診斷電機(jī)故障

一、診斷電動機(jī)故障現(xiàn)在我們再來看看與交流同步和感應(yīng)電動機(jī)，以及直流電動機(jī)有關(guān)的故障。當(dāng)使用電動機(jī)帶動其它旋轉(zhuǎn)機(jī)械時，會受到不平衡和不對中的影響。在這局部我們將檢查它的電氣特性，以及相關(guān)的故障。有兩種不同類型的交流電動機(jī)：同步電機(jī)和感應(yīng)電機(jī)，它們都可能使用單相或3相電流供電。在工業(yè)生產(chǎn)中，3相電機(jī)由于其大功率而得到廣泛應(yīng)用。此外，感應(yīng)電機(jī)的使用比同步電機(jī)更加廣泛。交流電動機(jī)的定子由許多線圈纏繞在定子槽上組成。定子上的槽數(shù)多于線圈數(shù)，因此線圈可以用很復(fù)雜的方式纏繞。當(dāng)線圈通電后，會在定子內(nèi)部形成一個旋轉(zhuǎn)磁場。其轉(zhuǎn)速依賴于線圈的匝數(shù)和磁極數(shù)量。在三相電動機(jī)中，三個線圈由于電流的作用將形成2個磁極，它們之間的相位差為120度。如果行頻為60Hz，定子中有2個磁極，那么對應(yīng)的磁場轉(zhuǎn)速為每秒鐘60轉(zhuǎn)，或3600RPM。如果定子有4個磁極〔6個線圈〕，那么磁場轉(zhuǎn)速為1800RPM，依次類推。當(dāng)然，如果電流的頻率為50Hz，2磁極的電動機(jī)磁場轉(zhuǎn)速為3000RPM，四磁極電動機(jī)轉(zhuǎn)速在1500RPM左右。二、同步電動機(jī)如果將永磁性的圓形轉(zhuǎn)子放在定子中，它會在磁力作用下以旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，這被稱為同步轉(zhuǎn)速，這種電動機(jī)被稱為同步電動機(jī)。三、感應(yīng)電動機(jī)感應(yīng)電動機(jī)與同步電動機(jī)的區(qū)別在于沒有使用永久磁鐵，而是采用電磁鐵。在轉(zhuǎn)子外表的槽上橫向安裝了很多均勻分布的導(dǎo)電銅條。所有的銅條在轉(zhuǎn)子的末端通過一個圓環(huán)相連，該圓環(huán)與所有銅條的末端焊接在一起。由于形狀類似于用來訓(xùn)練寵物鼠的小圓籠，因此有時也被叫做“鼠籠〞，感應(yīng)電動機(jī)也叫做鼠籠式電動機(jī)。現(xiàn)在我們將簡要的為您介紹這類電動機(jī)的工作原理，從而使你能夠理解滑差頻率、同步轉(zhuǎn)速等術(shù)語。每對銅條實際上就是一個簡單磁性回路。轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)子銅條中的感應(yīng)電流作用下被磁化，該感應(yīng)電流是由定子的旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生的。當(dāng)定子磁場經(jīng)過轉(zhuǎn)子銅條時，變化的磁場感應(yīng)產(chǎn)生了大量的電流，從而使銅條形成了自己的磁場。轉(zhuǎn)子感應(yīng)磁場與產(chǎn)生它的定子磁場相互排斥，從而產(chǎn)生轉(zhuǎn)動力矩使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)起來。由于感應(yīng)電動機(jī)通過磁場的排斥作用而不是像同步電動機(jī)那樣靠吸引力來工作，因此它也被稱為“排斥感應(yīng)〞電動機(jī)。