異步電機故障診斷和治療方式簡介

1、異步電機故障診斷和治療方式簡介第一節(jié) 感應電機故障診斷研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢感應電機故障診斷技術(shù)主要分為基于模型、基于信號分析兩種類型?；谀Ｐ偷墓收显\斷方法需要精確的感應電機模型，但對非線性、強耦合、多變量的感應電機來說，建立精確的數(shù)學模型并非易事，而且在運行中，感應電機的很多物理量都會發(fā)生一定的變化?；谛盘柗治龅墓收显\斷方法是通過一定的信號處理技術(shù)從信號中提出故障特征，然后通過模式識別來判斷是否存在故障、故障類型和故障嚴重程度。基于信號分析的感應電機故障診斷理論和方法的研究現(xiàn)狀發(fā)展趨勢有如下。一、感應電機故障類別 感應電機故障根據(jù)電機的主要組成部分分為：定子部分故障，轉(zhuǎn)子部分故障，軸承故障和

2、氣隙偏心等故障。 軸承是感應電機最容易發(fā)生故障的部分，占感應電機故障總數(shù)的百分之41。感應電機軸承故障主要是由于過載、潤滑不良、安裝不正、軸電流以及異物進入等原因引起的軸承磨損，表面剝落、腐蝕甚至碎裂等。軸承故障能在機械振動信號和其他傳感器信號（如電流）中產(chǎn)生特征頻率部分，對這些信號進行分析能確定軸承故障。 幾乎40%的感應電機故障都屬于定子故障，主要是由線圈中相鄰繞組間絕緣故障引起，即匝間短路。由此產(chǎn)生的感應電流導致過熱和氣隙磁場不平衡。如果不及時檢測，局部過熱將導致更大的定子絕緣損害，甚至造成災難。 大約有10%的感應電機故障屬于轉(zhuǎn)子故障。一般的電機機械故障為轉(zhuǎn)子斷條或端環(huán)斷裂，這些將使電

3、機在運行過程中發(fā)熱，使導條和端環(huán)受到循環(huán)熱應力和變形，導致故障進一步擴大。轉(zhuǎn)子偏心將在定子中產(chǎn)生不均衡的氣隙，引起軸承故障和機械故障。 二、故障信號選擇 電機是高度對稱的，各種形式的故障都影響他的對稱性。這導致定子、轉(zhuǎn)子之間的磁通產(chǎn)生相應的改變，從而改變定子電流、電壓、磁場和機械振動。通過對這些信號的分析，能對感應電機的健康狀態(tài)進行分析并判斷故障的嚴重程度（如表1）。如通過電流信號能識別感應電機所有故障，振動信號分析能識別轉(zhuǎn)子故障、軸承以及氣隙偏心等故障，而軸磁通則能識別除軸承意外的其他故障，與之相反，潤滑油則只能識別軸承故障。檢測機械振動信號是一種傳統(tǒng)的技術(shù)，在機械故障診斷方面有著廣泛的應用

4、。通常在旋軸上安裝一個壓電傳感器，由于其產(chǎn)生的電壓信號正比于加速度，因此它能很好地反應旋轉(zhuǎn)機械的振動信息。但加速度傳感器存在價格昂貴、安裝不便以及可靠性較差的缺點。定子電流信號是另一種常用的分析信號，通常用霍爾電流探測針來測量，相對機械振動信號，它具有安裝簡單、價格便宜、非侵入式以及與電機控制系統(tǒng)共享電流信號的特點，已成為感應電機故障診斷信號分析的熱點。此外，電磁轉(zhuǎn)矩、Park矢量、軸向磁通、潤滑油以及溫度等物坦量，也可用于故障診斷。 三、信號處理技術(shù) 信號處理技術(shù)就是處理檢測到的信號，以產(chǎn)生和呈現(xiàn)故障和不明故障相關(guān)的特征值或參數(shù)（如與故障相關(guān)的頻率組成部分）。 1 時域分析 常用的時域特征提

