電動機(jī)的監(jiān)測與故障診斷

1、利用電氣特征分析對電動機(jī)進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測什么是電氣特征分析？ESA 電氣特征分析是采集電動機(jī)電流和電壓信號，并分析和確定各種故障的過程電氣特征分析的優(yōu)點(diǎn) 在線，不需要停機(jī) 遠(yuǎn)程，不需要接近電動機(jī) 準(zhǔn)確檢測電氣和機(jī)械問題 用于感應(yīng)，同步，直流，發(fā)電機(jī)，以及VFD 證實的成熟技術(shù)，20年的發(fā)展電氣特征分析可檢測什么故障 轉(zhuǎn)子條故障 不對中、不平衡 基礎(chǔ)松動 靜態(tài)偏心 動態(tài)偏心 定子機(jī)械問題 定子電氣問題 軸承故障什么是電氣特征？ 電流和電壓在頻域的表示 F=1/T正常電動機(jī)特征如何？低頻0200Hz高頻05000Hz為何特征中有這么多峰？ 電源不是純正弦波，在電流和電壓中存在諧波 電動機(jī)和負(fù)荷也產(chǎn)生諧

2、波，它們只在電流頻譜中出現(xiàn)電氣特征分析原理 頻譜使我們看到V&I的所有諧波分量 所有電氣和機(jī)械故障改變電動機(jī)內(nèi)部的磁通分布，從而在電流中產(chǎn)生諧波 疊放電壓和電流諧波使我們能夠區(qū)分電源諧波和故障諧波 每種故障產(chǎn)生的諧波是不同的 因此，研究這些諧波的分布使我們識別故障低頻和高頻分別用途低頻轉(zhuǎn)子條劣化不對中機(jī)械不平衡基礎(chǔ)松動高頻靜態(tài)偏心動態(tài)偏心定子電氣故障定子機(jī)械故障軸承劣化如何采集電流和電壓信號 對LT電機(jī)，鉗形表鉗在電源電纜；對HT電機(jī)，鉗形表鉗在測量或保護(hù)CT二次回路 對LT電機(jī)，電壓接頭接在電源端子上；對HT電機(jī)，電壓接頭接在母線PT二次回路 所有測試在MCC或電機(jī)控制面板完成，無需

3、接近電機(jī)一次回路測量二次回路測量交流感應(yīng)電動機(jī)分析參數(shù) 工頻FL-使用測量值 轉(zhuǎn)速RS-需確定的基本參數(shù) 極數(shù)P- 2(24%),4(50%),6(24%),8,10. 極對數(shù)P/2 同步轉(zhuǎn)速 SS=2FL/P (rpm, Hz) 2極：3000. -4極：1500. -6極：1000 8極：750. -10極：600 滑差 S=SS-RS 極通過頻率 PPF=S*P交流感應(yīng)電動機(jī)分析參數(shù) 確定轉(zhuǎn)速 通過電流頻譜主導(dǎo)峰確定實測工頻 FL 計算同步轉(zhuǎn)速 SS=2 FL/P (Hz) 在RMS解調(diào)頻譜察看位于RS的峰 求滑差和極通過頻率 S=SS-RS PPF=S*P 在RMS解調(diào)頻譜察看位于PP

4、F的峰 PPF和RS的一致性在0.25Hz 范圍 正常情況下RS=名牌值 PPF和RS的峰具有獨(dú)立屬性，分別反映轉(zhuǎn)子故障和機(jī)械平衡故障轉(zhuǎn)子條劣化傳統(tǒng)確定方法極通過頻率在電流頻譜中表現(xiàn)為邊帶(PPF=滑差x極數(shù))由于高阻節(jié)點(diǎn)或斷條產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子阻抗升高，導(dǎo)致PPF幅值升高工頻幅值和PPF幅值之差是轉(zhuǎn)子狀態(tài)的指示轉(zhuǎn)子條故障嚴(yán)重性等級傳統(tǒng)確定方法CAT No. FL/Fp dB FL/Fp 比率比率 Fp/FL 百分比百分比% 轉(zhuǎn)子狀態(tài)轉(zhuǎn)子狀態(tài) 評估評估 推薦的推薦的 行動行動 1 60dB 1000 0.10 優(yōu) 無 2 54-60 501-1000 0.10-0.20 良 無 3 48-54 251

