診斷電機(jī)故障

1、一、診斷電動(dòng)機(jī)故障現(xiàn)在我們?cè)賮?lái)看看與交流同步和感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，以及直流電動(dòng)機(jī)有關(guān)的故障。當(dāng)使用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)其它旋轉(zhuǎn)機(jī)械時(shí)，會(huì)受到不平衡和不對(duì)中的影響。在這部分我們將檢查它的電氣特性，以及相關(guān)的故障。有兩種不同類型的交流電動(dòng)機(jī)：同步電機(jī)和感應(yīng)電機(jī)，它們都可能使用單相或3相電流供電。在工業(yè)生產(chǎn)中，3相電機(jī)由于其大功率而得到廣泛應(yīng)用。此外，感應(yīng)電機(jī)的使用比同步電機(jī)更加廣泛。交流電動(dòng)機(jī)的定子由許多線圈纏繞在定子槽上組成。定子上的槽數(shù)多于線圈數(shù)，因此線圈可以用很復(fù)雜的方式纏繞。當(dāng)線圈通電后，會(huì)在定子內(nèi)部形成一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。其轉(zhuǎn)速依賴于線圈的匝數(shù)和磁極數(shù)量。在三相電動(dòng)機(jī)中，三個(gè)線圈由于電流的作用將形成2個(gè)磁極，它

2、們之間的相位差為120度。如果行頻為60Hz，定子中有2個(gè)磁極，則對(duì)應(yīng)的磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速為每秒鐘60轉(zhuǎn)，或3600RPM。如果定子有4個(gè)磁極（6個(gè)線圈），則磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速為1800RPM，依次類推。當(dāng)然，如果電流的頻率為50Hz，2磁極的電動(dòng)機(jī)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速為3000RPM，四磁極電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在1500RPM左右。二、同步電動(dòng)機(jī)如果將永磁性的圓形轉(zhuǎn)子放在定子中，它會(huì)在磁力作用下以旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，這被稱為同步轉(zhuǎn)速，這種電動(dòng)機(jī)被稱為同步電動(dòng)機(jī)。三、感應(yīng)電動(dòng)機(jī)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)與同步電動(dòng)機(jī)的區(qū)別在于沒(méi)有使用永久磁鐵，而是采用電磁鐵。在轉(zhuǎn)子表面的槽上橫向安裝了很多均勻分布的導(dǎo)電銅條。所有的銅條在轉(zhuǎn)子的末端通過(guò)一個(gè)圓環(huán)相連，該圓環(huán)

3、與所有銅條的末端焊接在一起。由于形狀類似于用來(lái)訓(xùn)練寵物鼠的小圓籠，因此有時(shí)也被叫做“鼠籠”，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)也叫做鼠籠式電動(dòng)機(jī)。現(xiàn)在我們將簡(jiǎn)要的為您介紹這類電動(dòng)機(jī)的工作原理，從而使你能夠理解滑差頻率、同步轉(zhuǎn)速等術(shù)語(yǔ)。每對(duì)銅條實(shí)際上就是一個(gè)簡(jiǎn)單磁性回路。轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)子銅條中的感應(yīng)電流作用下被磁化，該感應(yīng)電流是由定子的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)產(chǎn)生的。當(dāng)定子磁場(chǎng)經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)子銅條時(shí)，變化的磁場(chǎng)感應(yīng)產(chǎn)生了大量的電流，從而使銅條形成了自己的磁場(chǎng)。轉(zhuǎn)子感應(yīng)磁場(chǎng)與產(chǎn)生它的定子磁場(chǎng)相互排斥，從而產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)力矩使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)起來(lái)。由于感應(yīng)電動(dòng)機(jī)通過(guò)磁場(chǎng)的排斥作用而不是像同步電動(dòng)機(jī)那樣靠吸引力來(lái)工作，因此它也被稱為“排斥感應(yīng)”電動(dòng)機(jī)。如果系統(tǒng)中沒(méi)有摩

4、擦力作用，那么轉(zhuǎn)子將以同步速度運(yùn)行，但電動(dòng)機(jī)會(huì)產(chǎn)生一些無(wú)效的轉(zhuǎn)矩。在這種情況下轉(zhuǎn)子銅條和定子磁場(chǎng)間沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因此也不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流。電動(dòng)機(jī)一旦加載了負(fù)荷，其速度就會(huì)降低，轉(zhuǎn)子銅條會(huì)切割定子磁場(chǎng)的磁力線，并在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生排斥力。轉(zhuǎn)子中的感應(yīng)磁場(chǎng)沿著轉(zhuǎn)動(dòng)的反方向移動(dòng)，其速度取決于外加負(fù)載的大小。也就是說(shuō)RPM（轉(zhuǎn)速）總是低于同步轉(zhuǎn)速。實(shí)際轉(zhuǎn)速與同步轉(zhuǎn)速之差叫做滑差?；钤酱筠D(zhuǎn)子銅條中的感應(yīng)電流就越強(qiáng)，輸出的扭矩就越大。為了在轉(zhuǎn)子銅條中產(chǎn)生更大的電流，定子繞組中的電流也需要增大。因此，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的實(shí)際速度總是依賴于負(fù)載。四、電動(dòng)機(jī)中的振動(dòng)源在電動(dòng)機(jī)中兩倍線性頻率（100Hz或120Hz）處總可測(cè)到

