电动机的监测与故障诊断

1、利用电气特征分析对电动机进行状态监测什么是电气特征分析？ESA 电气特征分析是采集电动机电流和电压信号，并分析和确定各种故障的过程电气特征分析的优点 在线，不需要停机 远程，不需要接近电动机 准确检测电气和机械问题 用于感应，同步，直流，发电机，以及VFD 证实的成熟技术，20年的发展电气特征分析可检测什么故障 转子条故障 不对中、不平衡 基础松动 静态偏心 动态偏心 定子机械问题 定子电气问题 轴承故障什么是电气特征？ 电流和电压在频域的表示 F=1/T正常电动机特征如何？低频0200Hz高频05000Hz为何特征中有这么多峰？ 电源不是纯正弦波，在电流和电压中存在谐波 电动机和负荷也产生谐

2、波，它们只在电流频谱中出现电气特征分析原理 频谱使我们看到V&I的所有谐波分量 所有电气和机械故障改变电动机内部的磁通分布，从而在电流中产生谐波 叠放电压和电流谐波使我们能够区分电源谐波和故障谐波 每种故障产生的谐波是不同的 因此，研究这些谐波的分布使我们识别故障低频和高频分别用途低频转子条劣化不对中机械不平衡基础松动高频静态偏心动态偏心定子电气故障定子机械故障轴承劣化如何采集电流和电压信号 对LT电机，钳形表钳在电源电缆；对HT电机，钳形表钳在测量或保护CT二次回路 对LT电机，电压接头接在电源端子上；对HT电机，电压接头接在母线PT二次回路 所有测试在MCC或电机控制面板完成，无需

3、接近电机一次回路测量二次回路测量交流感应电动机分析参数 工频FL-使用测量值 转速RS-需确定的基本参数 极数P- 2(24%),4(50%),6(24%),8,10. 极对数P/2 同步转速 SS=2FL/P (rpm, Hz) 2极：3000. -4极：1500. -6极：1000 8极：750. -10极：600 滑差 S=SS-RS 极通过频率 PPF=S*P交流感应电动机分析参数 确定转速 通过电流频谱主导峰确定实测工频 FL 计算同步转速 SS=2 FL/P (Hz) 在RMS解调频谱察看位于RS的峰 求滑差和极通过频率 S=SS-RS PPF=S*P 在RMS解调频谱察看位于PP

4、F的峰 PPF和RS的一致性在0.25Hz 范围 正常情况下RS=名牌值 PPF和RS的峰具有独立属性，分别反映转子故障和机械平衡故障转子条劣化传统确定方法极通过频率在电流频谱中表现为边带(PPF=滑差x极数)由于高阻节点或断条产生的转子阻抗升高，导致PPF幅值升高工频幅值和PPF幅值之差是转子状态的指示转子条故障严重性等级传统确定方法CAT No. FL/Fp dB FL/Fp 比率比率 Fp/FL 百分比百分比% 转子状态转子状态 评估评估 推荐的推荐的 行动行动 1 60dB 1000 0.10 优 无 2 54-60 501-1000 0.10-0.20 良 无 3 48-54 251

5、-501 0.20-0.40 一般 继续监测, 只看趋势 4 42-48 126-251 0.40-0.79 转子条裂纹可能在发展 或高阻节点问题 缩短监测间隔, 密集趋势 5 36-42 63-126 0.79-1.58 两个条裂纹或断条 和高阻节点问题 进行振动测试确认原因和等级 6 30-36 32-63 1.58-3.16 多个条裂或断 和端环问题指示; 滑环和节点问题 尽快检修 7 30dB 3.16% 多个断条和端环开裂; 严重问题很多 尽快检修或更换 EMPATH转子健康确定 电流频谱FL和 PPF峰值间的dB差 电动机负荷 解调谱中 PPF峰值 PPF谐波 转速的PPF边带EM

6、PATH转子健康报告Empath 2000 3.2分析结论分析结论 性性 能能 总总 结结转子评语转子评语转子笼条状态正常转子笼条状态正常 X转子笼条状态可疑，参见详细报告转子笼条状态可疑，参见详细报告负荷不足以确定转子笼条状态负荷不足以确定转子笼条状态转转子子笼笼条条健健康康总总结结 Power line dB diff. Se, fund Se, harm Level % Upper SB Lower SB Rotor bar Health index 测测量量值值 0.757 0 - -41.1 -40.3 3.6481 严严重重性性等等级级 转转子子状状态态评评估估 推推荐荐的的校校正

7、正行行动动 7 多根断条和端环故障 尽快检修或更换 Running Speed= 16.533 Hz / 992 Rpm 转速转速Pole pass frequency = 0.757 Hz 极通过频率极通过频率Load= 64.0 % 负荷负荷Se, fund = EMPATH基本滑差位置, Hz (同极通过频率)Se, harm = EMPATH滑差谐频数Level= EMPATH基本滑差及其谐频的幅值之和Motor type 电动机类型电动机类型 Induction Power 功率功率 190.0 KW RPM 转速转速 985.0 Rpm AC/DC AC Poles 极数极数 6

