CN217718022U - 一种电机故障模拟平台 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电机故障模拟平台，包括输电线、电机模块、机械故障监测模块、电故障模拟模块和信号收集模块；输电线具有与外部供电相连的供电端和与所述电机模块相连的用电端；所述电机模块包括若干用于测试的故障电机，和至少一个正常电机；所述机械故障监测模块与若干所述故障电机中的一台或所述正常电机中的一台配合，且与所述信号收集模块之间传输电机运行参数；所述电故障模拟模块设置在所述输电线的所述用电端侧；所述信号收集模块设置在所述输电线的所述供电端侧。本实用新型能够模拟并采集电机的电参数和机械参数。

Description

一种电机故障模拟平台

技术领域

本实用新型涉及电气技术领域，具体涉及一种电机故障模拟平台。

背景技术

当今社会，随着电气化的发展，各种用电器充斥我们生活生产的方方面面，为保证用电器正常工作，准确分析判断用电器在使用过程中出现的故障，并正确处置非常重要，尤其是生产等工业场合的用电器，如果在运行时出现故障，可能造成严重的损失，因此需要定期对这些用电器进行巡检。然而现阶段在对用电器的巡检过程中，往往无法对用电器的健康状态进行深入评估，如电机故障的检测，市面上现存的各种巡检设备，虽然支持在巡检过程中对电机进行故障诊断，但其诊断深度智能止步于如电机可能发生的欠流、过压及堵转等简单型故障，对电机可能发生的其他各类故障则无能为力。

为准确对电机做出诊断，需要对电机的各项故障进行模拟，通过控制变量的方式对模拟的数据进行收集以及处理，并总结得到关于电机故障的各项特征，以便于在巡视时将各种故障数据与运行中的电机做匹配，从而及时发现电机的各项异常。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种电机故障模拟平台，能够模拟并采集电机的电参数和机械参数。

本实用新型采用的技术方案如下：

一种电机故障模拟平台，包括输电线、电机模块、机械故障监测模块、电故障模拟模块和信号收集模块；

所述输电线具有与外部供电相连的供电端和与所述电机模块相连的用电端；所述电机模块包括若干用于测试的故障电机，和至少一个正常电机；所述机械故障监测模块与若干所述故障电机中的一台或所述正常电机中的一台配合，且与所述信号收集模块之间传输电机运行参数；所述电故障模拟模块设置在所述输电线的所述用电端侧；所述信号收集模块设置在所述输电线的所述供电端侧。

进一步地，所述电机运行参数包括振动参数、温度参数和湿度参数中的至少一种；所述机械故障监测模块包括用于测量所述振动参数的振动速度传感器和振动加速度传感器，还包括用于测量所述温度参数的温度传感器和用于测量所述湿度参数的湿度传感器。

进一步地，所述电故障模拟模块包括能够使得所述输电线断路的断路组件、能够使得相邻两条所述输电线短路的短路组件和能够使得所述输电线接地的接地组件。

进一步地，所述短路组件包括至少一个第一开关件和至少一个用于驱动所述第一开关件的第一驱动模块；第一开关件串联在相邻两个火线之间，用于实现两个火线短路，第一驱动模块设置在任一火线和零线之间；

所述断路组件包括至少一个第二开关件和至少一个用于驱动所述第二开关件的第二驱动模块，第二开关件串联在任一火线上，用于实现所述火线的通断，第二驱动模块设置在任一火线和零线之间。

进一步地，所述接地组件包括一个第三开关件、一个电阻件和一个电流传感器，所述电阻件和所述第三开关件串联在任一火线和零线之间，所述电流传感器的测量端用于获得流过所述电阻件的电流值，所述电流传感器的数据传输端用于将所述电流值传输至所述信号收集模块。

进一步地，所述电故障模拟模块还包括总控模块，所述总控模块包括第四开关件，所述第四开关件分别与所述断路组件、所述短路组件和所述接地组件串联设置在任一火线与零线之间。

进一步地，所述信号收集模块包括传感器模块和数据处理器；

所述传感器模块的测量端与所述输电线配合，用于测量所述输电线的第一运行参数，所述传感器模块的数据传输端与所述数据处理器之间进行数据传输，以使得所述数据处理器获得所述输电线的第一运行参数；所述第一运行参数包括所述输电线的电流、电压和剩余电流；