5、振動(dòng)分量。轉(zhuǎn)子與定子間的吸引力也隨著該頻率變化，并且在變化磁場(chǎng)中由于“磁彈性”作用，磁鐵自身的尺寸也會(huì)發(fā)生變化。磁彈性就是磁場(chǎng)中的磁性物質(zhì)的變形，常常引起電氣裝置在100Hz或120Hz處產(chǎn)生振動(dòng)，例如電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、變壓器等等，如圖6.14.1所示。對(duì)于電動(dòng)機(jī)而言，在轉(zhuǎn)子和定子之間存在以100或120Hz變化的磁性吸引力。這也常常引起定子在100Hz或120Hz的振動(dòng)。對(duì)于兩磁極的電動(dòng)機(jī)（同步轉(zhuǎn)速為3000CP或3600CPM），有時(shí)很難區(qū)分100或120Hz（兩倍行頻）處的波峰和頻譜中的2×波峰。這就是我們使用高分辨率來(lái)采集頻譜的一個(gè)重要原因。 圖 磁彈性時(shí)的頻譜你可以通過(guò)測(cè)試來(lái)

6、檢查存在的到底是2×波峰還是100或120Hz的波峰，該測(cè)試通常在電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)進(jìn)行，此時(shí)切斷電動(dòng)機(jī)的電源，對(duì)應(yīng)的100或120Hz波峰將會(huì)消失，而2×波峰仍舊存在（電機(jī)的轉(zhuǎn)速在降低）。五、定子故障定子故障會(huì)在兩倍行頻（100 Hz或120Hz）處產(chǎn)生強(qiáng)烈的振動(dòng)。定子偏心會(huì)在轉(zhuǎn)子和定子間產(chǎn)生一個(gè)不均勻的氣隙，從而形成一個(gè)方向性非常強(qiáng)的振動(dòng)源，如圖6.14.2所示。 六、基礎(chǔ)松動(dòng)柔性基腳或基座偏翹都會(huì)導(dǎo)致偏心。通過(guò)調(diào)節(jié)螺栓改變受力狀況或修復(fù)底座能夠解決該問(wèn)題。七、轉(zhuǎn)子偏心 圖 轉(zhuǎn)子偏心時(shí)的頻譜圖 極通頻率偏心轉(zhuǎn)子會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子與定子間的氣隙隨著轉(zhuǎn)動(dòng)不斷變化，從而產(chǎn)生一個(gè)脈動(dòng)的振動(dòng)源

7、。你同樣能看到兩倍行頻分量，同時(shí)還會(huì)出現(xiàn)1×波峰和該頻率處的極通頻率邊頻帶，如圖6.14.3所示。極通頻率等于滑差頻率乘以磁極數(shù)。滑差頻率是實(shí)際轉(zhuǎn)速與同步轉(zhuǎn)速之差，如圖6.14.4所示。由于滑差頻率較小，相應(yīng)的極通頻率也較小，因此你必須通過(guò)高分辨率測(cè)量來(lái)區(qū)分這些邊頻帶。八、轉(zhuǎn)子故障轉(zhuǎn)子銅條損壞、破裂或腐蝕都是感應(yīng)電動(dòng)機(jī)非常普遍的故障模式，特別是在有負(fù)荷的情況下電機(jī)頻繁的啟動(dòng)和停機(jī)的話，由于啟動(dòng)電流比運(yùn)轉(zhuǎn)電流強(qiáng)得多，從而在轉(zhuǎn)子銅條上產(chǎn)生很強(qiáng)的應(yīng)變，并引起過(guò)熱。九、轉(zhuǎn)子彎曲由于轉(zhuǎn)子銅條上電流的不均勻分布引起轉(zhuǎn)子受熱不均導(dǎo)致轉(zhuǎn)子彎曲變形，同時(shí)轉(zhuǎn)子彎曲會(huì)出現(xiàn)所有的不平衡現(xiàn)象。我們可以通過(guò)檢測(cè)

