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如何根據直流無刷電機的工作原理進行故障診斷?(LHL) |
2024年11月29日 |
基于定子繞組和旋轉磁場的故障診斷 原理分析:除了繞組本身問題,若電機內部的鐵心損壞或有異物進入,會影響磁場的正常分布。因為鐵心是磁場的傳導路徑,其損壞會改變磁路的磁阻,進而影響磁場強度和分布;異物的存在可能會干擾磁場的正常走向。 診斷方法:可以使用高斯計來測量電機周圍的磁場強度和分布情況。在電機正常運行時,在定子周圍幾個關鍵位置測量磁場強度,將測量結果與電機正常工作時的磁場數據(可通過電機手冊或之前正常運行時的數據獲取)進行對比。如果磁場強度明顯減弱或磁場分布不均勻,可能是鐵心損壞或有異物。同時,觀察電機運行時是否有異常的振動或噪音,這也可能是磁場異常導致的轉子受力不均勻引起的。
原理分析:繞組開路會使電機無法形成完整的電流回路,從而不能產生旋轉磁場來驅動轉子轉動。從電機的工作原理角度看,這就像電路中的斷路,沒有電流通過繞組,也就沒有磁場產生。 診斷方法:同樣先斷開電機繞組接線端,使用萬用表的電阻檔測量各相繞組電阻。如果某一相繞組電阻為無窮大,說明該相繞組開路。另外,當電機無法啟動,且在通電時沒有任何轉動跡象,同時伴有輕微的嗡嗡聲(這是因為有電流試圖通過但無法形成完整回路產生磁場),也應懷疑繞組是否開路。
原理分析:在直流無刷電機正常工作時,定子繞組通過特定的電流來產生旋轉磁場。如果繞組發生短路,會導致電流異常增大。根據歐姆定律(其中是電流,是電壓,是電阻),短路部分的電阻減小,在給定電壓下電流會超出正常范圍。 診斷方法:可以使用萬用表的電阻檔來測量繞組的電阻。將電機的繞組接線端斷開,分別測量各相繞組的電阻。如果某一相繞組的電阻明顯低于正常相繞組電阻,很可能存在短路故障。另外,也可以通過檢測電機運行時的電流來判斷。在電機空載運行時,使用鉗形電流表測量各相電流,若某一相電流遠大于其他相,也表明該相可能存在短路。
針對轉子和永磁體的故障診斷
原理分析:轉子的機械故障主要包括轉子軸彎曲、軸承損壞等。轉子軸彎曲會導致轉子與定子之間的氣隙不均勻,使磁場相互作用不均勻,產生振動和噪音,并且會增加電機的摩擦損耗。軸承損壞會使轉子的旋轉受到阻礙,增加摩擦力,影響電機的正常運轉。 診斷方法:對于轉子軸彎曲,可以通過觀察電機旋轉時的擺動情況來判斷。將電機通電低速旋轉,使用百分表等工具測量轉子軸的徑向跳動,如果跳動值超過正常范圍,說明轉子軸可能彎曲。對于軸承損壞,可以通過聽電機運行時的聲音來判斷。如果聽到尖銳的摩擦聲或不規則的噪音,并且電機旋轉阻力增大,可能是軸承損壞。同時,檢查軸承的潤滑情況,若潤滑不良也會導致類似故障。
原理分析:轉子上的永磁體是產生磁場與定子磁場相互作用的關鍵部件。永磁體在高溫、反向磁場沖擊或長時間使用后可能會退磁。退磁后,轉子磁場減弱,與定子磁場的相互作用力減小,導致電機轉矩下降、轉速不穩定。 診斷方法:可以通過比較電機的實際性能與額定性能來初步判斷。如果電機在相同的輸入電壓和負載條件下,轉速明顯低于額定轉速,或者轉矩明顯不足,可能是永磁體退磁。另外,使用專門的磁場測量設備,如特斯拉計,測量永磁體的磁場強度,將測量結果與永磁體的原始磁場強度數據進行對比,如果磁場強度降低幅度較大,就可以確定永磁體退磁。
考慮電機控制部分的故障診斷 原理分析:電機控制器根據位置傳感器的信號來控制定子繞組的通電順序和電流大小。如果控制器出現故障,如控制芯片損壞、驅動電路故障等,會導致輸出給繞組的信號異常,從而影響電機的正常運轉。 診斷方法:在確保位置傳感器和繞組正常的情況下,檢查控制器的輸入電源是否正常。使用示波器檢測控制器輸出給繞組的驅動信號,如 PWM 信號(如果是通過 PWM 控制)。正常的 PWM 信號應該是具有一定頻率和占空比的方波信號,若信號波形異常,如占空比失調、頻率錯誤或無信號輸出等,可能是控制器出現故障。同時,檢查控制器內部的保護電路是否觸發,如過流保護、過壓保護等,這些保護電路觸發也可能導致電機無法正常運轉
原理分析:位置傳感器用于檢測轉子的位置,為電機控制器提供換相信息。如果位置傳感器出現故障,控制器無法準確獲取轉子位置,就會導致電機換相混亂,無法正常運轉。 診斷方法:首先檢查傳感器的連接線路是否松動或損壞。使用萬用表的電阻檔測量傳感器的電阻值,查看是否在正常范圍內。如果是霍爾傳感器,還可以在電機運行時,使用示波器檢測傳感器輸出的信號是否正常。正常情況下,霍爾傳感器輸出的是周期性的方波信號,其頻率與電機轉速有關。如果信號波形異常,如出現幅值不穩定、頻率混亂或無信號輸出等情況,很可能是傳感器損壞。
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