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如何根據(jù)直流無刷電機的工作原理進行故障診斷?(LHL) |
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基于定子繞組和旋轉(zhuǎn)磁場的故障診斷 原理分析:除了繞組本身問題,若電機內(nèi)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(dǎo)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(guān)鍵位置測量磁場強度,將測量結(jié)果與電機正常工作時的磁場數(shù)據(jù)(可通過電機手冊或之前正常運行時的數(shù)據(jù)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(dǎo)致的轉(zhuǎn)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(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場來驅(qū)動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)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(chǎn)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(dāng)電機無法啟動,且在通電時沒有任何轉(zhuǎn)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(chǎn)生磁場),也應(yīng)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(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。如果繞組發(fā)生短路,會導(dǎo)致電流異常增大。根據(jù)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(zhuǎn)子和永磁體的故障診斷
原理分析:轉(zhuǎn)子的機械故障主要包括轉(zhuǎn)子軸彎曲、軸承損壞等。轉(zhuǎn)子軸彎曲會導(dǎo)致轉(zhuǎn)子與定子之間的氣隙不均勻,使磁場相互作用不均勻,產(chǎn)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(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)受到阻礙,增加摩擦力,影響電機的正常運轉(zhuǎn)。 診斷方法:對于轉(zhuǎn)子軸彎曲,可以通過觀察電機旋轉(zhuǎn)時的擺動情況來判斷。將電機通電低速旋轉(zhuǎn),使用百分表等工具測量轉(zhuǎn)子軸的徑向跳動,如果跳動值超過正常范圍,說明轉(zhuǎn)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(guī)則的噪音,并且電機旋轉(zhuǎn)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(dǎo)致類似故障。
原理分析:轉(zhuǎn)子上的永磁體是產(chǎn)生磁場與定子磁場相互作用的關(guān)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(zhuǎn)子磁場減弱,與定子磁場的相互作用力減小,導(dǎo)致電機轉(zhuǎn)矩下降、轉(zhuǎn)速不穩(wěn)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(zhuǎn)速明顯低于額定轉(zhuǎn)速,或者轉(zhuǎn)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(shè)備,如特斯拉計,測量永磁體的磁場強度,將測量結(jié)果與永磁體的原始磁場強度數(shù)據(jù)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(jù)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(xiàn)故障,如控制芯片損壞、驅(qū)動電路故障等,會導(dǎo)致輸出給繞組的信號異常,從而影響電機的正常運轉(zhuǎn)。 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(qū)動信號,如 PWM 信號(如果是通過 PWM 控制)。正常的 PWM 信號應(yīng)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(diào)、頻率錯誤或無信號輸出等,可能是控制器出現(xiàn)故障。同時,檢查控制器內(nèi)部的保護電路是否觸發(fā),如過流保護、過壓保護等,這些保護電路觸發(fā)也可能導(dǎo)致電機無法正常運轉(zhuǎn)
原理分析:位置傳感器用于檢測轉(zhuǎn)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(xiàn)故障,控制器無法準(zhǔn)確獲取轉(zhuǎn)子位置,就會導(dǎo)致電機換相混亂,無法正常運轉(zhuǎn)。 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(nèi)。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(zhuǎn)速有關(guān)。如果信號波形異常,如出現(xiàn)幅值不穩(wěn)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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