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1、机器振动特征分析（4）,交流感应电动机故障,电动机故障,MCSA电动机电流分析，是振动分析的强有力的支持技术。不仅可证实存在故障，还可评定故障的严重程度。振动分析和电流分析技术组合起来还可指出故障的原因。有效的专家诊断软件。在电流分析或振动分析评定电动机故障时，纯的机械故障可能使电动机“呈现”为有明显的电气故障问题(例如，严重不对中的轴可在电流分析中产生转子与定子之间变化的气隙的效果)。因此，这些试验指出存在电气故障问题时，在把电动机送出去之前，应该首先进行详细的振动分析，检查是否存在机械故障问题，以免本来不必要的电气修理。首先应修正这些机械故障问题(不平衡，不对中，轴弯曲等)。然后，重新进行
2、电动机电流分析和振动分析，评定在解决了机械问题后电动机的电气状态。,感应电动机振动分析,用振动分析可以检测的某些故障问题包括：1定子偏心，短路的铁芯片和松动的铁芯；2转子偏心(可变的气隙)；3转子故障(断的或裂的转子条或短路环，短路的转子铁芯片，松动的转子条等)；4转子的不均匀的局部受热造成的转子热弯曲；5由于松动的或断开的接头造成的电气相位问题；6同步电机的故障；7直流电动机的故障；8扭转脉冲故障。,交流感应电动机及其定子、转子、转子条、气隙和磁场示意图,感应电动机振动分析,包括转子条、短路环和转子铁芯片的转子立体图,电气故障检测的一些问题,如果怀疑电气故障，应该在电动机满负荷下进行测试 电
3、磁力与定子电流的平方成正比 有电气故障的电动机，往往在单独”运转(与被驱的机器不连接)，或者机器处于空载运转时，不产生故障的振动特征信号。机器承载时，便出现明确的症兆，尤其处在或接近100负荷时 大部分电气故障在2X工频(同步频率)处振动值高100Hz,电气故障检测的一些问题,转子与定子之间不均匀的气隙,为什么是两倍工频?而不是电源工频?在定子磁场3000rpm一转过程中，朝向最靠近的极的磁拉力，从零上升到最大在偏心转子中发生两次。磁场以3000rpm旋转，磁拉力在每分种内达到最大6000次(或6000rpm)。,另一种解释是：转子的靠近侧首先北极吸引，然后被南极吸引，力将以2X磁场相对于偏心
4、的频率变化。因此，当转子与定子不同心时(或者由于偏心的转子或者由于偏心的定子)，它总是将影响6000rpm的振动。,电气故障检测的一些问题,静止的和旋转的气隙的变化,图表示间隙本身保持在同一角向位置的静止的气隙问题与由偏心转子引起的旋转的气隙问题之间的差别。,电气故障检测的一些问题,FL=电源频率(FL=50赫兹)Ns=120FLP 式中：Ns=无滑差的同步转速(转分)P=极的数目Fs=Ns-RPM 式中：Fs=滑差频率(转分)Fp=极数*滑差频率 式中：Fp=极通过频率:存在电气故障问题的一个关键边带频率,电气故障检测的一些问题,各种极数的同步转速(转分)极数 同步转速 2 3000 4 1
5、500 6 1000 8 750 10 600 12 500RBPF=转子条数 X 转速 RBPF(转子条通过频率)气隙=转子与定子之间的间隙磁中心=转子磁场和定子磁场相平衡及转子被驱动的点,电气故障检测的一些问题,注意:在2FL处的较高振动3.40mm/s。必须采用非常高的频率分辩率，以将2FL与电动机转速频率的谐波频率分离开来 对于所选择的大多数频率范围，在2X转速频率和2FL频率处，分析仪将不显示两个单独的频率；而在6000cpm处只显示一个频率(取决于所选择的最高频率)。这些情况下，必须增加FFT的谱线数，或在6000cpm附近作”细化谱“。,指示定子故障问题的细化谱,定子故障,振动分
