異步電機故障診斷方法介紹

第七章異步電機故障診療方法

第一節(jié)感應電機故障診療研究現(xiàn)實狀況與發(fā)展趨勢第二節(jié)感應電動機常見故障及處理第三節(jié)籠型異步電機故障第四節(jié)轉(zhuǎn)子斷條故障診療異步電機故障診斷方法介紹第1頁第一節(jié)感應電機故障診療研究現(xiàn)實狀況與發(fā)展趨勢感應電機故障診療技術主要分為基于模型、基于信號分析兩種類型?；谀Ｐ凸收显\療方法需要準確感應電機模型，但對非線性、強耦合、多變量感應電機來說，建立準確數(shù)學模型并非易事，而且在運行中，感應電機很多物理量都會發(fā)生一定改變。基于信號分析故障診療方法是經(jīng)過一定信號處理技術從信號中提出故障特征，然后經(jīng)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?；谛盘柗治龈袘姍C故障診療理論和方法研究現(xiàn)實狀況發(fā)展趨勢有以下。異步電機故障診斷方法介紹第2頁一、感應電機故障類別

感應電機故障依據(jù)電機主要組成部分分為：定子部分故障，轉(zhuǎn)子部分故障，軸承故障和氣隙偏心等故障。

軸承是感應電機最輕易發(fā)生故障部分，占感應電機故障總數(shù)百分之41。感應電機軸承故障主要是因為過載、潤滑不良、安裝不正、軸電流以及異物進入等原因引發(fā)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它傳感器信號（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。異步電機故障診斷方法介紹第3頁幾乎40%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發(fā)，即匝間短路。由此產(chǎn)生感應電流造成過熱和氣隙磁場不平衡。假如不及時檢測，局部過熱將造成更大定子絕緣損害，甚至造成災難。

大約有10%感應電機故障屬于轉(zhuǎn)子故障。普通電機機械故障為轉(zhuǎn)子斷條或端環(huán)斷裂，這些將使電機在運行過程中發(fā)燒，使導條和端環(huán)受到循環(huán)熱應力和變形，造成故障深入擴大。轉(zhuǎn)子偏心將在定子中產(chǎn)生不均衡氣隙，引發(fā)軸承故障和機械故障。異步電機故障診斷方法介紹第4頁二、故障信號選擇

電機是高度對稱，各種形式故障都影響他對稱性。這造成定子、轉(zhuǎn)子之間磁通產(chǎn)生對應改變，從而改變定子電流、電壓、磁場和機械振動。經(jīng)過對這些信號分析，能對感應電機健康狀態(tài)進行分析并判斷故障嚴重程度（如表1）。如經(jīng)過電流信號能識別感應電機全部故障，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其它故障，與之相反，潤滑油則只能識別軸承故障。異步電機故障診斷方法介紹第5頁異步電機故障診斷方法介紹第6頁檢測機械振動信號是一個傳統(tǒng)技術，在機械故障診療方面有著廣泛應用。通常在旋軸上安裝一個壓電傳感器，因為其產(chǎn)生電壓信號正比于加速度，所以它能很好地反應旋轉(zhuǎn)機械振動信息。但加速度傳感器存在價格昂貴、安裝不便以及可靠性較差缺點。定子電流信號是另一個慣用分析信號，通慣用霍爾電流探測針來測量，相對機械振動信號，它含有安裝簡單、價格廉價、非侵入式以及與電機控制系統(tǒng)共享電流信號特點，已成為感應電機故障診療信號分析熱點。另外，電磁轉(zhuǎn)矩、Park矢量、軸向磁通、潤滑油以及溫度等物坦量，也可用于故障診療。異步電機故障診斷方法介紹第7頁三、信號處理技術

信號處理技術就是處理檢測到信號，以產(chǎn)生和展現(xiàn)故障和不明故障相關特征值或參數(shù)（如與故障相關頻率組成部分）。異步電機故障診斷方法介紹第8頁1時域分析

慣用時域特征提取方法，如時間序列模型法，它經(jīng)過對信號進行分析，建立它時間序列模型，模型參數(shù)既能反應系統(tǒng)固有特征，又反應系統(tǒng)在外界作用下輸出特征。其中常見模型有AR模型、ARMA模型。異步電機故障診斷方法介紹第9頁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)極難觀察到現(xiàn)象和規(guī)律，在頻域內(nèi)能得到很好反應。采取傅里葉變換頻率分析是慣用感應電機故障信號處理方法。但因為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非平穩(wěn)部分，在處理時變（非平穩(wěn)）感應電機故障信號時，無法獲知突變時刻故障信號頻率部分。異步電機故障診斷方法介紹第10頁3時頻分析方法