5、取方法，如時間序列模型法，它通過對信號進行分析，建立它的時間序列模型，模型的參數(shù)既能反映系統(tǒng)固有的特性，又反映系統(tǒng)在外界作用下的輸出特性。其中常見的模型有AR模型、ARMA模型。2 頻域分析 傅里葉變換將信號由時域轉(zhuǎn)換到頻域，使時域內(nèi)很難觀測到的現(xiàn)象和規(guī)律，在頻域內(nèi)能得到較好的反映。采用傅里葉變換的頻率分析是常用的感應電機故障信號處理方法。但由于傅里葉變換是完全在頻域展開，沒有包含時域信息，其積分平滑了信號中突變的非平穩(wěn)部分，在處理時變（非平穩(wěn)）的感應電機故障信號時，無法獲知突變時刻故障信號的頻率部分。3 時頻分析方法 常用頻率分析方法中的傅里葉轉(zhuǎn)換是假設頻譜在采樣時間內(nèi)不變。由于感應電機負載

6、擾動、電源電壓交化等，感應電機故障信號是非平穩(wěn)信號。顯然，單純采用傅里葉變換無法達到良好的效果。 時一頻技術(shù)可分為線性和非線性時頻表示兩種，線性的主要有短時傅立葉變換、小波變換，非線性的主要有Wigner-Ville分布等。 4 高階統(tǒng)計 有些文獻中采用功率譜分析，它是二階統(tǒng)計量分析，給出信號不同頻率成分下的能量分布情況，當感應電機出現(xiàn)故障時，頻譜能量分布會有所改變。但是功率譜分析不包含頻率成分間的相位信息，無法處理非最小相位系統(tǒng)和非高斯信號。有的文獻對感應電機的振動信號進行雙譜分析，提取故障特征信息，還有文獻則提出兩種基于HOS的非參數(shù)相位分析方法和參數(shù)線性和非線性模型方法，對感應電機的故障

7、進行診斷，取得較好的效果。高階統(tǒng)計方法具有對Gaussian分布測量噪聲不敏感的優(yōu)良品質(zhì)。四、故障狀態(tài)識別方法 故障診斷的關(guān)鍵步驟是根據(jù)提取的特征或故障參數(shù)，來決定是否存在故障、故障類別以及故障嚴重程度。一個可靠的故障診斷和分類策略離不開大量的“健康”和故障狀態(tài)的參考數(shù)據(jù)。故障診斷的精確性往往受剄參考數(shù)據(jù)的大小、長度以及數(shù)量的限制。 目前，用于故障診斷的狀態(tài)識別方法主要有基于統(tǒng)計模式識別方法和人工神經(jīng)網(wǎng)絡方法。五、發(fā)展趨勢1 多傳感器數(shù)據(jù)融合 目前，大部分研究都采用單一信號處理技術(shù)來做故障診斷，但由于感應電機本身的復雜性和惡劣的運行環(huán)境，信號難免會受到電源電壓波動和負載擾動的影響。因此，探討從

8、多傳感器中提取綜合信號并處理能提高故障診斷的精確性。2 混合故障診斷 對感應電機的幾種基本故障，都能從相關(guān)文獻中找到他們的特征頻率，如定子繞組匝間短路、轉(zhuǎn)子斷條以及軸承故障等。但當感應電機存在多種故障時，則可能相互依賴以及故障特征值相互影響從而增加故障復雜性。因此，如何研究多類型故障的診斷是未來發(fā)展的熱點問題。3 基于交流調(diào)速、負載擾動的故障診斷 目前，有關(guān)感應電機的故障診斷主要集中在空載狀態(tài)下的故障診斷。但隨著交流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，感應電機已成為工業(yè)中主要的能量轉(zhuǎn)換設備。因此，研究基于交流調(diào)速的感應電機故障診斷的現(xiàn)實意義十分明顯。但交流調(diào)速系統(tǒng)的感應電機故障診斷卻遠比單個感應電機復雜，其主要的

9、原因在于逆變器的開關(guān)頻率噪聲對故障診斷系統(tǒng)的影響。負載擾動的情況下，故障特征信息受到影響，如何消除故障信息中的影響，是值得研究的問題。4 先進故障診斷方法的引入和融合 隨著信號處理技術(shù)、計算機技術(shù)以及人工智能的發(fā)展，許多先進的技術(shù)都被引入到感應電機故障診斷中。但許多先進技術(shù)和理論并沒完全成熟，如何進一步提高這些方法的有效性尚待進一步研究，如何融合先進方法，充分發(fā)揮各自優(yōu)點，也是故障診斷技術(shù)發(fā)展的方向之一。 六、結(jié)語 感應電機的故障診斷的研究和發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義。常見的故障診斷系統(tǒng)主要包括信號提取、信號處理以及故障狀態(tài)識別三個部分。第二節(jié) 感應電動機常見故障及處理一、電動機溫升過高的原因及處

