機(jī)械故障診斷技術(shù)9_電動(dòng)機(jī)故障診斷

1、第九章 電動(dòng)機(jī)故障診斷電機(jī)的故障和診斷技術(shù)與電機(jī)的工作原理、運(yùn)行方式、具體結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。無論是何種電機(jī)，其內(nèi)部按能量轉(zhuǎn)換的原理分為三個(gè)環(huán)節(jié)（或稱系統(tǒng)）：電氣環(huán)節(jié)、磁耦合環(huán)節(jié)、機(jī)械環(huán)節(jié)。因?yàn)檫@三個(gè)環(huán)節(jié)的能量形式不同，所應(yīng)用的故障診斷技術(shù)相應(yīng)地有所差異。電氣環(huán)節(jié)的故障主要通過對(duì)電壓、電流的各種測(cè)量和分析來診斷，例如絕緣材料的老化，通過測(cè)量漏地電流來判定等等。91 電動(dòng)機(jī)類型特點(diǎn)與測(cè)定標(biāo)準(zhǔn) 911 電機(jī)的主要部件與電機(jī)類型一、電機(jī)的主要部件： 定子。是輸入電功率，產(chǎn)生磁場(chǎng)的靜止部件。對(duì)于交流電機(jī)，通常定子磁場(chǎng)是旋轉(zhuǎn)的。對(duì)于直流電機(jī)，定子磁場(chǎng)是靜止的。 轉(zhuǎn)子。是產(chǎn)生一個(gè)與定子磁場(chǎng)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的磁場(chǎng)，并輸出

2、機(jī)械功率的重要部件。所承受的電磁力轉(zhuǎn)為輸出的扭矩，因此往往要承受較大的機(jī)械應(yīng)力。 集電環(huán)和換向器。是構(gòu)成旋轉(zhuǎn)部分導(dǎo)電，建立相對(duì)運(yùn)動(dòng)磁場(chǎng)的滑動(dòng)接觸機(jī)構(gòu)。 軸承裝置。是支撐轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，保持定子、轉(zhuǎn)子相對(duì)位置的機(jī)械結(jié)構(gòu)。二、電機(jī)的類型與工作原理的區(qū)別 電動(dòng)機(jī)的兩個(gè)磁場(chǎng)均由直流勵(lì)磁產(chǎn)生，則為直流電動(dòng)機(jī)； 電動(dòng)機(jī)的一個(gè)磁場(chǎng)由直流勵(lì)磁產(chǎn)生，另一個(gè)由交流電流產(chǎn)生。為使這兩個(gè)磁場(chǎng)相對(duì)靜止，直流勵(lì)磁磁場(chǎng)相對(duì)交流電產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)必須嚴(yán)格同步，這就是同步電動(dòng)機(jī)。1.電動(dòng)機(jī)的兩個(gè)磁場(chǎng)分別由不同頻率的交流電流產(chǎn)生，則為異步電動(dòng)機(jī)。 912 電機(jī)振動(dòng)的測(cè)量與判定標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)振動(dòng)測(cè)定是指電機(jī)在制造廠出廠試驗(yàn)或試驗(yàn)室內(nèi)的振動(dòng)研究試

3、驗(yàn)、檢修后現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)時(shí)的電機(jī)振動(dòng)水平的準(zhǔn)確測(cè)量，因此，對(duì)于電機(jī)的安裝條件、測(cè)試儀器、測(cè)點(diǎn)裝置、測(cè)量要求等都作了規(guī)定。這種測(cè)定的目的：一是為了確定電機(jī)振動(dòng)初始狀態(tài)時(shí)的振動(dòng)水平，判定這臺(tái)電機(jī)出廠時(shí)或投入運(yùn)行時(shí)振動(dòng)值是否符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定；二是為以后電機(jī)異常振動(dòng)的診斷提供初始的參照數(shù)據(jù)。因此電機(jī)振動(dòng)的測(cè)定，其目的和方法均與電機(jī)異常振動(dòng)診斷有所區(qū)別。一電機(jī)振動(dòng)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn) GBl006888旋轉(zhuǎn)電機(jī)振動(dòng)測(cè)定方法及限值（國家標(biāo)準(zhǔn)） IEC 3414(1986)中心高為56mm及以上旋轉(zhuǎn)電機(jī)的振動(dòng)振動(dòng)烈度的測(cè)量、評(píng)定及限值（國際電工協(xié)會(huì)頒布） ISO 2372(1974)轉(zhuǎn)速從10rs機(jī)器的機(jī)械振動(dòng)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)的基