慣用頻率分析方法中傅里葉轉(zhuǎn)換是假設頻譜在采樣時間內(nèi)不變。因為感應電機負載擾動、電源電壓交化等，感應電機故障信號是非平穩(wěn)信號。顯然，單純采取傅里葉變換無法到達良好效果。

時一頻技術可分為線性和非線性時頻表示兩種，線性主要有短時傅立葉變換、小波變換，非線性主要有Wigner-Ville分布等。異步電機故障診斷方法介紹第11頁4高階統(tǒng)計

有些文件中采取功率譜分析，它是二階統(tǒng)計量分析，給出信號不一樣頻率成份下能量分布情況，當感應電機出現(xiàn)故障時，頻譜能量分布會有所改變。不過功率譜分析不包含頻率成份間相位信息，無法處理非最小相位系統(tǒng)和非高斯信號。有文件對感應電機振動信號進行雙譜分析，提取故障特征信息，還有文件[則提出兩種基于HOS非參數(shù)相位分析方法和參數(shù)線性和非線性模型方法，對感應電機故障進行診療，取得很好效果。高階統(tǒng)計方法含有對Gaussian分布測量噪聲不敏感優(yōu)良品質(zhì)。異步電機故障診斷方法介紹第12頁四、故障狀態(tài)識別方法

故障診療關鍵步驟是依據(jù)提取特征或故障參數(shù)，來決定是否存在故障、故障類別以及故障嚴重程度。一個可靠故障診療和分類策略離不開大量“健康”和故障狀態(tài)參考數(shù)據(jù)。故障診療準確性往往受剄參考數(shù)據(jù)大小、長度以及數(shù)量限制。

當前，用于故障診療狀態(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。異步電機故障診斷方法介紹第13頁五、發(fā)展趨勢1

多傳感器數(shù)據(jù)融合

當前，大部分研究都采取單一信號處理技術來做故障診療，但因為感應電機本身復雜性和惡劣運行環(huán)境，信號難免會受到電源電壓波動和負載擾動影響。所以，探討從多傳感器中提取綜合信號并處理能提升故障診療準確性。異步電機故障診斷方法介紹第14頁2混合故障診療

對感應電機幾個基本故障，都能從相關文件中找到他們特征頻率，如定子繞組匝間短路、轉(zhuǎn)子斷條以及軸承故障等。但當感應電機存在各種故障時，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。所以，怎樣研究多類型故障診療是未來發(fā)展熱點問題。異步電機故障診斷方法介紹第15頁3基于交流調(diào)速、負載擾動故障診療

當前，相關感應電機故障診療主要集中在空載狀態(tài)下故障診療。但伴隨交流調(diào)速技術發(fā)展，感應電機已成為工業(yè)中主要能量轉(zhuǎn)換設備。所以，研究基于交流調(diào)速感應電機故障診療現(xiàn)實意義十分顯著。但交流調(diào)速系統(tǒng)感應電機故障診療卻遠比單個感應電機復雜，其主要原因在于逆變器開關頻率噪聲對故障診療系統(tǒng)影響。負載擾動情況下，故障特征信息受到影響，怎樣消除故障信息中影響，是值得研究問題。異步電機故障診斷方法介紹第16頁4先進故障診療方法引入和融合

伴隨信號處理技術、計算機技術以及人工智能發(fā)展，許多先進技術都被引入到感應電機故障診療中。但許多先進技術和理論并沒完全成熟，怎樣深入提升這些方法有效性尚待深入研究，怎樣融合先進方法，充分發(fā)揮各自優(yōu)點，也是故障診療技術發(fā)展方向之一。異步電機故障診斷方法介紹第17頁六、結語

感應電機故障診療研究和發(fā)展含有主要現(xiàn)實意義。常見故障診療系統(tǒng)主要包含信號提取、信號處理以及故障狀態(tài)識別三個部分。異步電機故障診斷方法介紹第18頁第二節(jié)感應電動機常見故障及處理異步電機故障診斷方法介紹第19頁．一、電動機溫升過高原因及處理