所述机械故障监测模块与所述数据处理器之间进行数据传输，以使得所述数据处理器获得所述电机运行参数。

进一步地，所述传感器模块包括分别设置在所述输电线上的电流互感器、剩余电流互感器和电压互感器。

进一步地，所述信号收集模块还包括接触器、隔离开关和断路器；沿所述输电线供电端至用电端方向，所述隔离开关、所述断路器和所述接触器依次串联设置在所述输电线上。

进一步地，所述输电线上设有浪涌保护器，所述浪涌保护器与所述数据处理器电连接；所述浪涌保护器与所述隔离开关并联设置。

有益效果：

本实用新型中的信号收集模块用于电机的配电、监测、保护，通过对电机运行参数的采集、诊断、分析、存储和传输，实现电机故障的早期预警。

电故障模拟模块可模拟电机的各种电故障，并且能够实现电机故障特征重现，以获得相同运行状态条件下有价值的数据。本方案中的输电线用于对电机供电。电故障模拟模块配合输电线，实现各种电路故障，由于输电线可等效为电机的内部电路，因此电故障模拟模块产生的电故障可等效为电机内部发生的各种电故障。

本实用新型中的故障电机和正常电机为同一型号的设备，每台故障电机具有已知的各种机械故障。在收集故障电机的各项参数时，将各个故障电机依次运行，机械故障监测模块将电机运行参数传输至信号收集模块，信号收集模块对机械故障监测模块传输的电机运行参数和电故障模拟模块产生的各种电故障进行收集和处理。由于当前故障电机的具体故障已知，因此在监测时，可分别收集特定故障对应的运行参数，并且将这些运行参数与正常电机的运行参数对比，通过机器学习得到特定参数与特定故障之间的对应关系。在将该学习成果应用至对对应同类电机的排障检测时，通过检测该电机在运行时的各项运行参数，从而推得此时电机的运行状态，是否运行异常以及故障类型。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的整体示意图；

图2是本实用新型实施例提供的信号收集模块的局部示意图；

图3是本实用新型实施例提供的电故障模拟模块的局部示意图。

其中，1-信号收集模块，2-输电线，3-电故障模拟模块，4-机械故障监测模块，5-电机模块，6-外部供电，7-剩余电流互感器，8-隔离开关，9-电压互感器，10-断路器，11-电流互感器，12-接触器，13-云端处理器，14-中集器，15-数据处理器，16-浪涌保护器，17-振动速度传感器，18-振动加速度传感器，19-温度传感器，20-火线，21-零线，22-第四开关件，23-总控模块，24-第二驱动模块，25-断路组件，26-电阻件，27-第三开关件，28-接地组件，29-电流传感器，30-第一驱动模块，31-短路组件，32-第一开关件，33-第五驱动模块，34-缺相组件，35-第五开关件，36-第二开关件。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本实用新型进行详细描述。

本实用新型提供了一种电机故障模拟平台，如图1所示，包括输电线2、电机模块5、机械故障监测模块4、电故障模拟模块3和信号收集模块1。

输电线2具有与外部供电6相连的供电端和与电机模块5相连的用电端；电机模块5包括若干用于测试的故障电机，和至少一个正常电机；机械故障监测模块4与若干故障电机中的一台或正常电机中的一台配合，且与信号收集模块1之间传输电机运行参数；电故障模拟模块3设置在输电线2的用电端侧；信号收集模块1设置在输电线2的供电端侧。

信号收集模块1用于电机的配电、监测、保护，通过对电机运行参数的采集、诊断、分析、存储和传输，实现电机故障的早期预警。

故障电机和正常电机为同一型号的设备，每台故障电机具有已知的各种机械故障。在收集故障电机的各项参数时，将各个故障电机依次运行，机械故障监测模块4将电机运行参数传输至信号收集模块1，信号收集模块1对这些参数进行收集和处理。由于当前故障电机的具体故障已知，因此在监测时，可分别收集特定故障对应的运行参数，并且将这些运行参数与正常电机的运行参数对比，通过机器学习得到特定参数与特定故障之间的对应关系。在将该学习成果应用至对对应同类电机的排障检测时，通过检测该电机在运行时的各项运行参数，从而推得此时电机的运行状态，是否运行异常以及故障类型。