5、-501 0.20-0.40 一般 繼續(xù)監(jiān)測, 只看趨勢 4 42-48 126-251 0.40-0.79 轉(zhuǎn)子條裂紋可能在發(fā)展 或高阻節(jié)點(diǎn)問題 縮短監(jiān)測間隔, 密集趨勢 5 36-42 63-126 0.79-1.58 兩個條裂紋或斷條 和高阻節(jié)點(diǎn)問題 進(jìn)行振動測試確認(rèn)原因和等級 6 30-36 32-63 1.58-3.16 多個條裂或斷 和端環(huán)問題指示; 滑環(huán)和節(jié)點(diǎn)問題 盡快檢修 7 30dB 3.16% 多個斷條和端環(huán)開裂; 嚴(yán)重問題很多 盡快檢修或更換 EMPATH轉(zhuǎn)子健康確定 電流頻譜FL和 PPF峰值間的dB差 電動機(jī)負(fù)荷 解調(diào)譜中 PPF峰值 PPF諧波 轉(zhuǎn)速的PPF邊帶EM

6、PATH轉(zhuǎn)子健康報告Empath 2000 3.2分析結(jié)論分析結(jié)論 性性 能能 總總 結(jié)結(jié)轉(zhuǎn)子評語轉(zhuǎn)子評語轉(zhuǎn)子籠條狀態(tài)正常轉(zhuǎn)子籠條狀態(tài)正常 X轉(zhuǎn)子籠條狀態(tài)可疑，參見詳細(xì)報告轉(zhuǎn)子籠條狀態(tài)可疑，參見詳細(xì)報告負(fù)荷不足以確定轉(zhuǎn)子籠條狀態(tài)負(fù)荷不足以確定轉(zhuǎn)子籠條狀態(tài)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子子籠籠條條健健康康總總結(jié)結(jié) Power line dB diff. Se, fund Se, harm Level % Upper SB Lower SB Rotor bar Health index 測測量量值值 0.757 0 - -41.1 -40.3 3.6481 嚴(yán)嚴(yán)重重性性等等級級 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子子狀狀態(tài)態(tài)評評估估 推推薦薦的的校校正

7、正行行動動 7 多根斷條和端環(huán)故障 盡快檢修或更換 Running Speed= 16.533 Hz / 992 Rpm 轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速Pole pass frequency = 0.757 Hz 極通過頻率極通過頻率Load= 64.0 % 負(fù)荷負(fù)荷Se, fund = EMPATH基本滑差位置, Hz (同極通過頻率)Se, harm = EMPATH滑差諧頻數(shù)Level= EMPATH基本滑差及其諧頻的幅值之和Motor type 電動機(jī)類型電動機(jī)類型 Induction Power 功率功率 190.0 KW RPM 轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速 985.0 Rpm AC/DC AC Poles 極數(shù)極數(shù) 6

8、Phases:相數(shù)相數(shù) 3 Voltage 電壓電壓 380.0 Volt Full Load Current 額定電流額定電流 358.00 Amp Number Stator Slots 定子槽數(shù)定子槽數(shù) 54 Rotor Bars 轉(zhuǎn)子條數(shù)轉(zhuǎn)子條數(shù) 42 電動機(jī)電流調(diào)制MotorLoadCurrent電動機(jī)負(fù)荷的變化影響電動機(jī)汲取的電流電動機(jī)負(fù)荷變化原因:- 齒輪- 風(fēng)機(jī)- 皮帶- 泵- 滑輪- 活塞- 離合器- 摩擦- 切削 (8)(6)(4)(2)0246800.010.020.030.040.050.060.070.080.090.10.110.120.130.140.150.16