（1）電動機長久過載。電動機過載時流過各繞組電流超出了額定電流，會造成電動機過熱。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）未按要求運行。電動機必須按要求運行，比如，“短時”和“斷續(xù)”電動機不能長久運行，因其繞組線徑及額定電流均比長久運行電動機小。（3）電樞繞組短路?？捎枚搪穫刹炱鳈z驗，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，標準上要拆除重繞。（4）主極繞組斷路?？捎脵z驗燈檢驗繞組，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。異步電機故障診斷方法介紹第20頁（5）電網(wǎng)電壓太低或線路壓降太大（超出10%）。如電動機主回路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。檢驗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。如鼓風機風量、風速不足，電動機內(nèi)部熱量就無法排出而過熱，應更換適當通風設備（7）斜葉風扇旋轉(zhuǎn)方向不妥與電動機不配合。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潔凈異步電機故障診斷方法介紹第21頁二、三相異步電動機運行中故障及主要原因1）機械故障（1）軸承過熱?？赡苁且驗闈櫥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)及外來物品以及鋼珠損壞等所引發(fā)。（2）電動機振動。機組軸線沒有對準，電動機在底板上位置不正，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，底板不均勻下沉，底板剛度不夠，底板振動周期與電動機（機組）振動周期相同或靠近，皮帶輪粗糙或皮帶輪裝置不正，轉(zhuǎn)動機構工作不良及有碰撞現(xiàn)象等引發(fā)。（3）轉(zhuǎn)子偏心?？赡苁且驗檩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)子平衡不良等引發(fā)異步電機故障診斷方法介紹第22頁2）電氣故障（1）起動時故障。因為接線錯誤、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發(fā)。（2）過熱原因。因為線路電壓高于或低于額定值、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發(fā)。（3）絕緣損壞。可能是因為工作電壓過高，酸性、堿性、氯氣等腐蝕性氣體損壞、太臟、過熱，機械碰傷、濕度過高，在溫度低于0℃下保留和水分侵入等所引發(fā)。（4）絕緣電阻低原因。因為不清潔、濕度太大，因溫度改變過大、以至表面凝結水滴，絕緣磨損和老化等所引發(fā)。異步電機故障診斷方法介紹第23頁三、運行中電動機會有哪些異常現(xiàn)象？怎樣處理（1）異聲處于正常狀態(tài)電動機，在距離稍遠地方聽起來是一個均勻而單調(diào)聲音，并帶一點排風聲，靠近電機后，尤其是用螺絲刀頂住電機各部位時，就能夠清楚聽到風扇排風聲、軸承滾動聲、微微振動聲，其聲音一樣使人感到單調(diào)而均勻，假如在這種單調(diào)而均勻聲音中夾雜著一個不正常聲響，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，說明電動機已經(jīng)有故障，應馬上采取辦法。異步電機故障診斷方法介紹第24頁（3）電流、溫度異常電動機工作電流不應該超出其銘牌要求，三相電流不平衡不應超出10%；各部位溫升在允許范圍內(nèi)（軸承A級60℃，E級55℃）。不然應視情況采取必要辦法。（4）電壓異常電動機正常運行時，三相電壓同時升降，變動在353V～406V之間。若三相電壓升高不相等，說明出現(xiàn)故障應檢驗處理。異步電機故障診斷方法介紹第25頁四、電動機外殼帶電原因及排除（1）電動機繞組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絕緣進行處理。（2）電動機繞組絕緣嚴重老化或受潮，使鐵心或外殼帶電。對絕緣老化電動機應更換繞組；對電動機受潮應進行干燥處理。（3）錯將電源相線看成接地線接至外殼，使外殼直接帶有相電壓。應找犯錯接相線，按正確接線更正即可。異步電機故障診斷方法介紹第26頁（4）線路中出現(xiàn)接線錯誤，如在中性點接地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設備發(fā)生碰殼時，不但碰殼設備外殼有對地電壓，而且全部與零線相連接其它設備外殼都會帶電，并帶有危險相電壓。應找出接地而不接零設備，重新接零，并處理設備碰殼故障。（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。找出接地不良原因，采取對應辦法給予處理異步電機故障診斷方法介紹第27頁五、電動機不能起動或帶負載時轉(zhuǎn)速低于額定轉(zhuǎn)速原因及處理（1）熔斷器熔斷，有一相不通或電源電壓過低。檢驗電源電壓及開關、熔斷器工作情況。（2）定子繞組中或外電路有一相斷開。從電源逐點檢驗，發(fā)覺斷線并接通。（3）繞線式電機轉(zhuǎn)子繞組電路不通或接觸不良。消除斷點。異步電機故障診斷方法介紹第28頁（4）鼠籠式轉(zhuǎn)子籠條斷裂。修復斷條。（5）△形連接電機引線接成丫形。更正接線。（6）負載過大或傳動機械卡住。減小負載或更換電機，檢驗傳動機械，消除故障。（7）定子繞組有短路或接地。消除短路、接地處。異步電機故障診斷方法介紹第29頁六、電動機過熱或冒煙原因及處理（1）電源電壓過高或過低。調(diào)整電源電壓，換粗導線。（2）檢修時燒傷鐵心。檢修鐵心，排除故障。（3）定子與轉(zhuǎn)子相檫。調(diào)整氣隙或車轉(zhuǎn)子。（4）電動機過載或起動頻繁。減載，按要求次數(shù)起動。（5）斷相運行。檢驗熔斷器、開關和電動機繞組，排除故障。異步電機故障診斷方法介紹第30頁（6）鼠籠式轉(zhuǎn)子開焊或斷條。檢驗轉(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，給予修復。（8）通風不暢或環(huán)境溫度過高。修理或更換風扇，去除風道或通風口，隔離熱源或改進運行環(huán)境異步電機故障診斷方法介紹第31頁七．電機有不正常振動和聲響（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。（4）鐵心變形或松動。校正鐵心，重合或緊固鐵心。（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。異步電機故障診斷方法介紹第32頁（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、繞組斷線和接觸不良處或更換熔絲。異步電機故障診斷方法介紹第33頁八．電動機電刷冒火，滑環(huán)過熱或燒壞原因及處理（1）電刷牌號或尺寸不符。更換電刷。（2）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)和去除污垢。（5）電刷在刷握內(nèi)卡住。檢驗排除異步電機故障診斷方法介紹第34頁九．電動機三相電流不平衡原因及處理（1）三相電源電壓不平衡。檢驗三相電源電壓。（2）定子繞組匝間短路。檢驗定子繞組，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。異步電機故障診斷方法介紹第35頁十．電動機絕緣電阻降低原因及處理（1）電動機內(nèi)受潮。進行烘干處理。（2）繞組上灰塵污垢太多。去除灰塵、油污垢，并浸漆處理。（3）引出線和接線盒接頭絕緣損壞。重新包扎引出線絕緣。（4）電動機過熱后絕緣老化。小容量電動機可重新浸漆處理。異步電機故障診斷方法介紹第36頁十一．軸承過熱原因及處理