8、電機(jī)冷卻時(shí)癥狀是否消失來(lái)判斷此類故障。電動(dòng)機(jī)中的局部過(guò)熱嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)?dǎo)致?lián)p壞的轉(zhuǎn)子銅條熔化后散落到氣隙中。十、轉(zhuǎn)子銅條斷裂轉(zhuǎn)子銅條斷裂會(huì)在1×處產(chǎn)生極通頻率邊頻帶以及它的諧波（2×、3×等等）。你經(jīng)常會(huì)看到一個(gè)帶有1×諧波的頻譜，同時(shí)每個(gè)諧波附近都有“裙?fàn)睢钡臉O通邊頻帶，如圖6.14.5所示。有轉(zhuǎn)子銅條損壞的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)會(huì)在電機(jī)兩倍滑差頻率處產(chǎn)生一個(gè)振幅上下緩慢變化的振動(dòng)信號(hào)。這種現(xiàn)象叫拍擊，在進(jìn)行測(cè)量時(shí)我們可以聽到拍擊的聲音。拍擊的振幅和頻率依賴于電動(dòng)機(jī)的負(fù)載（因?yàn)樗绊懟铑l率）。 圖 轉(zhuǎn)子銅條斷裂時(shí)的頻譜 轉(zhuǎn)子銅條松動(dòng)時(shí)的頻譜十一、轉(zhuǎn)子銅條松動(dòng)如果轉(zhuǎn)

9、子銅條松動(dòng)會(huì)在銅條通過(guò)頻率（RBF=轉(zhuǎn)子銅條數(shù)×轉(zhuǎn)速）處出現(xiàn)波峰，并帶有兩倍行頻的（100或120Hz）邊頻帶。即使不知道轉(zhuǎn)子銅條數(shù)，如果看到一個(gè)高頻波峰并帶有兩倍行頻的邊頻帶，你也可以確定該故障，如圖6.14.6所示。十二、轉(zhuǎn)子松動(dòng)有時(shí)轉(zhuǎn)子能在軸上滑動(dòng)，通常是間歇性的，并取決于其溫度，同時(shí)它會(huì)引起很強(qiáng)的1×振動(dòng)及其諧波。載荷或線電壓的突然變化都會(huì)導(dǎo)致這種情況發(fā)生，如圖6.14.7所示。十三、定子繞組松動(dòng)如果電動(dòng)機(jī)定子上的繞組出現(xiàn)松動(dòng)，其兩倍行頻處的振幅將會(huì)增加，如圖6.14.8所示。這種情況具有相當(dāng)大的破壞性，因?yàn)樗鼤?huì)摩擦導(dǎo)線的絕緣層，導(dǎo)致短路和定子損壞。 圖 轉(zhuǎn)子松動(dòng)時(shí)

10、的頻譜 定子繞組松動(dòng)時(shí)的頻譜十四、疊片故障交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子和定子都是由一些相互獨(dú)立很薄的疊片組成。如果這些疊片發(fā)生短路，將導(dǎo)致局部過(guò)熱和扭曲變形。疊片短路還會(huì)引起很高幅的兩倍行頻振動(dòng)。翹曲變形會(huì)導(dǎo)致1×振幅升高，通常還能觀察到極通邊頻帶，如圖6.14.9所示。 圖 疊片故障時(shí)的頻譜 聯(lián)接松動(dòng)時(shí)的頻譜十五、聯(lián)接松動(dòng)由于聯(lián)接松動(dòng)引起的相位問(wèn)題也會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的兩倍行頻（100或120Hz）振動(dòng)，同時(shí)伴有1/3行頻的邊頻帶（33或40 Hz），如圖6.14.10所示。十六、測(cè)量電動(dòng)機(jī)電流一種常用的轉(zhuǎn)子銅條測(cè)試是測(cè)量電動(dòng)機(jī)電流（只需要單相）從而得到一個(gè)高分辨率的頻譜。需要使用便攜式電流夾或變流器。輸出端通常聯(lián)接到數(shù)據(jù)采集器（或頻譜分析儀）上（查閱數(shù)據(jù)采集器手冊(cè)來(lái)設(shè)置采集參數(shù)）。你的目的是比較兩倍滑差頻率邊頻帶波峰的振幅值，并將它們與行頻（不是兩倍行頻）處的振幅進(jìn)行比較。因此你應(yīng)該采用超過(guò)行頻10 Hz（如60 Hz或70Hz）的1600線測(cè)量。最好是以行頻（如40到60 Hz或50到70Hz）為中心來(lái)放大，從而得到最佳的分辨率，如圖6.14.11所示。 圖 以行頻為中心放大圖 例子例如，如果同步轉(zhuǎn)速為1800RPM，實(shí)際上轉(zhuǎn)速為1760RPM，則滑差頻率等于40RPM或