基于氣隙磁場檢測的交流電動機磨損狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)

1、基于氣隙磁場檢測的交流電動機磨損狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)田京濤 劉四清（中國鋁業(yè)貴州分公司，貴州 貴陽 550014）摘 要 在交流電動機定子槽中嵌放檢測線圈，檢測線圈的感應(yīng)電壓與檢測線圈所包圍區(qū)域氣隙磁場強度存在對應(yīng)關(guān)系，氣隙磁場的強度與氣隙長度的變化存在對應(yīng)關(guān)系；通過對電動機氣隙磁場的在線監(jiān)測，監(jiān)視電動機氣隙的變化，早期發(fā)現(xiàn)電動機的偏心故障，并有效防止電動機的掃膛事故。關(guān)鍵詞 交流電動機 檢測線圈 氣隙磁場 磨損 偏心 監(jiān)測 1 電動機磨損狀態(tài)監(jiān)測的必要性在冶金、石油、化工、發(fā)電、造紙、煤礦等行業(yè)的大中型企業(yè)，多有數(shù)十甚至上百臺大型高壓交流電動機，擔(dān)負著各種生產(chǎn)設(shè)備的動力驅(qū)動。這些電動機一旦發(fā)生故

2、障停機，將給企業(yè)生產(chǎn)帶來嚴(yán)重損失。為了提高生產(chǎn)過程的可靠性，大部分企業(yè)對大型電動機實行定期檢修制度，檢修的主要內(nèi)容之一是對機械故障（包括軸承磨損，軸承走外圓、走內(nèi)圓等）的檢查。在這種維修體制下，不但每年要花費大量的人力、物力，增加大量維修費用，而且對尚未出現(xiàn)故障的電動機進行沒有針對性的拆裝，極有可能對電機造成損傷，埋下事故隱患，甚至?xí)斐刹鹧b過程中的損壞。電動機磨損狀態(tài)監(jiān)測報警就是在線監(jiān)測電動機氣隙偏心的變化趨勢和程度，以圖表和曲線形式顯示氣隙偏心的變化，從而早期發(fā)現(xiàn)機械故障，有計劃地安排電動機的停機、退出、檢修，有效避免大型轉(zhuǎn)機由于電動機機械故障突然停機造成生產(chǎn)損失，并可減少電動機日常維護工

3、作量，降低維修費用。2 利用電動機氣隙磁場進行電動機磨損監(jiān)測的原理2.1裝置的組成：（圖1）電動機機械磨損監(jiān)測報警裝置包括嵌放在電動機定子槽中的檢測線圈和與之相連接的保護裝置，利用嵌放在電動機定子槽中的檢測線圈檢測氣隙磁場的變化，利用保護裝置對檢測信號進行處理，從而實現(xiàn)偏心監(jiān)測。2.2基本原理三相交流電動機在結(jié)構(gòu)上是對稱的，三相定子繞組對稱分布，互隔120°電角度：在理想情況下，定轉(zhuǎn)子鐵芯同軸，氣隙均勻。若將三相對稱繞組接于三相對稱電源，則在電動機內(nèi)部產(chǎn)生均勻的旋轉(zhuǎn)磁場，此時在定子圓周各處氣隙磁場的強度大小相等。實際上，三相電源不是絕對對稱的，此時即使氣隙是均勻的，氣隙磁場也會由于電

4、源的不對稱而不均勻，但是同相定子繞組的不同極相組的相應(yīng)位置的氣隙磁場還是大小相等，相位致。由于加工、工藝等各方面的限制，新出廠的電動機的氣隙就存在偏差；電動機在運行過程中，由于軸承磨損等原因，氣隙不均勻程度將逐漸加大，我們關(guān)心的是氣隙的這種變化。氣隙不均勻?qū)?dǎo)致同相定子繞組的不同極相組的相應(yīng)位置的氣隙磁場的強度的相對變化，氣隙小的部位由于磁阻減小而磁場增強，氣隙大的部位由于磁阻增大而磁場減弱，同相定子繞組的不同極相組的相應(yīng)位置的氣隙磁場的強度的差值的大小可反映出該兩處氣隙長度的差別的大小。所以對定轉(zhuǎn)子偏心故障的監(jiān)視可以通過對所述氣隙磁場的強度的差值的監(jiān)測實現(xiàn)。3 氣隙磁場的檢測方法和檢測線圈的