（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)。檢驗油量：應為軸承容積1/3～2/3為宜，更換合格潤滑油。（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。異步電機故障診斷方法介紹第37頁（4）軸承蓋內(nèi)孔偏心，與軸相檫。修理軸承蓋，使之與軸間隙適當且均勻。（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。異步電機故障診斷方法介紹第38頁十二．怎樣檢修電動機繞組斷路故障若斷路點在鐵心槽外，又是單股線斷開，能夠重新焊好并處理好絕緣。若是兩股以上導線斷開，則要仔細查找線頭、線尾，不然輕易造成人為短路。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，也可象電動機短路應急檢修一樣，用跳接法將故障繞組首尾短接，供暫時使用。異步電機故障診斷方法介紹第39頁第三節(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）

異步電機故障診斷方法介紹第40頁一、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（5～7）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)過程中循環(huán)熱應力和變形作用因為負載改變和電壓波動時，籠條又要受到交變負荷作用，輕易產(chǎn)生疲勞轉(zhuǎn)子繞組鑄造質(zhì)量、導條與端環(huán)材質(zhì)和焊接質(zhì)量存在問題故障現(xiàn)象起動時間延長、滑差加大，力矩減??；振動和噪聲增加，電流出現(xiàn)擺動等異步電機故障診斷方法介紹第41頁轉(zhuǎn)子斷條故障特征頻率

定子電流中出現(xiàn)邊頻分量：式中，轉(zhuǎn)差率s＝（n1-n）/n1×100％電機磁場旋轉(zhuǎn)速度n1＝60f1/p轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n