4、礎(chǔ)（國際標(biāo)準(zhǔn)化組織頒布） ISO 3945(1985)轉(zhuǎn)速10rs機(jī)器的機(jī)械振動(dòng)在運(yùn)行地點(diǎn)對(duì)振動(dòng)烈度的測(cè)量和評(píng)定（國際標(biāo)準(zhǔn)化組織頒布） VDI 2056機(jī)器的機(jī)械振動(dòng)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(德國標(biāo)準(zhǔn))二電機(jī)振動(dòng)的測(cè)定方法1測(cè)量值的表示方法不同轉(zhuǎn)速范圍的電機(jī)，其測(cè)量值的表示方法是不同的。國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，對(duì)轉(zhuǎn)速為6003600 rmin的電機(jī)，穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)采用振動(dòng)速度有效值表示，其單位mms。對(duì)轉(zhuǎn)速低于600 rmin的電機(jī)，則采用位移振幅值（峰峰值）表示，其單位為mm。2對(duì)測(cè)量儀器的要求 (1) 儀器的頻率響應(yīng)范圍應(yīng)為101000Hz，在此頻率范圍內(nèi)的相對(duì)靈敏度以80Hz的相對(duì)靈敏度為基準(zhǔn)，其他頻率的相對(duì)靈敏度應(yīng)

5、在基準(zhǔn)靈敏度+1020的范圍以內(nèi)，測(cè)量誤差不超過10。 (2) 測(cè)量轉(zhuǎn)速低于600 rmin電機(jī)的振動(dòng)時(shí)，應(yīng)采用低頻傳感器和低頻測(cè)振儀，測(cè)量誤差應(yīng)不超過10。3電機(jī)的安裝要求 (1) 彈性安裝。軸中心高為400mm及以下的電機(jī)，測(cè)振時(shí)應(yīng)采用彈性安裝。 (2) 剛性安裝。對(duì)軸中心高超過400mm的電機(jī)，測(cè)時(shí)應(yīng)剛性安裝。4電機(jī)在測(cè)定時(shí)的狀態(tài) 電機(jī)的測(cè)振應(yīng)在電動(dòng)機(jī)空載狀態(tài)下進(jìn)行。圖91 小型電機(jī)測(cè)點(diǎn)布置圖92 端蓋軸承電機(jī)的測(cè)點(diǎn)布置圖93 機(jī)座式軸承電機(jī)的測(cè)點(diǎn)布置三電機(jī)振動(dòng)的限值根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GBl00682-88旋轉(zhuǎn)電機(jī)振動(dòng)測(cè)定方法及振動(dòng)限值的規(guī)定，對(duì)不同軸中心高和轉(zhuǎn)速的單臺(tái)電機(jī)，在按GBl0068

6、1規(guī)定的方式測(cè)定時(shí)，其振動(dòng)速度有效值應(yīng)不超過表9-1的規(guī)定。表91 電動(dòng)機(jī)振動(dòng)速度有效值的極限標(biāo)準(zhǔn)（mms）安裝方式彈性懸置剛性安裝軸中心高（mm）45H132132H225225400標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速rmin600n18001.81.82.82.81800n36001.82.84.52.892 電磁耦合系統(tǒng)的振動(dòng)原理 921 交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的電磁振動(dòng)一、基頻磁通的電磁振動(dòng)在電機(jī)氣隙中磁通密度是沿著轉(zhuǎn)子的圓周的空間而隨著時(shí)間按正弦波分布，可以用下式表示：（92）由于磁通密度的作用力與磁通密度B的平方成正比： （93）根據(jù)上式可知基波電磁力具有以下特點(diǎn)： 頻率為電源頻率的兩倍，即2f=100Hz； 以正

7、弦波規(guī)律在圓周上分布； 隨時(shí)間以角速度回轉(zhuǎn)。tPBBsin0)(2cos121)(020tPBF圖94 基波電磁力分布基波電磁振動(dòng) 空氣隙長度和磁路不平衡時(shí)； 一次電壓不平衡時(shí)； 轉(zhuǎn)子繞組不平衡(斷條和接觸 不良)時(shí)。這一振動(dòng)，在轉(zhuǎn)子受橢圓形電磁力的兩極電機(jī)中特別明顯地表現(xiàn)出來。圖94表示了基波電磁力F的圓周方向的分布情況。二倍電源頻率的振動(dòng)，它是電機(jī)中的主要振動(dòng)分量之一，尤其是在大型電機(jī)中，由于定子的固有頻率較低，這種頻率的振動(dòng)分析和研究顯得特別重要?；姶帕Σ粌H作用于轉(zhuǎn)子，也同時(shí)作用于定子。是造成定子槽內(nèi)線包松動(dòng)等故障的原因之一。二、高頻磁通的槽振動(dòng)由于槽的磁導(dǎo)率變化等原因，產(chǎn)生高頻槽振

