诊断电机故障

1、一、诊断电动机故障现在我们再来看看与交流同步和感应电动机，以及直流电动机有关的故障。当使用电动机带动其它旋转机械时，会受到不平衡和不对中的影响。在这部分我们将检查它的电气特性，以及相关的故障。有两种不同类型的交流电动机：同步电机和感应电机，它们都可能使用单相或3 相电流供电。在工业生产中，3 相电机由于其大功率而得到广泛应用。此外，感应电机的使用比同步电机更加广泛。交流电动机的定子由许多线圈缠绕在定子槽上组成。定子上的槽数多于线圈数，因此线圈可以用很复杂的方式缠绕。当线圈通电后，会在定子内部形成一个旋转磁场。其转速依赖于线圈的匝数和磁极数量。在三相电动机中，三个线圈由于电流的作用将形成2 个磁

2、极，它们之间的相位差为120度。 如果行频为60Hz， 定子中有2 个磁极， 则对应的磁场转速为每秒钟60 转， 或 3600RPM 。如果定子有4 个磁极（6 个线圈） ，则磁场转速为1800RPM ，依次类推。当然，如果电流的频率为 50Hz， 2 磁极的电动机磁场转速为3000RPM ， 四磁极电动机转速在1500RPM 左右。二、同步电动机如果将永磁性的圆形转子放在定子中，它会在磁力作用下以旋转磁场转速旋转，这被称为同步转速，这种电动机被称为同步电动机。三、感应电动机感应电动机与同步电动机的区别在于没有使用永久磁铁，而是采用电磁铁。在转子表面的槽上横向安装了很多均匀分布的导电铜条。所有

3、的铜条在转子的末端通过一个圆环相连，该圆环与所有铜条的末端焊接在一起。由于形状类似于用来训练宠物鼠的小圆笼，因此有时也被叫做“鼠笼”，感应电动机也叫做鼠笼式电动机。现在我们将简要的为您介绍这类电动机的工作原理，从而使你能够理解滑差频率、同步转速等术语。每对铜条实际上就是一个简单磁性回路。转子在转子铜条中的感应电流作用下被磁化，该感应电流是由定子的旋转磁场产生的。当定子磁场经过转子铜条时，变化的磁场感应产生了大量的电流，从而使铜条形成了自己的磁场。转子感应磁场与产生它的定子磁场相互排斥，从而产生转动力矩使转子旋转起来。由于感应电动机通过磁场的排斥作用而不是像同步电动机那样靠吸引力来工作，因此它也

4、被称为“排斥感应”电动机。如果系统中没有摩擦力作用，那么转子将以同步速度运行，但电动机会产生一些无效的转矩。在这种情况下转子铜条和定子磁场间没有相对运动，因此也不会产生感应电流。电动机一旦加载了负荷，其速度就会降低，转子铜条会切割定子磁场的磁力线，并在转子上产生排斥力。转子中的感应磁场沿着转动的反方向移动，其速度取决于外加负载的大小。也就是说RPM （转速）总是低于同步转速。实际转速与同步转速之差叫做滑差。滑差越大转子铜条中的感应电流就越强，输出的扭矩就越大。为了在转子铜条中产生更大的电流，定子绕组中的电流也需要增大。因此，感应电动机的实际速度总是依赖于负载。四、电动机中的振动源在电动机中两倍

5、线性频率（100Hz或120Hz）处总可测到振动分量。转子与定子间的吸引力也随着该频率变化，并且在变化磁场中由于“磁弹性”作用，磁铁自身的尺寸也会发生变化。磁弹性就是磁场中的磁性物质的变形，常常引起电气装置在100Hz或120Hz处产生振动，例如电动机、发电机、变压器等等，如图 6.14.1所示。对于电动机而言，在转子和定子之间存在以100或120Hz变化的磁性吸引力。这也常常引起定子在 100Hz或120Hz的振 动。对于两磁极的电动机（同步转 速为3000CP或3600CPM）,有时很 难区分100或120Hz （两倍行频）处 的波峰和频谱中的 2X波峰。这就是我们使用高分辨率来采集频谱的

6、一个重要原因。图6.14.1磁弹性时的频谱你可以通过测试来检查存在的到底是2 X波峰还是100或120Hz的波峰，该测试通常在电动机运转时进行， 此时切断电动机的电源，对应的100或120Hz波峰将会消失，而2X波峰仍旧存在（电机的转速在降低）。五、定子故障t i n图也142定子战审的频谙定子故障会在两倍行频（100 Hz或120Hz ）处产生强烈的振动。定子偏心会在转子和定子间 产生一个不均匀的气隙，从而形成一个方向性非 常强的振动源，如图 6.14.2所示。六、基础松动柔性基脚或基座偏翘都会导致偏心。通过调节螺栓改变受力状况或修复底座能够解决该 问题。七、转子偏心Rotor eccent