5、安裝3.1 氣隙磁場的檢測方法氣隙磁場的檢測可利用嵌放于電動機定子槽中的檢測線圈來實現(xiàn)。在交流電動機中，主磁場是旋轉(zhuǎn)磁場，其磁密波沿氣隙園周按正弦規(guī)律分布，并以同步轉(zhuǎn)速n1旋轉(zhuǎn)，此旋轉(zhuǎn)磁場與整距線圈交鏈的磁通稱為主磁通，即氣隙磁隙，用m表示。在交流電動機的定子槽中嵌放一個檢測線圈，設(shè)檢測線圈的感應(yīng)電壓為Um，則Um=4.44fwKwm，f是向交流電動機供電的交流電源的基波頻率，W是檢測線圈的匝數(shù)，Kw是檢測線圈的繞組系數(shù)。Um的大小反映了檢測線圈所處區(qū)域的氣隙磁場的強弱。3.2 檢測線圈的安裝在電動機定子槽中嵌放6個檢測線圈， 6個檢測線圈均勻分布；檢測線圈節(jié)距接近電動機的極距（2極電動機的檢

6、測線圈的節(jié)距取接近電動機極距的一半），檢測線圈僅需1匝；6個檢測線圈分為三組，每組兩個；同組的兩個檢測線圈相隔180°機械角度，兩個檢測線圈按電壓相減的方向串接，得到感應(yīng)電壓的差值，該差值反映兩個檢測線圈所處位置的氣隙偏差程度；三個差值可反映相隔120°機械角度的三個方向的氣隙偏差程度。圖2是一臺4極電動機檢測線圈安裝原理示意圖，檢測線圈T1、T4對應(yīng)A相繞組，T2、T5對應(yīng)B相繞組，T3、T6對應(yīng)C相繞組，從ao、bo、co輸出3個檢測線圈的差值。檢測線圈嵌放在定子槽楔下面,采用聚四氟乙烯絕緣耐高溫線,占用槽內(nèi)的空間小,安裝方便。在電動機中嵌放檢測線圈不必改變電動機的任何

7、結(jié)構(gòu)和參數(shù)，不會對電動機本身的性能、質(zhì)量造成任何不良影響。檢測線圈安裝有三個途徑： 電機廠在電動機制造過程中安裝檢測線圈，用戶購買帶檢測線圈的電動機。 用戶在大修電動機時安裝檢測線圈。 對于正常運行的電動機，需更換部分槽楔，裝入檢測線圈；該項工作可以用戶自己進行，也可委托專業(yè)電機修理單位進行。4 磨損狀態(tài)監(jiān)測儀報警儀 BH2080型交流電動機磨損狀態(tài)監(jiān)測報警儀是常州帕斯菲克自動化技術(shù)有限公司利用專利技術(shù)開發(fā)的監(jiān)視交流電動機定轉(zhuǎn)子偏心狀態(tài)的在線監(jiān)測智能儀表，該儀表采用先進的高速智能芯片，大屏幕液晶顯示器，以直方圖的形式顯示反映電動機定轉(zhuǎn)子偏心程度的三個感應(yīng)電壓差值信號的初始值和實時值（如圖3所示