8、動(dòng)，在它引起的槽齒諧波中，特別要注意的頻率成分是fk： （94）（95）fsPZfRk)1 (0fsPZfRk2)1 (1fsPZfRk2)1 (2PZZKsR2根據(jù)K值，電磁力的各階模態(tài)呈如圖95所示的形狀。這種電磁力是一種徑向力波(又稱旋轉(zhuǎn)波)，并且是單位面積上的力，當(dāng)這些力波頻率以及其階次與定子對(duì)應(yīng)的固有頻率及其模態(tài)階次接近或一致時(shí)，將發(fā)生共振效應(yīng)，此時(shí)，電機(jī)的振動(dòng)和噪聲將特別大。 圖95 電磁力的各階模態(tài)高頻磁通的槽振動(dòng)的頻譜例如，一臺(tái)四極電機(jī)，P=2，轉(zhuǎn)子的槽數(shù)ZR =40，定子槽數(shù)ZS =48，先計(jì)算其模態(tài)階數(shù)K：K0=|ZRZS |=|4048|=8 K1=|ZRZS2P|=|4

9、0484|=4K2=|ZRZS2P|=|40484|=12圖96是對(duì)這臺(tái)電機(jī)在距其一米的位置，用電容式傳聲器測(cè)試的聲音信號(hào)的頻譜。其中，fk0=1000Hz，fk1=1100Hz的頻率成分能明確地看出來，此時(shí)，前述的fk1=1100Hz是占主要的，而fk2=900Hz則看不出來。圖96 交流感應(yīng)電機(jī)（P=2，ZR =40，ZS =48）的聲音頻譜圖Hzfk100050)01 (2400Hzfk1100502)01 (2401Hzfk900502)01 (2402圖97 電磁力F(x,，t)在圓周上的分布振型模態(tài) 922 直流及同步電動(dòng)機(jī)的電磁振動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)的主磁極和轉(zhuǎn)子繞組之間作用著半徑方向的

10、電磁力F(x，t)這是振動(dòng)的原因，它可用下式表示：（96）（97）圖97 電磁力F(x,，t)在圓周上的分布振型模態(tài)這個(gè)力F(x，t)在空間上以余弦波cos(ZRx)在圓周上分布，圓周上具有的余弦波數(shù)根據(jù)的值如圖97所示分布。并保持這種分布形狀以槽角速度(ZRr)旋轉(zhuǎn)，形成激振力引起定子振動(dòng)。 定子根據(jù)的值產(chǎn)生伸縮模態(tài)、彎曲模態(tài)、橢圓模態(tài)、三角形模態(tài)而變形。)cos(),(tZxZFtxFrRRRr602 Nr直流電機(jī)主要的激振力與槽頻率 這個(gè)振動(dòng)電磁力F(x，t)在時(shí)間上從式96第二項(xiàng)看，是用cos(ZRrt)表示的余弦波，因此，作為振動(dòng)頻率體現(xiàn)出的成份是下式的槽頻率 。（98）直流電機(jī)主要

11、的激振力為這個(gè) 和其高次諧波。當(dāng)槽數(shù)ZR=75，極對(duì)數(shù)2P=6時(shí)，N=300 rpm時(shí)，=375 Hz；N=1200 rpm時(shí)，=1500 Hzzf60NZfRzzfzfzfzf同步電機(jī)的電磁噪聲和振動(dòng)頻率的特點(diǎn)對(duì)于同步電機(jī)的電磁噪聲和振動(dòng)頻率，它有一個(gè)大的特點(diǎn)，就是與電網(wǎng)頻率成整數(shù)倍的關(guān)系。在同步電機(jī)中，有二類徑向力波引起的振動(dòng)必須注意。其一是二倍電網(wǎng)頻率的振動(dòng)；其二是定、轉(zhuǎn)子諧波磁場(chǎng)相互作用，而產(chǎn)生的徑向力波引起的振動(dòng)。對(duì)于直流電動(dòng)機(jī)的故障特征可以歸納為以下幾條： 如果轉(zhuǎn)頻fr的振動(dòng)很明顯，則有不平衡、軸彎曲等機(jī)械異常。 如果2xfr振動(dòng)明顯，則有不對(duì)中等安裝方面的異常。 槽頻率fz以及邊