10、理（1）電動機長期過載。電動機過載時流過各繞組的電流超過了額定電流，會導致電動機過熱。若不及時調(diào)整負載，會使繞組絕緣性能變差，最終造成繞組短路或接地，使電動機不能正常工作。 （2）未按規(guī)定運行。電動機必須按規(guī)定運行，例如，“短時”和“斷續(xù)”的電動機不能長期運行，因其繞組線徑及額定電流均比長期運行電動機小。（3）電樞繞組短路。可用短路偵察器檢查，若短路點在繞組外部，可進行包扎絕緣；若短路點在繞組內(nèi)部，原則上要拆除重繞。（4）主極繞組斷路?？捎脵z驗燈檢查繞組，若斷路點在繞組外部，可重新接好并包扎絕緣；若斷路點在繞組內(nèi)部，則應拆除重繞。 （5）電網(wǎng)電壓太低或線路壓降太大（超過10%）。如電動機主回路

11、某處有接觸不良或電網(wǎng)電壓太低等造成電動機電磁轉(zhuǎn)矩大大下降，使得電機過載。檢查主回路消除接觸不良現(xiàn)象或調(diào)整電網(wǎng)電壓。（6）通風量不夠。如鼓風機的風量、風速不足，電動機內(nèi)部的熱量就無法排出而過熱，應更換適當?shù)耐L設備（7）斜葉風扇的旋轉(zhuǎn)方向不當與電動機不配合。此時應調(diào)整斜葉風扇使其與電動機相配全。從理論上講電動機均可正反轉(zhuǎn)，但有些電動機的風扇有方向性，如反了，溫升會超出許多。（8）電樞鐵心絕緣損壞。此時應重新更換絕緣。（9）風道阻塞。此時應用毛刷將風道清理干凈 二、三相異步電動機運行中的故障及主要原因 1）機械故障（1）軸承的過熱?？赡苁怯捎跐櫥蛔慊蜻^多，轉(zhuǎn)軸彎斜，轉(zhuǎn)軸磨擦過大，潤滑脂內(nèi)有雜質(zhì)

12、及外來物品以及鋼珠損壞等所引起。（2）電動機的振動。機組的軸線沒有對準，電動機在底板上的位置不正，轉(zhuǎn)軸彎曲或軸頸振動，聯(lián)軸器配合不良，轉(zhuǎn)子皮帶盤及聯(lián)軸器平衡不良，鼠籠轉(zhuǎn)子導條或短路環(huán)斷路，轉(zhuǎn)子鐵心振動，底板不均勻的下沉，底板剛度不夠，底板的振動周期與電動機（機組）的振動周期相同或接近，皮帶輪粗糙或皮帶輪裝置不正，轉(zhuǎn)動機構(gòu)工作不良及有碰撞現(xiàn)象等引起。（3）轉(zhuǎn)子偏心?？赡苁怯捎谳S襯松掉，軸承位移，轉(zhuǎn)子及定子鐵心變形，轉(zhuǎn)軸彎曲及轉(zhuǎn)子平衡不良等引起 2）電氣的故障（1）起動時的故障。由于接線錯誤、線路斷路、工作電壓不對、負載力矩過高或靜力矩過大、起動設備有故障等所引起。（2）過熱的原因。由于線路電壓高

13、于或低于額定值、過負荷、冷卻空氣量不足、冷卻空氣溫度過高、匝間短路及電機不清潔等所引起。（3）絕緣損壞?？赡苁怯捎诠ぷ麟妷哼^高，酸性、堿性、氯氣等腐蝕性氣體的損壞、太臟、過熱，機械碰傷、濕度過高，在溫度低于0下保存和水分侵入等所引起。（4）絕緣電阻低的原因。由于不清潔、濕度太大，因溫度變化過大、以至表面凝結(jié)水滴，絕緣磨損和老化等所引起。 三、運行中的電動機會有哪些異常現(xiàn)象？如何處理 （1）異聲處于正常狀態(tài)的電動機，在距離稍遠地方聽起來是一種均勻而單調(diào)的聲音，并帶一點排風聲，靠近電機后，特別是用螺絲刀頂住電機各部位時，就可以清楚聽到風扇排風聲、軸承滾動聲、微微振動聲，其聲音同樣使人感到單調(diào)而均勻