若干故障电机分别具有如转子偏心运行、转子不平衡运行、转子条断裂运行、轴承故障、拖动机械卡住等故障，还包括各种环境导致的运行异常，具体每个故障电机具有以上一种机械故障，还有一台为正常电机，用于测试环境导致的运行异常，如正常电机通风不良或环境湿度过高造成的过热、起动频繁或正反转次数过多造成的过热和铁芯与机座间结合松动等故障。在机械故障监测时，将各个故障电机和正常电机依次与安装位配合，并且将机械故障监测模块4与当前电机配合，启动电机，从而获取电机在运行过程中的各项电机运行参数，如振动参数和温湿度参数等。

电故障模拟模块3可模拟电机的各种电故障，并且能够实现电机故障特征重现，以获得相同运行状态条件下有价值的数据。本实施例中的输电线2包括三条火线20和一条零线21，配合用于对三相交流电机供电。故电故障模拟模块3配合火线20和零线21，实现各种电路故障，由于输电线2可等效为电机的内部电路，因此电故障模拟模块3产生的电故障可等效为电机内部发生的各种电故障。

如图3所示，电故障模拟模块3包括能够使得输电线2断路的断路组件25、能够使得相邻两条输电线2短路的短路组件31和能够使得输电线2接地的接地组件28。

电故障模拟模块3串联在火线20上，通过电故障模拟模块3内部的执行机构(即驱动模块)实现火线20的通断，当三条火线20均断路时，电故障模拟模块3实现对电机内部电路断路的故障模拟；当仅有一条或两条火线20断路时，实现电机缺相运行故障的模拟。电故障模拟模块3的一端接在一条火线20上，另一端接在相邻的另一条火线20上，如A、B、C三条火线，电故障模拟模块3分别接在A和B之间、A和C之间或B和C之间，当电故障模拟模块3内的执行机构使得两条火线之间形成通路，电故障模拟模块3实现对火线相间短路故障的模拟。

电故障模拟模块3的供电由其中一条火线20和零线21配合实现，用于驱动电故障模拟模块3的执行机构的运行以及信号的传输。

在一种可选的实施方式中，电机运行参数包括振动参数、温度参数和湿度参数中的至少一种；机械故障监测模块4包括用于测量振动参数的振动速度传感器17和振动加速度传感器18，还包括用于测量温度参数的温度传感器19和用于测量湿度参数的湿度传感器。

在机械故障监测时，对于电机转子偏心运行、转子不平衡运行、转子条断裂运行、轴承故障和拖动机械卡住等故障，需要对当前的故障电机进行电参数和振动参数的监测；在监测环境导致的运行异常时，对于正常电机通风不良或环境湿度过高造成的过热和起动频繁或正反转次数过多造成的过热等故障，需要对当前的正常电机进行温度参数的监测，对于铁芯与机座间结合松动的故障，需要对其进行振动参数的监测。

在一种可选的实施方式中，短路组件31包括至少一个第一开关件32和至少一个用于驱动第一开关件32的第一驱动模块30，第一开关件32串联在相邻两个火线20之间，用于实现两个火线20短路，第一驱动模块30设置在任一火线20和零线21之间；断路组件25包括至少一个第二开关件36和至少一个用于驱动第二开关件36的第二驱动模块24，第二开关件36串联在任一火线20上，用于实现火线20的通断，第二驱动模块24设置在任一火线20和零线21之间。

断路组件25中的第二开关件36和第二驱动模块24组成接触器12，三个第二开关件36分别串联在三根火线20上，由第二驱动模块24统一驱动，第二驱动模块24串联在三根火线20中的任一根和零线21之间，用于第二驱动模块24的供电。

第二驱动模块24在通电时，通过电磁力使得三个第二开关件36处于连通状态，此时三根火线20均连通；当需要模拟断路故障时，第二驱动模块24的供电断开，第二驱动模块24对第二开关件36的作用力消失，此时第二开关件36在复位弹簧的作用下复位至断开状态，三根火线20均断开，从而实现断路故障的模拟。缺相组件34包括第五驱动模块33和第五开关件35，第五开关件35和第五驱动模块33组成接触器12，第五开关件35串联在三根火线20的其中一根上，第五驱动模块33串联在三根火线20中的任一根和零线21之间，用于第五驱动模块33的供电。当第五驱动模块33驱动第五开关件35使得一根火线20断路时，实现电机缺相运行故障的模拟。