12、頻帶fzfr的振動(dòng)明顯，則有包括電路異常的電氣故障的可能。 如fz和fn接近，則設(shè)計(jì)不合理。1.高頻fc成分明顯時(shí)，線圈絕緣磨損或楔松動(dòng)。圖98 電磁振動(dòng)發(fā)生機(jī)理a) 2極電機(jī)定、轉(zhuǎn)子和磁通 b) 定子所受電磁力和旋轉(zhuǎn)力波c) 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)波形 d) 磁拉力變化波形 e) 電磁振動(dòng)的波形93 電動(dòng)機(jī)的故障特征 931 定子異常產(chǎn)生的電磁振動(dòng)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子在定子內(nèi)腔旋轉(zhuǎn)，由于定、轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的相互作用，定子機(jī)座將受到一個(gè)旋轉(zhuǎn)力波的作用，而發(fā)生周期性的變形并產(chǎn)生振動(dòng)。由于定子三相繞組產(chǎn)生的是一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，它在定、轉(zhuǎn)子氣隙中以同步速度n0旋轉(zhuǎn)。若電網(wǎng)頻率為f0，則同步速度n0=60 f0/P。因此，作用在

13、機(jī)座上的磁拉力不是靜止的，而是一個(gè)旋轉(zhuǎn)力，隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)而轉(zhuǎn)動(dòng)，機(jī)座上受力部位是隨磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)而在不斷改變位置。從圖98c)至e)中可以看出，當(dāng)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)回轉(zhuǎn)一周，磁拉力和電磁振動(dòng)卻變化兩次。電機(jī)磁場(chǎng)是以同步速度n0在旋轉(zhuǎn)，則其磁場(chǎng)交變頻率與電網(wǎng)頻率相同，為f0。而其電磁力的頻率和機(jī)座振動(dòng)頻率由圖98b中可以看出，由于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁極產(chǎn)生的電磁拉力是每轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，電磁力交變P次。 因電磁振動(dòng)在空間位置上和旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)是同步的，定子電磁振動(dòng)頻率應(yīng)為旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)頻率(f0P)和電磁力極數(shù)(2P)之乘積2f0，也就是2倍的電源頻率。由此可知，電機(jī)在正常工作時(shí)，機(jī)座上受到一個(gè)頻率為電網(wǎng)頻率2倍的旋轉(zhuǎn)力波的作用，而可能產(chǎn)生

14、振動(dòng)，振動(dòng)大小則和旋轉(zhuǎn)力波大小和機(jī)座剛度直接有關(guān)。定子電磁振動(dòng)異常主要原因及特點(diǎn)定子電磁振動(dòng)異常的主要原因（1）定子三相磁場(chǎng)不對(duì)稱。如電網(wǎng)三相電壓不平衡，因接觸不良造成單相運(yùn)行，定子繞組三相不對(duì)稱等原因，都會(huì)導(dǎo)致定子磁場(chǎng)的不對(duì)稱，而產(chǎn)生異常振動(dòng)。（2）定子鐵心和定子線圈松動(dòng)，將使定子電磁振動(dòng)和電磁噪聲加大，在這種情況下，振動(dòng)頻譜圖中，電磁振動(dòng)除了2f0的基本成份之外，還可以出現(xiàn)4 f0、6 f0、8 f0的諧波成分。（3）電動(dòng)機(jī)座底腳螺釘松動(dòng)，其結(jié)果相當(dāng)于機(jī)座剛度降低，使電動(dòng)機(jī)在接近2f0的頻率的范圍發(fā)生共振，因而使定子振動(dòng)增大，結(jié)果產(chǎn)生異常振動(dòng)。定子電磁振動(dòng)的特征：1）振動(dòng)頻率為電源頻率的2

15、倍；2）切斷電源，電磁振動(dòng)立即消失；3）振動(dòng)可以在定子機(jī)座和軸承上測(cè)得；4）振動(dòng)幅值與機(jī)座剛度和電機(jī)的負(fù)載有關(guān)。 932 氣隙不均勻引起的電磁振動(dòng)氣隙不均勻（或稱氣隙偏心）有兩種情況，一種是由于定子、轉(zhuǎn)子不同心產(chǎn)生的靜態(tài)不均勻；另一種是由于軸彎曲或轉(zhuǎn)子與軸不同心所產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)不均勻。它們都會(huì)引起電磁振動(dòng)，但是振動(dòng)的特征并不完全相同，分述于下。（一）氣隙靜態(tài)不均引起電磁振動(dòng)電動(dòng)機(jī)定子中心與轉(zhuǎn)子軸心不重合時(shí)，定、轉(zhuǎn)子之間氣隙將出現(xiàn)偏心現(xiàn)象，這種氣隙偏心往往固定在某一位置，它不隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)而改變位置。從圖910a)中可以看出，由于通過氣隙最小點(diǎn)A的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)頻率為f0P，這時(shí)不平衡磁拉力將變化2P次，因不