8、），指示電動機偏心程度的變化；可設(shè)定報警值和動作值，從而有效防止電動機掃膛事故發(fā)生；該儀表還能以曲線的形式顯示感應(yīng)電壓信號變化，最長可記錄20000小時信號變化情況，使用戶可根據(jù)信號變化趨勢早期發(fā)現(xiàn)偏心故障。儀表可安裝RS485通訊接口，實現(xiàn)與上位機的通訊，利用計算機同時監(jiān)視1200臺電動機的磨損狀態(tài)，可在上位機修改設(shè)定值，可利用上位機集中分析感應(yīng)電壓變化趨勢，發(fā)現(xiàn)異常自動提示，達到更好的監(jiān)測保護效果。針對高壓電動機械采用分體結(jié)構(gòu)儀表，模擬信號處理部分做成一個模塊，安裝在電動機的測溫接線盒中，顯示儀表安裝在控制柜中，信號處理模塊與顯示儀表之間采用光纖通訊，實現(xiàn)完全電隔離，提高了安全性能。鑒于大

9、部分高壓電動機均安裝測溫元件監(jiān)視繞組和軸承溫度，該儀表可選配增加五路熱電阻輸入接口，實現(xiàn)三相繞組和兩端軸承的溫度的測量和上傳，簡化現(xiàn)場接線。5 使用和測試情況在此以某鋁廠凈化風(fēng)機電動機為例，介紹一下該技術(shù)實際使用效果。日本富士電機公司生產(chǎn)，型號MLA1408B，300KW，電動機負載端軸承是6322，風(fēng)扇端軸承是NU318，氣隙長度1mm。共4臺同型號電動機進行了偏心監(jiān)測，其中一臺電動機在監(jiān)測期間出現(xiàn)軸承走外圓故障。圖5是正常電動機和發(fā)生“走外園”故障的電動機的20000小時曲線對比。從曲線可觀察到，正常電動機的曲線基本比較穩(wěn)定，出現(xiàn)“走外圓”故障電動機的曲線呈現(xiàn)明顯上升趨勢，經(jīng)過對問題電動機

10、解體檢查，軸伸端端蓋軸承位下方出現(xiàn)磨損造成的0.09mm深凹槽。事實證明采用該氣隙磁場檢測法進行電動機磨損狀態(tài)的在線監(jiān)測效果比較理想。6 結(jié)論通過檢測電動機的氣隙磁場監(jiān)測電動機的偏心進行電動機磨損狀態(tài)監(jiān)測，可達到如下效果：1、電動機機械磨損在線監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用，可有效避免電動機掃膛事故的發(fā)生以及伴隨而來的鐵心和繞組的損壞，節(jié)省材料費、人工費，節(jié)省修理過程中的能源消耗，并避免鐵芯損壞造成電動機性能下降。2、電動機磨損狀態(tài)監(jiān)測報警儀可以曲線和圖表兩種方式進行電動機機械磨損程度的趨勢分析，可早期發(fā)現(xiàn)機械磨損故障，從而能夠做到有計劃地安排電動機的停機、退出、檢修，有效避免大型轉(zhuǎn)機由于電動機機械故障突然停

11、機造成的生產(chǎn)損失。3、根據(jù)電動機機械磨損程度進行狀態(tài)檢修，避免對電動機進行沒有針對性的解體檢查，減少由此造成的拆裝過程中的損壞和損傷，并且節(jié)省檢修支出。4、實現(xiàn)機械磨損的智能化自動監(jiān)測，減輕檢修工人的勞動強度，減少維護工作量，有利于壓縮設(shè)備維護費。5、針對防爆電機進行磨損狀態(tài)在線監(jiān)測，早期發(fā)現(xiàn)問題，可避免由于偏心造成防爆面的磨損和避免磨損造成的高溫，提高設(shè)備的防爆性能。6、針對大型潛水泵進行磨損狀態(tài)監(jiān)測，可解決該類電機設(shè)置在水中造成的檢查和監(jiān)測困難的問題，提高設(shè)備運行的可靠性。7、若對現(xiàn)場幾十或上百臺電機進行機械磨損狀態(tài)監(jiān)測，由計算機進行統(tǒng)一監(jiān)控，出現(xiàn)問題自動提示，將使企業(yè)電動機的維護檢修模式得到改進，進一步提高企業(yè)設(shè)備管理水平。參考文獻作者簡介：作者姓名：田京濤 工作單位：中國鋁業(yè)貴州分