短路组件31中的第一开关件32和第一驱动模块30组成接触器12，第一开关件32串联在相邻的两根火线20之间，第一驱动模块30串联在三根火线20中的任一根和零线21之间。

第一驱动模块30在未通电时，第一开关件32在复位弹簧的作用下处于断开状态，此时三根火线20均独立供电；当需要模拟短路故障时，第一驱动模块30的供电连通，第一驱动模块30通过电磁力使得第一开关件32克服复位弹簧的弹力连通，两根火线20连通，从而实现短路故障的模拟。

在一种可选的实施方式中，接地组件28包括一个第三开关件27、一个电阻件26和一个电流传感器29，电阻件26和第三开关件27串联在任一火线20和零线21之间，电流传感器29的测量端用于获得流过电阻件26的电流值，电流传感器29的数据传输端用于将电流值传输至信号收集模块1。

电阻件26串联在火线20和零线21之间，电流传感器29测量电阻件26所在电路的电流，并输出监测所得的电流值信号。电阻件26所在的电路上设有第三开关件27，第三开关件27处于常开状态，电阻件26上无电流经过，当需要模拟电机绕组接地故障时，第三开关件27连通，电阻件26所在电路流过电流，从而实现对绕组接地故障的模拟。

在一种可选的实施方式中，电故障模拟模块3还包括总控模块23，总控模块23包括第四开关件22，第四开关件22分别与断路组件25、短路组件31和接地组件28串联设置在任一火线20与零线21之间。

第四开关件22的接出端连接一根导电线，第一开关件32、第二开关件36和第三开关件27均通过该导电线与火线20电连接，从而实现总控模块23对以上的短路组件31、断路组件25和接地组件28的断路控制。

在一种可选的实施方式中，如图2所示，信号收集模块1包括传感器模块和数据处理器15。

传感器模块的测量端与输电线2配合，用于测量输电线2的第一运行参数，传感器模块的数据传输端与数据处理器15之间能够进行数据传输，以使得数据处理器15获得输电线2的第一运行参数。第一运行参数包括输电线2的电流、电压和剩余电流。

机械故障监测模块4与数据处理器15之间能够进行数据传输，以使得数据处理器15获得电机运行参数。

数据处理器15为本地处理器或通过网络与本地连接的云端处理器13；信号收集模块1还包括中集器14，中集器14用于数据的处理和传输，浪涌保护器16与中集器14之间通过总线相连，中集器14与数据处理器15之间通过总线相连。

中集器14是一个区域管理单元，是连接上位机和各终端、传感器的桥梁，具有管理组内终端、数字传感器的职能，具备较强的计算、存储和通信能力，可以有效管理数量庞大的下级设备，如本实施例中的接触器12、断路器10和剩余电流互感器7、电压互感器9、电流互感器11，以及振动速度传感器17、振动加速度传感器18、温度传感器19等，中集器14能够将以上的元件的信息汇总并发送至数据处理器15。

在一种可选的实施方式中，传感器模块包括分别设置在输电线2上的电流互感器11、剩余电流互感器7和电压互感器9。

输电线2的电流、电压和剩余电流通过传感器模块对输电线2的监测得到，具体通过设置在输电线2上的电流互感器11、剩余电流互感器7和电压互感器9测得。输电线2的供电端侧与用电器电连接，用电器的运行状态能够影响输电线2上的电参数，如用电器短路、漏电等故障导致的输电线2电参数异常。

在一种可选的实施方式中，信号收集模块1还包括接触器12、隔离开关8和断路器10；沿所述输电线2供电端至用电端方向，隔离开关8、断路器10和接触器12依次串联设置在输电线2上。

在一种可选的实施方式中，输电线2上设有浪涌保护器16，浪涌保护器16与数据处理器15连接；浪涌保护器16与隔离开关8并联设置。

浪涌保护器16的作用是导通分流输电线2上因为外界干扰突然产生的尖峰电流或者电压，避免浪涌对输电线2上的电气件造成损害。本实施例中的浪涌保护器16设置在隔离开关8与输电线2的供电端之间，浪涌保护器16与隔离开关8之间相互并联，从而保护隔离开关8、电压互感器9、断路器10、电流互感器11、接触器12和用电器等。