16、平衡磁拉力和電磁振動(dòng)頻率為 。圖910 靜態(tài)、動(dòng)態(tài)偏心的電磁振動(dòng)a) 靜態(tài)偏心 b) 動(dòng)態(tài)偏心 c) 動(dòng)態(tài)偏心電磁力的拍振002/2fPfPf靜態(tài)氣隙偏心產(chǎn)生的電磁振動(dòng)特征是：1）電磁振動(dòng)頻率是電源頻率f0的2倍，即f=2 f0；2）振動(dòng)隨偏心值的增大而增加，與電動(dòng)機(jī)負(fù)荷關(guān)系也是 如此；3）氣隙偏心產(chǎn)生的電磁振動(dòng)與定子異常產(chǎn)生的電磁振動(dòng) 較難區(qū)別。（二）氣隙動(dòng)態(tài)偏心電磁振動(dòng)電動(dòng)機(jī)氣隙的動(dòng)態(tài)偏心是由轉(zhuǎn)軸撓曲、轉(zhuǎn)子鐵心不圓或轉(zhuǎn)子與軸不同心等造成的，偏心的位置對(duì)定子是不固定的，對(duì)轉(zhuǎn)子是固定的，因此，偏心位置隨轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)而同步的移動(dòng)，如圖910b)所示。氣隙動(dòng)態(tài)偏心產(chǎn)生電磁振動(dòng)的特征是：1）轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)頻

17、率和旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)同步轉(zhuǎn)速頻率的電磁振動(dòng)都可能出現(xiàn)。2）電磁振動(dòng)以1(2sf0)周期在脈動(dòng)，因此，在電動(dòng)機(jī)負(fù)載增加，s加大時(shí)，其脈動(dòng)節(jié)拍加快。3）電動(dòng)機(jī)往往發(fā)生與脈動(dòng)節(jié)拍相一致的電磁噪聲。 933 轉(zhuǎn)子導(dǎo)體異常引起的電磁振動(dòng)籠型異步電動(dòng)機(jī)因籠條斷裂，繞線型異步電動(dòng)機(jī)由于轉(zhuǎn)子回路電氣不平衡，都將產(chǎn)生不平衡電磁力，這不平衡電磁力F在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)是隨轉(zhuǎn)子一起轉(zhuǎn)動(dòng)的，其性質(zhì)和轉(zhuǎn)子動(dòng)態(tài)偏心的情況相同，其發(fā)生的機(jī)理如圖911所示。圖911 轉(zhuǎn)子繞組不平衡引起的電磁振動(dòng)a) 發(fā)生振動(dòng)的機(jī)理 b) 電磁振動(dòng)波形轉(zhuǎn)子繞組異常引起的電磁振動(dòng)的特征1）轉(zhuǎn)子繞組異常引起電磁振動(dòng)與轉(zhuǎn)子動(dòng)態(tài)偏心所產(chǎn)生的電磁振動(dòng)的電磁力和振動(dòng)波形

18、相似，現(xiàn)象相似，較難判別。雖然拍頻都是2sf0，但電磁振動(dòng)的高頻部分不同，轉(zhuǎn)子動(dòng)態(tài)偏心的高頻為2f0P，轉(zhuǎn)子繞組異常的高頻為2(1s) f0P。2）電動(dòng)機(jī)負(fù)載增加時(shí)，這種振動(dòng)隨之增加，當(dāng)負(fù)載超過50以上時(shí)較為顯著。3）若對(duì)電動(dòng)機(jī)定子電流波形或振動(dòng)波形作頻譜分析，在頻譜圖中，基頻兩邊出現(xiàn)2sf0的邊頻，根據(jù)邊頻與基頻幅值之間的關(guān)系，可判斷故障的程度。圖912 正常的電流頻譜圖圖913 一根斷條時(shí)電流頻譜圖(滿載)94 電動(dòng)機(jī)故障診斷案例一大電機(jī)燒損原因分析武鋼某廠ZR1軋機(jī)右卷2電機(jī)系日本原產(chǎn)，76年投產(chǎn)使用已服役27年，最后一次修理是2001年由某電機(jī)修理廠完成。2003年2月11日凌晨 3:

19、243:30，該設(shè)備發(fā)生繞組燒壞的突發(fā)事故。電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制系統(tǒng)本身具有過流、接地、失磁等保護(hù)裝置和記錄電流電壓波形的筆式記錄儀，事故發(fā)生時(shí)無報(bào)警、無跳閘動(dòng)作，且電流記錄紙上也未見異常波形，而在試運(yùn)行的振動(dòng)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)上卻有明顯的波形突變。1）振動(dòng)數(shù)據(jù)分析故障發(fā)生前振動(dòng)波形如圖914、圖915所示，從圖上可以看到：振動(dòng)特性曲線劇烈跳動(dòng)，表明電機(jī)的電動(dòng)力矩產(chǎn)生了劇烈的波動(dòng)，這是由轉(zhuǎn)子繞組局部短路所致。圖914 右卷液力偶合器振動(dòng)時(shí)域圖圖915 右卷2電機(jī)振動(dòng)時(shí)域圖2）電量狀況分析根據(jù)直流電機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提供的電壓與勵(lì)磁電流監(jiān)測(cè)結(jié)果，可以得知：1) 電機(jī)電壓幅值41.3V，平均值28V，工作電壓不高，

20、過電壓擊穿的可能性不大。2) 軋第三道時(shí)的線速度為每分鐘200 米左右，不存在機(jī)械轉(zhuǎn)速超高，離心力過大造成的破壞。由圖919可知，激磁電流為35A，也不存在失磁超速的可能性。故障原因分析因此，初步判斷該電機(jī)故障與下列因素有關(guān)： 電機(jī)使用年限較長（27年），絕緣材料老化。 超過額定電流工作的情況時(shí)有發(fā)生，加上武漢地區(qū)夏季環(huán)境溫度高，致使電機(jī)處于較高溫升下工作，加速了絕緣的老化，雖然發(fā)生事故時(shí)不在夏天，但早已留下隱患。 歷史上的檢修施工可能受到外力損傷。 進(jìn)風(fēng)口有可能吸入細(xì)小的金屬物，損壞絕緣。該電機(jī)停機(jī)檢修后發(fā)現(xiàn)，故障點(diǎn)位于轉(zhuǎn)子的非整流子端。雖然電機(jī)的轉(zhuǎn)子、定子都受到不同程度的損壞，但轉(zhuǎn)子要嚴(yán)重

21、得多，短路首先由轉(zhuǎn)子引起，燃起的電弧傷及了定子。從燒損的情況看，繞組元件的端部連接頭套并未燒熔，同時(shí)電樞槽口的絕緣楔條并未燒掉，因此短路點(diǎn)不應(yīng)在線槽之內(nèi)，而應(yīng)在槽口與元件的焊接頭之間的無緯帶下面兩個(gè)迭繞元件上下層交迭處。二 電機(jī)轉(zhuǎn)子斷條故障診斷 圖920 設(shè)備及測(cè)點(diǎn)布置2003年，寶鋼原料皮帶輸送機(jī)的某臺(tái)電機(jī)出現(xiàn)異常聲響，危及寶鋼正常生產(chǎn)的原料供應(yīng)。該電機(jī)為4極鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)，同步轉(zhuǎn)速為1500 rpm，電機(jī)轉(zhuǎn)頻約25Hz。圖921 電機(jī)振動(dòng)頻譜圖922 電機(jī)振動(dòng)時(shí)域波形振動(dòng)波形與頻譜分析現(xiàn)場(chǎng)檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)電機(jī)振動(dòng)在一定范圍內(nèi)波動(dòng)，最大振動(dòng)是徑向方向，振幅為1.7mm/s4.4mm/s?？陕犚娒?/p>

22、顯呈周期性的嗡嗡聲，初步判定該電機(jī)可能存在電氣故障。在對(duì)記錄的頻譜進(jìn)行分析的過程中首先看到的是在頻域信號(hào)中主要以電機(jī)轉(zhuǎn)頻為主振動(dòng)能量及諧頻組成，這是有些類似回轉(zhuǎn)部件間隙不良的典型頻譜(如圖921所示)。但問題似乎沒有如此簡單，在時(shí)域信號(hào)中可發(fā)現(xiàn)有調(diào)制的成分存在，并可以看到明顯的“拍”波存在(如圖922所示)，如果只是單純的間隙不良在時(shí)域信號(hào)中應(yīng)該不會(huì)存在這樣的波形。在圖921電機(jī)振動(dòng)頻譜圖中，可見轉(zhuǎn)頻f0（25Hz）及2f0（50 Hz）、3f0（75 Hz）、4f0（100 Hz）諧頻成分。 細(xì)化頻譜圖從f0、2f0、3f0、4f0為中心的細(xì)化頻譜圖中，看到在這些轉(zhuǎn)頻及諧頻的周圍存在邊頻帶。