9、0.170.180.190.20.210.220.230.24(2)(1)012345601.534.567.5910.51213.51516.51819.52122.52425.52728.53031.53334.500.20.40.60.811.21.4TimeTimeFrequency 原始電流組成: 工頻 (50Hz) 調(diào)制頻率 (齒輪, 皮帶, 輥?zhàn)? 活塞, 等.) 解調(diào)去掉工頻，可容易觀察調(diào)制信號 頻率分析提供波動的圖形觀察不對中/不平衡 在解調(diào)頻譜中總能看到轉(zhuǎn)速(RS)譜峰 高的RS峰幅值指示不對中或不平衡 右側(cè)的頻譜是一臺不對中的380KW, 6.6kV電機(jī)產(chǎn)生基礎(chǔ)松動 在基

10、礎(chǔ)松動情況下，在電機(jī)1/2轉(zhuǎn)速頻率出現(xiàn)明顯的峰值 左側(cè)頻譜示出一個650KW, 3.3KV電機(jī)，有嚴(yán)重振動 右側(cè)頻譜示出同一臺電機(jī)緊固基礎(chǔ)后皮帶傳動問題Motor type 電動機(jī)類型電動機(jī)類型 Induction Power 功率功率 150.0 KW RPM 轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速 1500.0 Rpm AC/DC AC Poles 極數(shù)極數(shù) 4 Phases:相數(shù)相數(shù) 3 Voltage 電壓電壓 380.0 Volt Full Load Current 額定電流額定電流 295.00 Amp 偏心正常 靜態(tài)偏心 動態(tài)偏心 柔性基礎(chǔ)軸承松動不正確的氣隙 調(diào)整軸承座磨損軸承滾道磨損 轉(zhuǎn)子中心轉(zhuǎn)子中心 定

11、子定子偏心是定轉(zhuǎn)子氣隙不平均的現(xiàn)象偏心是定轉(zhuǎn)子氣隙不平均的現(xiàn)象靜態(tài)偏心1250KW, 6.6KW電機(jī)，靜態(tài)偏心典型頻譜靜態(tài)偏心產(chǎn)生的峰值頻率 = RB x RS nFL；N是奇數(shù)動態(tài)偏心93 KW, 415 V電機(jī)，動態(tài)偏心典型頻譜動態(tài)偏心= RB x RS nFL mRS ; n是奇數(shù)，m是任意整數(shù)RS*RB+FL+RSRS*RB+FL-RSRS*RB-FL+RSRS*RB-FL-RS定子機(jī)械故障410 KW, 6.6 KV電機(jī)，鐵芯故障典型頻譜定子機(jī)械故障頻率=定子槽數(shù)*RS FL; 100Hz間隔的兩個峰 中心頻率 = M RS*P*3 M為整數(shù)定子電氣故障1100 KW, 6.6 KV

12、電機(jī)，定子匝間絕緣劣化典型頻譜定子劣化故障頻率=定子槽數(shù)*RS FL RS可預(yù)測的故障-匝間短路不可預(yù)測-相間和對地短路-迅速損壞軸承故障250 KW, 6.6 KV電機(jī)，軸承故障典型頻譜軸承故障EMPATH識別軸承問題的兩種方法：已知軸承型號：- 通過軸承故障系數(shù)計算軸承峰值頻率- 尋找峰值頻率FL位置 （+/-1%）不知道軸承型號：- 尋找非整數(shù)倍轉(zhuǎn)速峰值識別了軸承頻率，建議振動分析滑動軸承的問題，使用關(guān)聯(lián)分析：查看靜態(tài)和動態(tài)偏心，可判斷是否軸承松動滾動軸承電氣不平衡 電壓不平衡 小的電壓不平衡導(dǎo)致大的電流不平衡，導(dǎo)致電動機(jī)溫升 電動機(jī)額定功率 * VFD電壓減免系數(shù) NEMA Std.