如果系統(tǒng)中沒有摩擦力作用，那么轉(zhuǎn)子將以同步速度運(yùn)行，但電動時機(jī)產(chǎn)生一些無效的轉(zhuǎn)矩。在這種情況下轉(zhuǎn)子銅條和定子磁場間沒有相對運(yùn)動，因此也不會產(chǎn)生感應(yīng)電流。電動機(jī)一旦加載了負(fù)荷，其速度就會降低，轉(zhuǎn)子銅條會切割定子磁場的磁力線，并在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生排斥力。轉(zhuǎn)子中的感應(yīng)磁場沿著轉(zhuǎn)動的反方向移動，其速度取決于外加負(fù)載的大小。也就是說RPM〔轉(zhuǎn)速〕總是低于同步轉(zhuǎn)速。實際轉(zhuǎn)速與同步轉(zhuǎn)速之差叫做滑差。滑差越大轉(zhuǎn)子銅條中的感應(yīng)電流就越強(qiáng)，輸出的扭矩就越大。為了在轉(zhuǎn)子銅條中產(chǎn)生更大的電流，定子繞組中的電流也需要增大。因此，感應(yīng)電動機(jī)的實際速度總是依賴于負(fù)載。四、電動機(jī)中的振動源在電動機(jī)中兩倍線性頻率〔100Hz或120Hz〕處總可測到振動分量。轉(zhuǎn)子與定子間的吸引力也隨著該頻率變化，并且在變化磁場中由于“磁彈性〞作用，磁鐵自身的尺寸也會發(fā)生變化。磁彈性就是磁場中的磁性物質(zhì)的變形，常常引起電氣裝置在100Hz或120Hz處產(chǎn)生振動，例如電動機(jī)、發(fā)電機(jī)、變壓器等等，如下圖。對于電動機(jī)而言，在轉(zhuǎn)子和定子之間存在以100或120Hz變化的磁性吸引力。這也常常引起定子在100Hz或120Hz的振動。對于兩磁極的電動機(jī)〔同步轉(zhuǎn)速為3000CP或3600CPM〕，有時很難區(qū)分100或120Hz〔兩倍行頻〕處的波峰和頻譜中的2×波峰。這就是我們使用高分辨率來采集頻譜的一個重要原因。圖磁彈性時的頻譜你可以通過測試來檢查存在的到底是2×波峰還是100或120Hz的波峰，該測試通常在電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時進(jìn)展，此時切斷電動機(jī)的電源，對應(yīng)的100或120Hz波峰將會消失，而2×波峰仍舊存在〔電機(jī)的轉(zhuǎn)速在降低〕。五、定子故障定子故障會在兩倍行頻〔100Hz或120Hz〕處產(chǎn)生強(qiáng)烈的振動。定子偏心會在轉(zhuǎn)子和定子間產(chǎn)生一個不均勻的氣隙，從而形成一個方向性非常強(qiáng)的振動源，如下圖。六、根底松動柔性基腳或基座偏翹都會導(dǎo)致偏心。通過調(diào)節(jié)螺栓改變受力狀況或修復(fù)底座能夠解決該問題。七、轉(zhuǎn)子偏心圖轉(zhuǎn)子偏心時的頻譜圖極通頻率偏心轉(zhuǎn)子會導(dǎo)致轉(zhuǎn)子與定子間的氣隙隨著轉(zhuǎn)動不斷變化，從而產(chǎn)生一個脈動的振動源。你同樣能看到兩倍行頻分量，同時還會出現(xiàn)1×波峰和該頻率處的極通頻率邊頻帶，如下圖。極通頻率等于滑差頻率乘以磁極數(shù)。滑差頻率是實際轉(zhuǎn)速與同步轉(zhuǎn)速之差，如下圖。由于滑差頻率較小，相應(yīng)的極通頻率也較小，因此你必須通過高分辨率測量來區(qū)分這些邊頻帶。八、轉(zhuǎn)子故障轉(zhuǎn)子銅條損壞、破裂或腐蝕都是感應(yīng)電動機(jī)非常普遍的故障模式，特別是在有負(fù)荷的情況下電機(jī)頻繁的啟動和停機(jī)的話，由于啟動電流比運(yùn)轉(zhuǎn)電流強(qiáng)得多，從而在轉(zhuǎn)子銅條上產(chǎn)生很強(qiáng)的應(yīng)變，并引起過熱。