23、經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)這些頻率的間隔均為0.18725Hz。 a) 以f0為中心的細(xì)化譜b) 以2f0為中心的細(xì)化譜c) 以3f0為中心的細(xì)化譜d) 以4f0為中心的細(xì)化譜圖923 細(xì)化頻譜圖現(xiàn)在我們解釋一下0.18725Hz頻率的來源。由于該電機(jī)為異步電機(jī)，所以在正常工作時(shí)應(yīng)該存在轉(zhuǎn)差速度，即電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速應(yīng)略低于其同步轉(zhuǎn)速，當(dāng)電機(jī)的負(fù)載越大其轉(zhuǎn)差速度越大。我們?cè)诂F(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)試轉(zhuǎn)速為1488 rpm左右，與電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速相差在12轉(zhuǎn)左右，其所差的頻率應(yīng)該在0.2Hz左右，由于儀器分辨率的限制，我們分析得到的頻率即為該電機(jī)的轉(zhuǎn)差頻率。在圖923中為我們展示了一系列形狀很好的轉(zhuǎn)差頻率通過邊帶，并很明顯地出現(xiàn)在

24、l倍、2倍、3倍和4倍轉(zhuǎn)頻周圍，這些頻譜都預(yù)示了轉(zhuǎn)子的導(dǎo)條裂縫、這些頻譜都預(yù)示了轉(zhuǎn)子的導(dǎo)條裂縫、破碎、短路環(huán)故障或疊層短路破碎、短路環(huán)故障或疊層短路。診斷結(jié)論及建議在這個(gè)案例中可以看到在14倍的轉(zhuǎn)頻中均出現(xiàn)較多的轉(zhuǎn)差頻率，而且電機(jī)的振動(dòng)值波動(dòng)范圍較大在1.7mms4.4mms，上海電機(jī)廠給寶鋼監(jiān)測(cè)振動(dòng)的速度標(biāo)準(zhǔn)值為2.8mms，上述情況說明該電機(jī)已經(jīng)出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的導(dǎo)條故障斷裂。 檢修結(jié)果將電機(jī)送至寶檢公司電修車間進(jìn)行檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)該電機(jī)轉(zhuǎn)子共有14根導(dǎo)條斷裂。證明了判斷的準(zhǔn)確性。三 同步電動(dòng)機(jī)振動(dòng)診斷某軋鋼廠一變流機(jī)組，同步電動(dòng)機(jī)功率1250kW、8極、750rmin，電網(wǎng)頻率50Hz，其負(fù)荷為

25、一直流發(fā)電機(jī)，功率為1050kW。該機(jī)組投產(chǎn)后，同步電動(dòng)機(jī)軸承振動(dòng)一直較大，幾次檢修沒有找到原因，未見效果，決定對(duì)其進(jìn)行一次振動(dòng)診斷。圖924 同步電動(dòng)機(jī)組振動(dòng)診斷a) 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試布置 b) 振動(dòng)分析框圖現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)振動(dòng)值較大的部位是1#軸承水平徑向振動(dòng)，2#軸承三個(gè)方向的振動(dòng)。其余各測(cè)量點(diǎn)的振動(dòng)值均較小，小于1.6 mms。測(cè)得各點(diǎn)的振動(dòng)速度如下：測(cè)點(diǎn)2：1#軸承水平徑向4.0 mms。測(cè)點(diǎn)4：2#軸承垂直方向6.5 mms。測(cè)點(diǎn)5：2#軸承水平徑向4.2 mms。測(cè)點(diǎn)6：2#軸承軸向 11.5 mms。(已超過允許標(biāo)準(zhǔn)11.2 mms)其余測(cè)點(diǎn)：1.6 mms三維轉(zhuǎn)速譜分析

26、圖925是測(cè)點(diǎn)6的轉(zhuǎn)速譜圖，從圖中第一條曲線可以看出，當(dāng)轉(zhuǎn)速750 rmin時(shí)，由于未切斷電源，有交變電磁場(chǎng)存在，50Hz（即4倍旋頻率4fr）處振動(dòng)幅值最大，達(dá)8.93mms，斷電后，此分量幅值衰減很快，當(dāng)轉(zhuǎn)速降至645 rmin時(shí)(4fr =43 Hz)，其幅度已降到了0.25 mms，可以說明該頻率分量的振動(dòng)是電磁原因引起的。圖925 測(cè)點(diǎn)6（軸向）轉(zhuǎn)速譜診斷結(jié)論1）同步電動(dòng)機(jī)振動(dòng)主要是電氣原因引起的，其表現(xiàn)為軸向 四倍頻率和水平徑向2倍頻振動(dòng)較大，而在切斷電源后， 很快消失。應(yīng)檢查定子繞組是否對(duì)稱，磁極繞組是否存 在匝間短路，氣隙是否均勻。2）轉(zhuǎn)子存在較大的不平衡，具有較大的旋轉(zhuǎn)頻率成