6、析可检测的定子故障：1定子偏心(偏心的定子在转子与定子之间产生一个静止的不动气隙)；2短路的铁芯片(铁芯片层的绝缘问题，它可以引起局部发热)；3松动的铁芯(定子中任何松动或弱点)；这些故障问题呈现如下特征：1所有这些定子故障都产生2X电源频率的大振动。然而，它们不产生极通过频率边带，因为它的振源在定子，不被转速频率或者滑差频率调制。,定子故障,图中细化谱指示一种严重的电气故障。注意，(2FL)频率处出现5.79mm/s高的幅值，而在2X转速频率处的幅值仅为0.11mm/s。在2X电源频率附近没有任何极通过频率边带，这指示是定子故障。检查后，发现确实是定子偏心故障。,定子故障,2应该对2X电源频
7、率处振动超过1.27mm/s的新电动机或修过的电动机，在用的定子故障振动峰值达到2.54mm/s的电动机进行分析。(这个准则适用于50马力到1000马力的电动机)。如果电动机直接驱动精密机床的轴，则2FL的幅值必须更小，应该在0.63mm/s或更小。注：1HP=745.7W3定子偏心，在转子与定子之间产生一个静止的不均匀的气隙，产生非常定向的振动，在转子与定子的最小气隙处出现最大电磁力。电磁力本身每转一转从最小到最大产生电源频率两倍的振动。,定子故障,4对于交流感应电动机，气隙差不应该超过5；对于同步电动机，不超过10。如果两倍电源频率(2FL)处振动额外增大，则应在定子和转子上分别作一个点标
8、记，检查电动机(如果物理上可以检查的话)。然后，在定子与转子的作点标记对准的情况下，测量气隙，每转动转子45度，测量定子作点标记处的气隙。如果气隙变化超过的5，则气隙差是由于偏心的转子造成的。下一步是再每转动转子45度，测量转子作点标记处的气隙，如果这个气隙变化超过5，则说明是偏心的定子。,定子故障,5松动的铁芯是由于定子支承刚性局部减弱或者松动造成的。6短路的定子铁芯片可引起不均匀的，局部发热，它实际上使定子畸变，引起定子偏心故障。这就产生热弯曲，热弯曲可随着运转时间延长明显增大，有时会引起定子与转子相接触，这是灾难性的。,转子偏心,偏心的转子在转子与定子之间产生不均匀的气隙，这个不均匀的气
9、隙与转子一起旋转(与偏心的定子情况中静止的气隙正相反)短路的铁芯片导致局部发热，引起转子弯曲或者简单的径向跳动的转子可以引起偏心。,转子偏心的特征,1偏心的转子往往在电源频率两倍(2FL)处产生大的振动，并且伴有极通过频率(Fp=极数B*滑差频率)的边带。下图细化谱表示在7200cpm频率处4.22mm/s振动，以及指示偏心转子故障的极通过频率边带。,转子偏心的特征,2对于新的或修理过的电动机，两倍电源频率振动超过1.27mm/s，或者在用的通用型电动机两倍电源频率处振动超过2.54mm/s。如果用于精密机床心轴，则两倍电源频率(2FL)处允许振动仅为O.635mm/s。适用于50-1000马
10、力的多数交流感应电动机。3为了在整个圆周上，转子与定子之间的气隙都在公差范围内，偏心的转子可能需要调整轴承座本身或者机加工转子轴颈。,转子偏心的特征,4在两倍电源频率(2FL)两侧极通过频率边带表明偏心转子时，以后的定期监测中，应该仔细进行趋势分析。例如，两倍电源频率(2FL)振动超过2.54mm/s时，则应在以后的监测中仔细进行趋势分析，如果两倍电源频率(2FL)振动幅值明显增大，并且边带幅值也明显增大，尤其是出现更多边带时，则应给予更密切的注意。如果在6000cpm频率及其边带的振动幅值在若干次监测中保持稳定，则该电动机可能不会进一步损坏，即使在6000cpm处振动幅值高达4.445mm/
11、s。这些情况下，虽然继续作趋势分析是满意的。然而，电动机本身的寿命可能会缩短。5偏心转子当温度升高时，往往会经历愈来愈大的振动。例如，当电动机第一次启动时，振动可能仅为2.54mm/s，运转10分钟后，振动可能增加到例如3.56mm/s，20分钟后，振动可能继续增大到4.57mm/s，30分钟后，振动可能达6.35mm/s或更大。这可能是转子上一侧相对于另一侧不均匀的发热引起的。如果不修正，转子弯曲足以使之与定子相摩擦，从而可能导致灾难性破坏。,转子故障,振动分析可检测的转子的故障 1断的或裂的转子条或短路环；2转子条与短路环之间坏的高阻接点；3短路的转子铁芯片；4松动的或脱开的，与端环未良好
