浅析电机故障与状态监测

摘要：电机是目前国民经济中使用最为广泛的能量转换电磁机械装置。由于自身结构特点，其故障不但有旋转机械故障特点，更有其特殊性。本文就异步电动机的故障特点和状态监测时所表现出的特有的故障图谱，对电机故障进行综合分析，以及对电机进行故障诊断时的点滴经验加以论述，希望能为安全生产、节能环保等工作做出贡献，更希望得到老师作和同仁们的批评指教。促进振动分析技术的进步。 关键词：状态监测、电机、振动、故障、诊断。 电机是一种进行机电能量转换或信号转换的电磁机械装置，在工业、农业、交通等各个领域均得到了日益广泛的应用，据统计工业生产中百分之九十六的能量转换，都是利用电机得以实现的。随着电机技术的不断进步以及变频器等节能装置的广泛使用，电机的状态监测和故障分析技术也有了新的发展。本文简述了异步电机常见故障和实际维护过程中所监测的电机故障特有的状态图谱，对其进行粗浅的论述，希望为我公司的技术进步贡献一点微薄的力量，更希望得到同志们的批评指教。 一、 常用三相异步电机结构和常见故障 三相异步电动机主要由静止部分（简称定子）和旋转部份（转子）组成。为了保证转动，转子与定子之间有一定的间隙，称为气隙。另外还有端盖和风扇等附属结构。定子包括机座、定子铁心、定子绕组三部分。转子包括园子铁心、转子绕组和转轴等部份组成。转子与定子之间的气隙，是电机磁路的一部份，气隙越小，空载电流越小，电机的功率因数也就越高，但气隙越小对电机的加工和装配精度要求也就越高，因此电机的气隙是经过周密的计算并有严格规定的。电机故障中的气隙振荡也具有特征图谱，可以通过状态监测技术进行诊断分析。 三相异步电机的故障多种多样，同一故障可能有不同的表面现象，而同样的表面现象也可以表现是由不同的原因引起的。 三相异步电动机的常见故障（部分） 二、 状态监测技术对电机的故障诊断 1、振动分析软件对电机故障的诊断 电机与其它旋转机械一样，可能产生不平衡、不对中、机械松动、轴承故障及共振等问题，还有电机的特有故障，例如：“转子断条或裂纹、转子偏心、相位不平衡、定子铁芯松动、转子弯曲或偏离磁场中心”等等，下面就振动状态监测技术的诊断分析进行说明。 转子故障 2、电流法分析软件对电机故障的诊断 电机的工作电流包含了很多电机本身的以及驱动工系统的信息。通过分析交流异步电机的电流信号来诊断电机电气及机械故障的诊断方法叫电流法。 交流感应电机启动时的电流比额定电流大许多倍，导致转子上产生极大的热应力，其结果容易在转子铸条与端环接头处产生裂缝，断裂增大了电阻，引起相邻铸条电流也随之增大，进一步增加铸条与端环接头热应力的破坏，甚至可能造成转子迭片的损坏。铸条断裂引发电流颁的改变，气隙中将产生谐波磁通量，在电机的电流频谱中，电源频率两侧均出现边频带，转子故障越严重，边频带越多，且幅度越大。 轴弯曲、轴承磨损及电磁不平衡，均可造成转子与定子之间的静态故障，此时电机电流的高频部份将出现故障特征信息。下面是电流法故障特征及诊断分析方法。 电机故障特征及分析原因 3、几点说明 （1）转差率（S）的计算方法： S=L*N/N1 其中，N——转速 N1——同步转速，N1=60F/P F——电源频率 P——电源磁极对数 （2）线槽通过频率的计算方法： F*Rs(1-S)/P F——电源频率 Rs——转子上的线槽数 S——转差率 （3）边频带的计算方法： P*S*F P——电机的磁极对数 S——转差率 F——电机电源频率 三、状态监视的实际应用 中国兵器华锦公司循环水泵电机故障诊断报告 企业名称：供水车间 设备名称：2#循环水泵电机 设备编号：002 数据类型：速度(mm/s) 分析频率：1000Hz 采样点数：1024 采集时间：2007-06-09 10:06:53 诊断结果： 该电机正常运行时经过了变频调速，通过实际测量和频域频谱分析确定，该电机的实际转速为2250rpm。因此它的一倍频为37.5，二倍频是75。 频域图谱显示： 一倍频37.5及其附近有较大的峰值，例如：35、40、42.5等。 二倍频75及其附近也出现另外几个峰值，例如出现在77.5。 说明一、二倍频等可能存在着边频带. 根据公式： S==1-N/N1 ==1-37.5/40 ==0.0625 边频带====P*S*F ====1*0.0625*40 ====2.5 一倍频为37.5。其边频带的频谱值应该是35、40、42.5等，在其数值上均出现了突出的峰值，甚至有的数值大于一倍频处的峰值。 二倍频为75，加上边频带2.5，其峰值在77.5 等处，也出现了突出的峰值。 以此类推，三倍频为112.5 。其边频带为115，但由于数值不在前五项之内，所以未能显示其数值，只能从图形中我们看出分量峰值。 频域图谱中我们可以看出，边频带对电机故障反映。 几幅频域图谱中的峰值数值均超过规定的安全数值,“3”。进一步证明了该电机存在着严重问题。 根据LM—8900诊断规则，在确认一倍频，二倍频，三倍频均存在振动分量，且有边频带峰值的出现，表明转子存在裂纹和断条。 从轴心轨迹的测量中我们可以看出，由于转子断条，电机轴伸端表现出典型的严重不对中，“水滴状”图形，轴末端表现出典型的转子不平衡，“椭圆状”图形。这些都是电机转子断条特有的性状图谱。 诊断意见： LM—8900状态监测仪在对华锦公司供水车间2#循环水泵电机诊断时，通过时域、频域、轴心轨迹以及电机自诊断分析软件的诊断认为，电机存在转子断条故障的特征频率，初步诊断该电机为电气故障，主要怀疑转子断条。并且定子绕组和其它部件也存在一定的损坏，建议立即停止运行，进行修复。 在判断出故障原因之后，我们对电机进行了检修，证明了我们对故障判断的准确性。 结束语 正如我们前面所说，电机故障的一种表现形式常常是多种原因造成的。当电机故障原因不明确时就对电机进行拆卸检修，常常会出现检测手段落后，而造成错误的判断等问题出现。例如：250KW以上的电机，每次解体检修的费用很高，大约在5万元以上，而在弄不清电机故障的情况下，仓促进行检修，常常会出现对电机故障判断不准和故障原因诊断不全等问题，达到不检修的效果。所以正确判断电机的故障进行彻底的维修，将节约大量的检修费用，起到事半功倍的效果。 利用状态监测技术对电机进行诊断，可以在不停机的情况下对电机的运行的状态进行客观的评价，不但能防止电机重大故障的发生，同时也对电机的运行经济性做到准确的评价。由于电机作为转动设备的特殊性，诊断的方法很多，例如我们前面提到的电流法故障诊断，配合状态监测振动分析技术共同判断故障的方法等等，这些诊断技术可以根据个人的经验和习惯进行有利的组合，以达到最佳效果。 参考文献： a)常用电机与变压器技术问答------机械工业出版社 b)设备故障诊断技术及应用--------北京利盟腾飞科技发展有限公司《内部资料》