8、Phases:相数相数 3 Voltage 电压电压 380.0 Volt Full Load Current 额定电流额定电流 358.00 Amp Number Stator Slots 定子槽数定子槽数 54 Rotor Bars 转子条数转子条数 42 电动机电流调制MotorLoadCurrent电动机负荷的变化影响电动机汲取的电流电动机负荷变化原因:- 齿轮- 风机- 皮带- 泵- 滑轮- 活塞- 离合器- 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 原始电流组成: 工频 (50Hz) 调制频率 (齿轮, 皮带, 辊子, 活塞, 等.) 解调去掉工频，可容易观察调制信号 频率分析提供波动的图形观察不对中/不平衡 在解调频谱中总能看到转速(RS)谱峰 高的RS峰幅值指示不对中或不平衡 右侧的频谱是一台不对中的380KW, 6.6kV电机产生基础松动 在基

10、础松动情况下，在电机1/2转速频率出现明显的峰值 左侧频谱示出一个650KW, 3.3KV电机，有严重振动 右侧频谱示出同一台电机紧固基础后皮带传动问题Motor type 电动机类型电动机类型 Induction Power 功率功率 150.0 KW RPM 转速转速 1500.0 Rpm AC/DC AC Poles 极数极数 4 Phases:相数相数 3 Voltage 电压电压 380.0 Volt Full Load Current 额定电流额定电流 295.00 Amp 偏心正常 静态偏心 动态偏心 柔性基础轴承松动不正确的气隙 调整轴承座磨损轴承滚道磨损 转子中心转子中心 定

11、子定子偏心是定转子气隙不平均的现象偏心是定转子气隙不平均的现象静态偏心1250KW, 6.6KW电机，静态偏心典型频谱静态偏心产生的峰值频率 = RB x RS nFL；N是奇数动态偏心93 KW, 415 V电机，动态偏心典型频谱动态偏心= RB x RS nFL mRS ; n是奇数，m是任意整数RS*RB+FL+RSRS*RB+FL-RSRS*RB-FL+RSRS*RB-FL-RS定子机械故障410 KW, 6.6 KV电机，铁芯故障典型频谱定子机械故障频率=定子槽数*RS FL; 100Hz间隔的两个峰 中心频率 = M RS*P*3 M为整数定子电气故障1100 KW, 6.6 KV

12、电机，定子匝间绝缘劣化典型频谱定子劣化故障频率=定子槽数*RS FL RS可预测的故障-匝间短路不可预测-相间和对地短路-迅速损坏轴承故障250 KW, 6.6 KV电机，轴承故障典型频谱轴承故障EMPATH识别轴承问题的两种方法：已知轴承型号：- 通过轴承故障系数计算轴承峰值频率- 寻找峰值频率FL位置 （+/-1%）不知道轴承型号：- 寻找非整数倍转速峰值识别了轴承频率，建议振动分析滑动轴承的问题，使用关联分析：查看静态和动态偏心，可判断是否轴承松动滚动轴承电气不平衡 电压不平衡 小的电压不平衡导致大的电流不平衡，导致电动机温升 电动机额定功率 * VFD电压减免系数 NEMA Std.

13、MG 1-1998 不推荐超过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电压减免系电压减免系 数数 电气不平衡 电压源自电源，一般受电动机影响较小 电流不平衡 电流取决于电动机的需要，取决于电动机感知的负荷 3%注意；5%不推荐；10%停机 电流不平衡意味着相间不同Time电流电流 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变压器谐波减免系数变压器谐波减免系数 电流不平衡15HP水泵电动机三相电流，电流不平衡为38，远超出运行这台电动机可接受的水平，拆机检查，发现一相严重匝间短路电源分析 视在功率视在功率 有功功率有功功率 无功功率无功功率 功率因数功率因数 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 电源分析Harmonic Distortion Results: 谐波畸变结果谐波畸变结果 电压输入, 49.976 Hz谐波 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 故障机理: V电流需求增加过热绝缘故障. V零序谐波增加变压器过载故障零总线过热着

17、火, V改造供电系统:-K变压器, 增大零线尺寸，滤波: 零序滤波器u IEEE519-1992: 5%THD, 单谐波3%EMPATH 电动机诊断这是一个 3 相 AC 电动机的高频测试，带综合结果显示: 低功率因数 高的电压偏离 过载 机械问题EMPATH 电动机诊断指示: 转子健康 静态偏心 动态偏心 定子相不平衡 电动机转速 & 滑差 齿轮 & 皮带问题 扭振 & 动态负荷EMPATH 电动机诊断 自动电压和电流水平感应. 自动三相校正以获得正确的功率因数. 自动数据采集和存储. 数据分析可即时进行；也可回办公室后进行. 分析自动确定转子笼条和定子槽数. 自动分析电动机轴承缺陷. 报告可自动在MS Word 产