7、ncityi 1 1 i n45OrdersRotor eccentncity2x1 FIX血一疝Li 1 i n43Orders图6.14.3转子偏心时的频谱图6.14.4极通频率偏心转子会导致转子与定子间的气隙随着转动不断变化，从而产生一个脉动的振动源。你同样能看到两倍行频分量，同时还会出现 1X波峰和该频率处的极通频率边频带，如图 6.14.3 所示。极通频率等于滑差频率乘以磁极数。滑差频率是实际转速与同步转速之差，如图6.14.4所示。由于滑差频率较小，相应的极通频率也较小，因此你必须通过高分辨率测量来区分这些边频带。八、转子故障转子铜条损坏、破裂或腐蚀都是感应电动机非常普遍的故障模式

8、， 特别是在有负荷的情 况下电机频繁的启动和停机的话， 由于启动电流比运转电流强得多， 从而在转子铜条上产生 很强的应变，并引起过热。九、转子弯曲由于转子铜条上电流的不均匀分布引起转子受热不均导致转子弯曲变形，同时转子弯曲会出现所有的不平衡现象。我们可以通过检测电机冷却时症状是否消失来判断此类故障。电动机中的局部过热严重时甚至会导致损坏的转子铜条熔化后散落到气隙中。十、转子铜条断裂转子铜条断裂会在 1 X处产生极通频率边频带以及它的谐波（2X、3X等等）。你经常会看到一个带有1X谐波的频谱，同时每个谐波附近都有 “裙状”的极通边频带，如图6.14.5 所示。有转子铜条损坏的感应电动机会在电机两

9、倍滑差频率处产生一个振幅上下缓慢变化的 振动信号。这种现象叫拍击，在进行测量时我们可以听到拍击的声音。拍击的振幅和频率依赖于电动机的负载（因为它影响滑差频率）。OrdersLoose rotor barsIXIIIIZ 20PwLFHBO M1 d5D Orders图6.14.5转子铜条断裂时的频谱图6.14.6转子铜条松动时的频谱十一、转子铜条松动如果转子铜条松动会在铜条通过频率（RBF=转子铜条数X转速）处出现波峰，并带有两倍行频的（100或120Hz）边频带。即使不知道转子铜条数，如果看到一个高频波峰并带 有两倍行频的边频带，你也可以确定该故障，如图6.14.6所示。十二、转子松动有时转

10、子能在轴上滑动，通常是间歇性的，并取决于其温度，同时它会引起很强的1X振动及其谐波。载荷或线电压的突然变化都会导致这种情况发生，如图 6.14.7所示。十三、定子绕组松动如果电动机定子上的绕组出现松动，其两倍行频处的振幅将会增加，如图 6.14.8所示。 这种情况具有相当大的破坏性，因为它会摩擦导线的绝缘层，导致短路和定子损坏。L oose rotor on the shaftLoose s Id tor windings图6.14.7转子松动时的频谱KI7OrdersOrders图6.14.8定子绕组松动时的频谱十四、叠片故障交流电动机的转子和定子都是由一些相互独立很薄的叠片组成。如果这些叠

11、片发生短路，将导致局部过热和扭曲变形。叠片短路还会引起很高幅的两倍行频振动。翘曲变形会导致1 X振幅升高，通常还能观察到极通边频带，如图 6.14.9所示。Shorted laminations2xLF= IXhPFDrriifir%Pridsirig - looe corineLtors1 i i I 1 I i I 1 I 1 I 1 i n012345OrrifiirIlli图6.14.9 叠片故障时的频谱图6.14.10 联接松动时的频谱十五、联接松动由于联接松动引起的相位问题也会产生很强的两倍行频（100或120Hz）振动，同时伴有1/3行频的边频带（33或40 Hz）,如图6.14

12、.10所示。十六、测量电动机电流一种常用的转子铜条测试是测量电动机电流（只需要单相）从而得到一个高分辨率的频谱。需要使用便携式电流夹或变流器。输出端通常联接到数据采集器（或频谱分析仪）上（查 阅数据采集器手册来设置采集参数）。你的目的是比较两倍滑差频率边频带波峰的振幅值，并将它们与行频（不是两倍行频）处的振幅进行比较。因此你应该采用超过行频10 Hz （如60 Hz或70Hz）的1600线测量。最好是以行频（如 40到60 Hz或50到70Hz）为中心来放大，从而得到最佳的分辨率，如 图6.14.11所示。MoLur current inedhurernenLLF2xSlipSO Hz or 60 HzMoLur current inedhurernent &0H,1SO.666 Ms61.004 Hz图6.14.11 以行频为中心放大图6.14.12 例子例如，如果同步转速为 1800RPM ,实际上转速为 176