14、，如果在這種單調(diào)而均勻的聲音中夾雜著一種不正常聲響，此既為異聲。（2）氣味電動機運行時，如聞到電動機發(fā)出焦灼氣味，說明電動機已有故障，應立即采取措施。（3）電流、溫度異常電動機工作電流不應該超過其銘牌規(guī)定，三相電流不平衡不應超過10%；各部位溫升在允許范圍內(nèi)（軸承A級60，E級55）。否則應視情況采取必要措施。（4）電壓異常電動機正常運行時，三相電壓同時升降，變動在353V406V之間。若三相電壓升高不相等，說明出現(xiàn)故障應檢查處理。四、電動機外殼帶電的原因及排除 （1）電動機繞組的引出線或電源線絕緣損壞在接線盒處碰殼，使外殼帶電。應對引出線或電源線的絕緣進行處理。（2）電動機繞組絕緣嚴重老化或

15、受潮，使鐵心或外殼帶電。對絕緣老化的電動機應更換繞組；對電動機受潮的應進行干燥處理。（3）錯將電源相線當作接地線接至外殼，使外殼直接帶有相電壓。應找出錯接的相線，按正確接線改正即可。（4）線路中出現(xiàn)接線錯誤，如在中性點接地的三相四線制低壓系統(tǒng)中，有個別設備接地而不接零。當這個接地而不接零的設備發(fā)生碰殼時，不但碰殼設備的外殼有對地電壓，而且所有與零線相連接的其他設備外殼都會帶電，并帶有危險的相電壓。應找出接地而不接零的設備，重新接零，并處理設備的碰殼故障。（5）接地電阻不合格或接地線斷路。應測量接地電阻，接地線必須良好，接地可靠。（6）接線板有污垢。應清理接線板。（7）接地不良或接地電阻太大。找

16、出接地不良的原因，采取相應措施予以解決 五、電動機不能起動或帶負載時轉(zhuǎn)速低于額定轉(zhuǎn)速的原因及處理（1）熔斷器熔斷，有一相不通或電源電壓過低。檢查電源電壓及開關(guān)、熔斷器工作情況。（2）定子繞組中或外電路有一相斷開。從電源逐點檢查，發(fā)現(xiàn)斷線并接通。（3）繞線式電機轉(zhuǎn)子繞組電路不通或接觸不良。消除斷點。（4）鼠籠式轉(zhuǎn)子籠條斷裂。修復斷條。（5）形連接的電機引線接成丫形。改正接線。（6）負載過大或傳動機械卡住。減小負載或更換電機，檢查傳動機械，消除故障。（7）定子繞組有短路或接地。消除短路、接地處。六、電動機過熱或冒煙的原因及處理 （1）電源電壓過高或過低。調(diào)節(jié)電源電壓，換粗導線。（2）檢修時燒傷鐵心

17、。檢修鐵心，排除故障。（3）定子與轉(zhuǎn)子相檫。調(diào)節(jié)氣隙或車轉(zhuǎn)子。（4）電動機過載或起動頻繁。減載，按規(guī)定次數(shù)起動。（5）斷相運行。檢查熔斷器、開關(guān)和電動機繞組，排除故障。（6）鼠籠式轉(zhuǎn)子開焊或斷條。檢查轉(zhuǎn)子開焊處，進行補焊或更換銅條，鑄鋁轉(zhuǎn)子要更換轉(zhuǎn)子或改用銅條。（7）繞組相間、匝間短路或繞組內(nèi)部接錯，或繞組接地。查出定子繞組故障或接地處，予以修復。（8）通風不暢或環(huán)境溫度過高。修理或更換風扇，清除風道或通風口，隔離熱源或改善運行環(huán)境 七電機有不正常的振動和聲響（1）轉(zhuǎn)子、風扇不平衡。校正轉(zhuǎn)子動平衡，檢修風扇。（2）軸承間隙過大，軸彎曲。檢修和更換軸承，校直軸。（3）氣隙不均勻。調(diào)整氣隙使之均勻