九、轉(zhuǎn)子彎曲由于轉(zhuǎn)子銅條上電流的不均勻分布引起轉(zhuǎn)子受熱不均導(dǎo)致轉(zhuǎn)子彎曲變形，同時轉(zhuǎn)子彎曲會出現(xiàn)所有的不平衡現(xiàn)象。我們可以通過檢測電機(jī)冷卻時病癥是否消失來判斷此類故障。電動機(jī)中的局部過熱嚴(yán)重時甚至?xí)?dǎo)致?lián)p壞的轉(zhuǎn)子銅條熔化后散落到氣隙中。十、轉(zhuǎn)子銅條斷裂轉(zhuǎn)子銅條斷裂會在1×處產(chǎn)生極通頻率邊頻帶以及它的諧波〔2×、3×等等〕。你經(jīng)常會看到一個帶有1×諧波的頻譜，同時每個諧波附近都有“裙?fàn)瞑暤臉O通邊頻帶，如下圖。有轉(zhuǎn)子銅條損壞的感應(yīng)電動時機(jī)在電機(jī)兩倍滑差頻率處產(chǎn)生一個振幅上下緩慢變化的振動信號。這種現(xiàn)象叫拍擊，在進(jìn)展測量時我們可以聽到拍擊的聲音。拍擊的振幅和頻率依賴于電動機(jī)的負(fù)載〔因為它影響滑差頻率〕。圖轉(zhuǎn)子銅條斷裂時的頻譜轉(zhuǎn)子銅條松動時的頻譜十一、轉(zhuǎn)子銅條松動如果轉(zhuǎn)子銅條松動會在銅條通過頻率〔RBF=轉(zhuǎn)子銅條數(shù)×轉(zhuǎn)速〕處出現(xiàn)波峰，并帶有兩倍行頻的〔100或120Hz〕邊頻帶。即使不知道轉(zhuǎn)子銅條數(shù)，如果看到一個高頻波峰并帶有兩倍行頻的邊頻帶，你也可以確定該故障，如下圖。十二、轉(zhuǎn)子松動有時轉(zhuǎn)子能在軸上滑動，通常是間歇性的，并取決于其溫度，同時它會引起很強(qiáng)的1×振動及其諧波。載荷或線電壓的突然變化都會導(dǎo)致這種情況發(fā)生，如下圖。十三、定子繞組松動如果電動機(jī)定子上的繞組出現(xiàn)松動，其兩倍行頻處的振幅將會增加，如下圖。這種情況具有相當(dāng)大的破壞性，因為它會摩擦導(dǎo)線的絕緣層，導(dǎo)致短路和定子損壞。圖轉(zhuǎn)子松動時的頻譜定子繞組松動時的頻譜十四、疊片故障交流電動機(jī)的轉(zhuǎn)子和定子都是由一些相互獨立很薄的疊片組成。如果這些疊片發(fā)生短路，將導(dǎo)致局部過熱和扭曲變形。疊片短路還會引起很高幅的兩倍行頻振動。翹曲變形會導(dǎo)致1×振幅升高，通常還能觀察到極通邊頻帶，如下圖。圖疊片故障時的頻譜聯(lián)接松動時的頻譜十五、聯(lián)接松動由于聯(lián)接松動引起的相位問題也會產(chǎn)生很強(qiáng)的兩倍行頻〔100或120Hz〕振動，同時伴有1/3行頻的邊頻帶〔33或40Hz〕，如下圖。十六、測量電動機(jī)電流一種常用的轉(zhuǎn)子銅條測試是測量電動機(jī)電流〔只需要單相〕從而得到一個高分辨率的頻譜。需要使用便攜式電流夾或變流器。輸出端通常聯(lián)接到數(shù)據(jù)采集器〔或頻譜分析儀〕上〔查閱數(shù)據(jù)采集器手冊來設(shè)置采集參數(shù)〕。你的目的是比擬兩倍滑差頻率邊頻帶波峰的振幅值，并將它們與行頻〔不是兩倍行頻〕處的振幅進(jìn)展比擬。因此你應(yīng)該采用超過行頻10Hz〔如60Hz或70Hz〕的1600線測量。最好是以行頻〔如40到60Hz或50到70Hz〕為中心來放大，從而得到最正確的分辨率，如下圖。圖以行頻為中心放大圖例子例如，如果同步轉(zhuǎn)速為1800RPM，實際上轉(zhuǎn)速為1