运行状况下做具体故障部位的判断还需融入其他信息。
 

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