13、MG 1-1998 不推薦超過5%Time RMS Peak CF Voltage 1 390.500 553.680 1.418 Voltage 2 389.700 555.040 1.424 Voltage 3 389.130 554.020 1.424 Average 389.780 554.250 1.422 % dev 0.2 0.1 0.3 VDF = 100.0電壓減免系電壓減免系 數(shù)數(shù) 電氣不平衡 電壓源自電源，一般受電動機(jī)影響較小 電流不平衡 電流取決于電動機(jī)的需要，取決于電動機(jī)感知的負(fù)荷 3%注意；5%不推薦；10%停機(jī) 電流不平衡意味著相間不同Time電流電流 RMS P

14、eak CF Current 1 260.720 377.840 1.449 Current 2 262.010 382.980 1.462 Current 3 261.440 381.960 1.461 Average 261.390 380.930 1.457 % dev 0.3 0.8 0.6 THDF = 97.0變壓器諧波減免系數(shù)變壓器諧波減免系數(shù) 電流不平衡15HP水泵電動機(jī)三相電流，電流不平衡為38，遠(yuǎn)超出運(yùn)行這臺電動機(jī)可接受的水平，拆機(jī)檢查，發(fā)現(xiàn)一相嚴(yán)重匝間短路電源分析 視在功率視在功率 有功功率有功功率 無功功率無功功率 功率因數(shù)功率因數(shù) 阻抗阻抗 kVA kW kVARS

15、Phase 1 0.758 1.498 58.695 44.476 38.301 Phase 2 0.752 1.487 59.157 44.508 38.970 Phase 3 0.754 1.488 58.613 44.213 38.481 Avg/Total 0.755 1.491 176.470 133.200 115.750 % dev 0.4 0.4 Demand power = 133.2 KW 功率需求功率需求 電源分析Harmonic Distortion Results: 諧波畸變結(jié)果諧波畸變結(jié)果 電壓輸入, 49.976 Hz諧波 THD Odd %THD Even %+

16、ve%-ve %Zero %THD All %Current 11.4010.0840.5851.0910.6601.403Current 21.3400.1260.5411.1840.3421.346Current 31.3300.1200.6181.1390.3231.336Voltage 10.3700.0340.2060.1960.2390.371Voltage 20.3100.0240.2070.1840.1420.311Voltage 30.2920.0320.1950.1710.1380.294u 故障機(jī)理: V電流需求增加過熱絕緣故障. V零序諧波增加變壓器過載故障零總線過熱著

17、火, V改造供電系統(tǒng):-K變壓器, 增大零線尺寸，濾波: 零序濾波器u IEEE519-1992: 5%THD, 單諧波3%EMPATH 電動機(jī)診斷這是一個 3 相 AC 電動機(jī)的高頻測試，帶綜合結(jié)果顯示: 低功率因數(shù) 高的電壓偏離 過載 機(jī)械問題EMPATH 電動機(jī)診斷指示: 轉(zhuǎn)子健康 靜態(tài)偏心 動態(tài)偏心 定子相不平衡 電動機(jī)轉(zhuǎn)速 & 滑差 齒輪 & 皮帶問題 扭振 & 動態(tài)負(fù)荷EMPATH 電動機(jī)診斷 自動電壓和電流水平感應(yīng). 自動三相校正以獲得正確的功率因數(shù). 自動數(shù)據(jù)采集和存儲. 數(shù)據(jù)分析可即時進(jìn)行；也可回辦公室后進(jìn)行. 分析自動確定轉(zhuǎn)子籠條和定子槽數(shù). 自動分析電動機(jī)軸承缺陷. 報告可自動在MS Word 產(chǎn)