综上所述，以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电机故障模拟平台，其特征在于，包括输电线(2)、电机模块(5)、机械故障监测模块(4)、电故障模拟模块(3)和信号收集模块(1)；

所述输电线(2)具有与外部供电(6)相连的供电端和与所述电机模块(5)相连的用电端；所述电机模块(5)包括若干用于测试的故障电机，和至少一个正常电机；所述机械故障监测模块(4)与若干所述故障电机中的一台或所述正常电机中的一台配合，且与所述信号收集模块(1)之间传输电机运行参数；所述电故障模拟模块(3)设置在所述输电线(2)的所述用电端侧；所述信号收集模块(1)设置在所述输电线(2)的所述供电端侧。

2.如权利要求1所述的电机故障模拟平台，其特征在于，所述电机运行参数包括振动参数、温度参数和湿度参数中的至少一种；所述机械故障监测模块(4)包括用于测量所述振动参数的振动速度传感器(17)和振动加速度传感器(18)，还包括用于测量所述温度参数的温度传感器(19)和用于测量所述湿度参数的湿度传感器。

3.如权利要求1所述的电机故障模拟平台，其特征在于，所述电故障模拟模块(3)包括能够使得所述输电线(2)断路的断路组件(25)、能够使得相邻两条所述输电线(2)短路的短路组件(31)和能够使得所述输电线(2)接地的接地组件(28)。

4.如权利要求3所述的电机故障模拟平台，其特征在于，所述短路组件(31)包括至少一个第一开关件(32)和至少一个用于驱动所述第一开关件(32)的第一驱动模块(30)；第一开关件(32)串联在相邻两个火线(20)之间，用于实现两个火线(20)短路，第一驱动模块(30)设置在任一火线(20)和零线(21)之间；

所述断路组件(25)包括至少一个第二开关件(36)和至少一个用于驱动所述第二开关件(36)的第二驱动模块(24)，第二开关件(36)串联在任一火线(20)上，用于实现所述火线(20)的通断，第二驱动模块(24)设置在任一火线(20)和零线(21)之间。

5.如权利要求3所述的电机故障模拟平台，其特征在于，所述接地组件(28)包括一个第三开关件(27)、一个电阻件(26)和一个电流传感器(29)，所述电阻件(26)和所述第三开关件(27)串联在任一火线(20)和零线(21)之间，所述电流传感器(29)的测量端用于获得流过所述电阻件(26)的电流值，所述电流传感器(29)的数据传输端用于将所述电流值传输至所述信号收集模块(1)。

6.如权利要求3所述的电机故障模拟平台，其特征在于，所述电故障模拟模块(3)还包括总控模块(23)，所述总控模块(23)包括第四开关件(22)，所述第四开关件(22)分别与所述断路组件(25)、所述短路组件(31)和所述接地组件(28)串联设置在任一火线(20)与零线(21)之间。

7.如权利要求1所述的电机故障模拟平台，其特征在于，所述信号收集模块(1)包括传感器模块和数据处理器(15)；

所述传感器模块的测量端与所述输电线(2)配合，用于测量所述输电线(2)的第一运行参数，所述传感器模块的数据传输端与所述数据处理器(15)之间进行数据传输，以使得所述数据处理器(15)获得所述输电线(2)的第一运行参数；所述第一运行参数包括所述输电线(2)的电流、电压和剩余电流；

所述机械故障监测模块(4)与所述数据处理器(15)之间进行数据传输，以使得所述数据处理器(15)获得所述电机运行参数。

8.如权利要求7所述的电机故障模拟平台，其特征在于，所述传感器模块包括分别设置在所述输电线(2)上的电流互感器(11)、剩余电流互感器(7)和电压互感器(9)。

9.如权利要求8所述的电机故障模拟平台，其特征在于，所述信号收集模块(1)还包括接触器(12)、隔离开关(8)和断路器(10)；沿所述输电线(2)供电端至用电端方向，所述隔离开关(8)、所述断路器(10)和所述接触器(12)依次串联设置在所述输电线(2)上。

10.如权利要求9所述的电机故障模拟平台，其特征在于，所述输电线(2)上设有浪涌保护器(16)，所述浪涌保护器(16)与所述数据处理器(15)电连接；所述浪涌保护器(16)与所述隔离开关(8)并联设置。

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