18、。（4）鐵心變形或松動。校正鐵心，重疊或緊固鐵心。（5）聯(lián)軸器或皮帶輪安裝不合格。重新校正，必要時檢修聯(lián)軸器或皮帶輪。（6）鼠籠式轉(zhuǎn)子開焊或斷條。進行補焊或更換籠條。（7）定子繞組故障。查出故障，進行修理。（8）機殼或基礎強度不夠，地腳螺栓松動。加固、緊固地腳螺栓。（9）定、轉(zhuǎn)子相檫。硅鋼片有突出的要銼去，軸承損壞要更換。（10）風扇碰風罩，風道堵塞。檢修風扇及風罩使之配合正確，清理通風道。（11）重繞時每相匝數(shù)不等。重新繞制，使各相匝數(shù)相等。（12）缺相運轉(zhuǎn)。修復線路、繞組的斷線和接觸不良處或更換熔絲。 八電動機電刷冒火，滑環(huán)過熱或燒壞的原因及處理（1）電刷的牌號或尺寸不符。更換電刷。（2）

19、電刷壓力過大或不足。調(diào)整電刷壓力。（3）電刷與滑環(huán)接觸面不夠。打磨電刷。（4）滑環(huán)表面不平或不清潔。修理滑環(huán)和清除污垢。（5）電刷在刷握內(nèi)卡住。檢查排除 九電動機三相電流不平衡的原因及處理（1）三相電源電壓不平衡。檢查三相電源電壓。（2）定子繞組匝間短路。檢查定子繞組，消除短路。（3）重換定子繞組后，部分線圈匝數(shù)有錯誤。嚴重時，測出有錯的線圈并更換。（4）重換定子繞組后，部分線圈接線錯誤。校正接線。十電動機絕緣電阻降低的原因及處理（1）電動機內(nèi)受潮。進行烘干處理。（2）繞組上灰塵污垢太多。清除灰塵、油污垢，并浸漆處理。（3）引出線和接線盒接頭的絕緣損壞。重新包扎引出線絕緣。（4）電動機過熱后絕

20、緣老化。小容量電動機可重新浸漆處理。 十一軸承過熱的原因及處理（1）軸承損壞。更換軸承。（2）潤滑油脂過多或過少，油質(zhì)不好，有雜質(zhì)。檢查油量：應為軸承容積的1/32/3為宜，更換合格的潤滑油。（3）軸承與軸頸或端蓋配合過緊或過松。過緊應車磨軸頸或端蓋內(nèi)孔，過松可用粘合劑或低溫鍍鐵處理。（4）軸承蓋內(nèi)孔偏心，與軸相檫。修理軸承蓋，使之與軸的間隙合適且均勻。（5）端蓋或軸承蓋未裝平。重新裝配。（6）電動機與負載間的聯(lián)軸器未校正，或皮帶過緊。重新校正聯(lián)軸器，調(diào)整皮帶張力。（7）軸承間隙過大或過小。更換新軸承。（8）軸彎曲。校直轉(zhuǎn)軸或更換轉(zhuǎn)子。十二如何檢修電動機繞組斷路故障若斷路點在鐵心槽外，又是單股

21、線斷開，可以重新焊好并處理好絕緣。若是兩股以上的導線斷開，則要仔細查找線頭、線尾，否則容易造成人為短路。若斷路是過橋線或引出線焊接不良，可套上套管，重新焊好。若斷路點在鐵心槽內(nèi)，只好用穿繞法更換故障繞組。若繞組斷路嚴重，必須更換整個繞組。若電動機有急用，也可象電動機短路的應急檢修一樣，用跳接法將故障繞組首尾短接，供暫時使用。 第三節(jié) 籠型異步電機故障 定子鐵芯故障鐵芯短路、振動繞組絕緣故障老化、磨損、過熱、受潮、污染、電暈轉(zhuǎn)子故障轉(zhuǎn)子氣隙偏心、籠條斷裂（斷條）、端環(huán)開裂常見故障轉(zhuǎn)子偏心、斷條、端環(huán)開裂和繞組過熱（匝間短路） 一、 轉(zhuǎn)子斷條和端環(huán)開裂故障 電機起動時，轉(zhuǎn)子繞組內(nèi)短時間流過很大電流，定子繞組電流可達（57）In轉(zhuǎn)子導條承受沖擊電動力、熱應力、離心應力 起動、運行、停轉(zhuǎn)過程中的循環(huán)熱應力和變形作用 由于負載變化和電壓波動時，籠條又要受到交變負荷的作用，容易產(chǎn)生疲勞轉(zhuǎn)子繞組鑄造質(zhì)量、導條與端環(huán)的材質(zhì)和焊接質(zhì)量存在問題故障現(xiàn)象起動時間延長、