12、接触的转子条。以上这些转子故障呈现如下特征 1.对于断、或裂的转子条的研究的关键区域是在1X转速频率两侧存在极通过频率边带。下面4个图：有严重的转子故障的两极电动机的典型频谱。最初，30000cpm宽带谱没有给出严重故障指示，似乎表示机械松动。因为特征是存在若干转速频率的谐波频率。然而，细化分析在1X，2X和3X转速频率的两侧分别存在一系列很清楚的极通过频率的边带。这是断、或裂的转子条，短路环故障或者短路的转子铁芯片故障。,转子故障,英格索兰公司CENTAC电动机2H点的30000cpm频谱,多个极通过频率边带的1X转速频率附近细化(指示断的或裂的转子条或短路环故障),转子故障,2X转速频率附
13、近细化谱(这里也有极通过频率边带),为3X转速频率附近的细化谱(这里还有极通过频率边带),转子故障,2.转速频率多次谐波频率的两侧产生极通过频率的边带情况下，往往发现一个以上的转子断条，因为每转一转存在一个以上脉冲。,图中表示在1X到4X转速频率两侧极通过频率边带的对数幅值细化谱(在电动机上发现4根断裂的转子条),转子故障,3研究松动或脱开的转子条的关键频率区域是，在转子条通过频率RBPF(RBPF=转子条数目X转速)及其谐波频率等较高频率处的振动。振动幅值在转子条通过频率(RBPF)或较高谐波频率(2RBPF或3RBPF)处超过约1.53mm/s，应予以注意。在转子条通过频率(RPBF)及其
14、谐波频率两侧的边带间隔将是精确的两倍电源频率(2FL)。转子条通过频率(RBPF)本身的幅值可能是可接受的，如果把频率范围扩展到包括2XRBPF，则可能发现幅值是转子条通过频率(RBPF)基频处幅值的数倍。,转子故障,以2X转子条通过频率检测到的严重的转子断条故障,转子故障,证实有两条或更多条转子条脱开的一台电动机的频谱图。这台电动机有57根转子条，转速为1793rpm，RBPF的基频约为102200cpm。在RBPF处的幅值仅0.20mm/s。然而，在2XRBPF情况完全不同。细化谱表明，在204380cpm或者2XRBPF频率处过大的8.64mm/s振动(超过RBPF处幅值的28倍)。如果
15、最高频率只能采集RPBF基频，则故障可能完全丢失掉。关键的指示是：在2XRBPF频率处的过大的振动幅值，并且还伴随着精确的(2FL)边带。,转子故障,5在状态监测中，建议每台电动机的监测路径中规定两个特殊测点来检测电动机故障。a电动机低频监测点：Fmax=12000cpm；3200条谱线；2次平均。这可分离2FL和电动机转速谐波频率处的真实的幅值。b电动机的高频监测点：Fmax=360000cpm；1600条谱线；8次平均。(对于两极以上的电动机，Fmax=240000cpm可以获取1X RBPF和2XRBPF频率)。这个高频测量可让您检测转子条通过频率RBPF及其谐波频率的潜在故障。寻找精确
16、的2FL间隔的差频，即使不知道转子条的数目。如果必须采集两极电动机较高频率，就应仔细固定传感器，并且采用超过6000Hz的有效的频率响应。这些测量最好在水平方向上进行。,转子不均匀的局部受热引起的轴弯曲,如果邻近的若干转子的铁芯片短路，转子会发生严重的不均匀局部受热。短路的铁芯片中电涡流和滞后损失会产生这种热量。同样，转子断条可产生导致转子这种局部受热的大的热量。这种局部受热可使转子弯曲，转子弯曲甚至可与定子相接触。热弯曲的故障之一是它可趋向于以自己为能源。即，一旦开始，轴开始微弯。轴弯曲时，生成愈来愈大的电磁力和不平衡力，这些力生成更多的热量。然后，这些热量使转子更弯曲，转子再发出更多的热量，这样恶性循环。因此，这种故障可能是灾难性的。,转子不均匀的局部受热引起的轴弯曲,特征指示：1转子中出现热弯曲时，启动机器后，1X转速频率的振动幅值将随时间增大，因为热弯曲本身在增大。它的频谱类似于不平衡的频谱。然而，简单的动平衡是没有效果的。2热弯曲增大时，振动频谱有时指示转子偏心，2FL频率振动大，并伴有滑差频率边带。3热弯曲故障变得明显时，内侧轴承与外侧轴承之间轴向方向的相位将接近180度相位差。它类似于弯曲的轴的特性。,