27、分，應(yīng) 作一次動(dòng)平衡校正。3）同步電動(dòng)機(jī)的振動(dòng)是由自身的機(jī)械不平衡和電磁原因激 振引起的，與負(fù)載直流發(fā)電機(jī)沒有關(guān)系。四 立式電動(dòng)機(jī)振動(dòng)診斷一臺(tái)驅(qū)動(dòng)水泵用立式230kW、12極異步電動(dòng)機(jī)、轉(zhuǎn)速585rmin，電網(wǎng)頻率50Hz。電動(dòng)機(jī)與水泵采用延伸軸連接，中間用一個(gè)彈簧聯(lián)軸節(jié)，可以軸向伸縮，電動(dòng)機(jī)與水泵的布置如圖927a)所示。圖927 立式電動(dòng)機(jī)的振動(dòng)診斷a) 電動(dòng)機(jī)與水泵的布置 b) 振動(dòng)規(guī)律 c) 水平方向三維譜圖振動(dòng)分析1振動(dòng)的征狀和規(guī)律電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)后，振動(dòng)很小，但隨著運(yùn)行時(shí)間的延長，電動(dòng)機(jī)上部軸承的水平方向振動(dòng)逐步增加，其幅值是不穩(wěn)定的，但在一個(gè)范圍內(nèi)擺動(dòng)，經(jīng)過一段時(shí)間后，振動(dòng)就突然變得

28、很小，但隨著運(yùn)行時(shí)間加長，振動(dòng)又逐步增加，其振動(dòng)的規(guī)律性如圖927b)所示。2診斷檢測(cè)內(nèi)容 1）測(cè)量電動(dòng)機(jī)軸承振動(dòng)的幅值和頻率成分。 2）測(cè)量電動(dòng)機(jī)固有振動(dòng)頻率。 3）作出電動(dòng)機(jī)運(yùn)行過程的三維頻譜圖。3診斷過程1）用錘擊法激勵(lì)電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)軸，通過自由衰減振動(dòng)的檢測(cè)，測(cè)得電動(dòng)機(jī)軸系固有頻率為13.7Hz。 2）運(yùn)行時(shí)監(jiān)測(cè)電動(dòng)機(jī)的振動(dòng)，并進(jìn)行FFT分析，作出以時(shí)間為Z軸的三維譜圖，如圖927c)所示。4診斷結(jié)論1）從振動(dòng)頻譜圖中可以看出，振動(dòng)頻譜的各頻率成分都是離散譜線，除了最主要的13.7Hz固有頻率外，還出現(xiàn)了回轉(zhuǎn)頻率的整數(shù)倍（m=1、2、3）的成分，其中較大韻是接近13.7Hz的14.8Hz成

29、分；它是回轉(zhuǎn)頻率的l.5倍，因此可以確定振動(dòng)是共振引起的。2）運(yùn)行中負(fù)荷及其他條件不變，軸承振動(dòng)情況都經(jīng)常變化，應(yīng)考慮這是軸承的非線性振動(dòng)，這往往是軸承負(fù)荷變化或潤滑不良所可能產(chǎn)生的。3）延伸軸的彈簧聯(lián)軸節(jié)，在正常時(shí)，應(yīng)能使延伸軸靈活的伸縮，但當(dāng)潤滑不良時(shí)，它的伸縮就變得很不靈活，在電動(dòng)機(jī)和泵的軸承上產(chǎn)生一個(gè)軸向力，這軸向力使電動(dòng)機(jī)下端承擔(dān)推力的軸承推力負(fù)荷逐漸減少，非線振動(dòng)就產(chǎn)生，并引起了共振。由于上部軸承離固定端較遠(yuǎn)，共振的幅值就最大。4）進(jìn)行處理。打開彈簧聯(lián)軸節(jié)，清洗并重加潤滑脂。重新起動(dòng)后，振動(dòng)消失。五電動(dòng)機(jī)異常振動(dòng)的診斷診斷對(duì)象是一臺(tái)驅(qū)動(dòng)離心式壓縮機(jī)的異步電動(dòng)機(jī)，容量3400kw，2極，轉(zhuǎn)速2970rmin，電源頻率為50Hz，結(jié)構(gòu)上采用整體底板、座式滑動(dòng)軸承。簡