精密診斷技術在判斷csp擺剪電機故障上的應用

陳 立

武鋼有限檢修中心 湖北 武漢 430080

1 電機故障

電機故障集機械和電氣于一體,在故障特征的表現上呈多樣性,既有機械故障的一般特征,也有電氣、磁場等故障特征。長期以來人們通過大量的故障診斷結果分析發現,電機故障原因多為：軸承故障和電氣故障。因此,要正確判斷一臺電機出現故障的原因,就要準確檢測出電機軸承、電氣的狀態,以便及時、準確地排除。現就如何準確檢測電機機械故障和電氣故障加以探討。

2 電機機械故障及其特征頻率

電機與其他旋轉機械一樣,可能產生不平衡、不對中、機械松動、軸承故障及共振等問,下面我們看下電機機械故障產生的原因及其特征頻率。

2.1 電機轉子不平衡及其特征頻率 電機轉子不平衡時,它的波形圖為正弦波,軸心軌跡為圓或橢圓,振動頻率以電機的1倍的轉頻為主,振動方向以水平和垂直振動為主,振幅隨轉速升高而增大。

2.2 電機軸系不對中 (1)不對中主要是相互耦合的一對軸的中心線不重合,不對中又主要分為平行不對中和角度不對中。一般判斷不對中的原則主要根據轉速的變化觀察2倍轉頻的變化情況。

(2)角度不對中的特征頻譜：1倍轉頻的軸向振動大,2倍轉頻的軸向振動與1倍轉頻的軸向振動一樣或者更大。

(3)平行不對中的特征頻譜：1倍轉頻的徑向振動大,2倍轉頻的徑向振動與1倍轉頻的徑向振動一樣或者更大。

從上可以看出不對中主要是以振動頻率的1倍頻和2倍頻為主。

2.3 松動故障及其特征頻譜 在電機故障中存在兩種類型的故障松動現象,即旋轉松動和非旋轉松動。

(1)旋轉松動經常是由軸承磨損造成的,當由旋轉松動的特征時,頻譜圖上會顯示出很強的1倍轉頻及其倍頻,大多數情況下,垂直方向的振動大于水平方向的振動。

(2)非旋轉松動主要為結構松動,即地腳、螺栓、加固面松動等情況。其特征頻譜一樣會顯示出1倍轉頻及其高倍的諧波。

松動既可能導致機器的其它故障也可能因其它故障所引起,機械部件的磨損變形、軸系的不對中、不平衡等與松動相互影響。因松動引發的振動多為中低頻振動,一般在1000 Hz以下,振動頻率通常為轉頻或轉頻的分數諧波及高次諧波。

3 電機機電氣障及其特征頻率

常見的電機電氣故障有3大類型,即定子繞組故障,轉子繞組故障和氣隙偏心故障。

各種電機故障的振動頻譜特征：

(1)電動機轉子與定子之間氣隙變化故障 振動頻譜特征：出現明顯的兩倍電源頻率2f L,并伴隨電機極通過頻率f P邊帶,說明電動機轉子與定子之間氣隙在變化

(2)定子偏心或定子絕緣層短路故障 振動頻譜特征：2f L頻率分量非常突出。可用三種方法來區分是機械松動或不對中引起的機械故障激振頻率還是電氣故障激振頻率：①時間同步平均譜,②細化譜分析,③斷電試驗。

(3)轉子條松動故障 振動頻譜特征：轉子條通過頻率的二次諧波頻率,幅值增大十分明顯,而1倍通過頻率并不會很大,同時其兩倍電源頻率的邊帶幅值也明顯增大,說明該電動機轉子條松動。

(4)電動機相位故障(接頭松動)振動頻譜特征：產生兩倍電源頻率的過大的振動幅值,并且2f L兩側伴有1/3電源頻率(f L/3)的邊帶。

4 應用實列

對某廠擺剪電機進行了前后2個測點測試。測試數據如下表

從測試數據看出電機的水平振幅最大。測試頻譜圖如下：

測點路徑：電機非負荷端H

采樣頻率：2560赫茲

頻譜

測點路徑：電機負荷端H

采樣頻率：2560赫茲

頻譜

測點路徑：電機非負荷端A

采樣頻率：2560赫茲

頻譜

診斷結論

從上面圖譜中看出,擺剪電機的負荷端主要頻率為電機轉頻(25 Hz)的1倍頻及其倍頻,非負荷端主要特征頻率為電機轉頻的2倍頻(50hz)及其諧波,對照特征頻譜圖,可以發現該電機存在明顯的不對中及松動現象。由于測試的頻譜圖存在100hz的特征頻率,與該電機的電源頻率的2倍頻相等。不對中及松動現象到底是由機械故障引起還是電氣故障引起的呢,我們對該電機做了斷電實驗。

在電機旋轉過程中,突然斷掉電源,并監測了電機斷電到停轉這一段時間的振動狀況,我們發現,斷電后電機的異響聲并沒有馬上消失,電機的振動幅值隨著轉速的降低而逐漸變小,可見該故障原因是由機械故障造成,而非電氣故障。在對電機對中調整及軸承修復后,測試數據如下：

5 結論與展望

隨著工業化生產自動化程度越來越高,電機故障造成的損失越來越大,因此加強對電機狀態的監測及故障診斷技術具有十分重要的意義。本文簡單討論了用精密診斷技術快速對電機故障進行診斷,如何區分電氣故障及機械故障。但是還有很多工作有待深入研究,比如氣隙偏心的更有效的診斷方法,用電流頻譜故障分析診斷法,做好更快更準確的判斷電機故障。