电机故障诊断技术与应用

1、BMA INSTRUMENT 电机电机MCA诊断技术应用诊断技术应用BMA INSTRUMENT 电机电机MCA诊断技术应用诊断技术应用交流电源交流电源Process Mechanical and Electrical Feedback电机驱动系统电机驱动系统机械系统机械系统1200 rpmBMA INSTRUMENT 电机电机MCA诊断技术应用诊断技术应用根据根据 EPRI的报告：的报告： 电机故障的电机故障的 53%源于机械原因，如轴承故障、不平衡、松动等；源于机械原因，如轴承故障、不平衡、松动等； 47%源于电气原因；源于电气原因； 这其中，这其中，10%源于转子，如铸件缺陷导致的不平衡

2、气隙、断条等；源于转子，如铸件缺陷导致的不平衡气隙、断条等； 37%源于定子绕组。源于定子绕组。 41%12%37%10%轴承故障对中问题定子故障（短路等）转子故障（断条等）BMA INSTRUMENT 电机电机MCA诊断技术应用诊断技术应用24%17%20%1%5%10%12%5%6%过载过载潮湿潮湿润滑不良润滑不良化学污染化学污染粉尘颗粒粉尘颗粒单相运行单相运行轴承失效轴承失效绝缘老化绝缘老化其它其它BMA INSTRUMENT 电机电机MCA诊断技术应用诊断技术应用 电压表电压表 安培表安培表 功率表功率表 数据采集器数据采集器 电源质量分析仪电源质量分析仪 动态效率仪动态效率仪 动态电

3、机电流分析动态电机电流分析MCSA动态电气测试动态电气测试 DET 红外分析红外分析 振动分析振动分析 超声诊断超声诊断动态机械测试动态机械测试 DMT 欧姆表欧姆表 / 毫欧表毫欧表 绝缘电阻计（吸收比绝缘电阻计（吸收比 / 极化指数）极化指数） 高压绝缘测试仪高压绝缘测试仪 LCR 测试仪测试仪 浪涌测试仪浪涌测试仪 静态电机电路分析（静态电机电路分析（MCA）静态电气测试静态电气测试 SETBMA INSTRUMENT 电机电机MCA诊断技术应用诊断技术应用1)认为三相平衡是电阻值的平衡是错误的；认为三相平衡是电阻值的平衡是错误的；2)运行中三相电流的平衡与否要看三相阻抗是否平衡；运行中

4、三相电流的平衡与否要看三相阻抗是否平衡；3)3) 匝间短路的发展与阻值的降低不成正比！匝间短路的发展与阻值的降低不成正比！ v摇表就可解决问题摇表就可解决问题错误！错误！ v电桥可以检测到匝间短路电桥可以检测到匝间短路错误！错误！对地绝缘问题仅占电机系统故障中对地绝缘问题仅占电机系统故障中 5%以下以下v使用匝间耐压试验仪？使用匝间耐压试验仪？ 1) 破坏性试验；破坏性试验；2) 波形复杂，难以分析；波形复杂，难以分析；3) 有些匝间短路的情况在波形上无反映有些匝间短路的情况在波形上无反映;4) 设备笨重。设备笨重。BMA INSTRUMENT 电机电机MCA诊断技术应用诊断技术应用p MCA

5、 基本原理将电机看成是包含电阻、电感、电容的复杂电路。基本原理将电机看成是包含电阻、电感、电容的复杂电路。 电阻电阻 R 电感电感 L 电容电容 C 相角相角 Fi 阻抗阻抗 Z2 = R2+ ( XL - XC ) 2p 电机绕组的重要参数包括：电机绕组的重要参数包括：BMA INSTRUMENT 电机电机MCA诊断技术应用诊断技术应用p 简单的电阻测试不能解决匝间短路、转子问题。简单的电阻测试不能解决匝间短路、转子问题。p 交流电机真正的三相平衡是交流电机真正的三相平衡是 与与 的平衡。的平衡。BMA INSTRUMENT 电机电机MCA诊断技术应用诊断技术应用转子故障：铸件缺陷、气隙不均

6、衡、偏心、断条断环；转子故障：铸件缺陷、气隙不均衡、偏心、断条断环；定子绕组故障：匝间、线间（层间）、相间短路；绝缘缺陷（将磁通集定子绕组故障：匝间、线间（层间）、相间短路；绝缘缺陷（将磁通集中点转向至缺陷点）。中点转向至缺陷点）。MCA技术的核心技术的核心 阻抗测试阻抗测试BMA INSTRUMENT 电机电机MCA诊断技术应用诊断技术应用对于某相绕组，测试频率加倍前后，看电流的变化：对于某相绕组，测试频率加倍前后，看电流的变化：倍频测试值倍频测试值 I/F，即频率加倍的变化率：，即频率加倍的变化率： 纯电感电路：纯电感电路：I/F - 50%即电流减少一半即电流减少一半 纯电阻电路：纯电阻

7、电路：I/F - 0% 即电流不变即电流不变 纯电容电路：纯电容电路： I/F 100% 即电流增加一倍即电流增加一倍 MCA技术的核心技术的核心 I/F倍频测试倍频测试I/F =III2II=100%U R2 + (L- )2I = 1CUR2 + (2L- )2 频率加倍频率加倍 = 12CBMA INSTRUMENT 电机电机MCA诊断技术应用诊断技术应用最初最初:无匝间短路发生，无匝间短路发生，LR，类似，类似“纯电感电路纯电感电路”； 最后最后:匝间短路严重，匝间短路严重，L失效，仅剩少量失效，仅剩少量 R，类似，类似“纯电阻电路纯电阻电路”： t 匝间短路的发展趋势是匝间短路的发展

8、趋势是 I/F值从值从 -50%向向 -0%t 三相三相 I/F值的比较可轻易诊断匝间短路的位置与程度！值的比较可轻易诊断匝间短路的位置与程度！例如：例如： -44，-44，-44，完好，完好 -42，-43，-44，良好，良好 -40，-44，-43，短路发生，差！，短路发生，差！BMA INSTRUMENT 电机电机MCA诊断技术应用诊断技术应用电电机机描描述述 2.5 Kw 交交流流鼠鼠笼笼式式电电机机 （使使用用AT31，测测试试频频率率200Hz） 测测试试参参数数 阻阻抗抗Z() I/F (%) 转转子子I (%) 绝绝缘缘 T1-T2 2.24 48 71 T1-T3 2.27

9、48 71 2 +3 99M T2-T3 2.26 47 70 更新换代的新产品更新换代的新产品BMA INSTRUMENT 电机电机MCA诊断技术应用诊断技术应用三相交流电机，三相交流电机，匝间短路匝间短路 测试参数测试参数 T1-T2 T1-T3 T2-T3 不平衡不平衡 R 74.6 74.6 74.6 0% Z 217 210 208 4% L 325 313 309 5% I/F -50 -49 -44 6 Phase Angle 9 13 52 43 绝缘绝缘 99 Meg BMA INSTRUMENT 电机电机MCA诊断技术应用诊断技术应用IEEE 电电机机三三相相平平衡衡评评判

10、判标标准准 测测试试项项目目 良良好好 缺缺陷陷 故故障障 电电感感 L 5% 10% 15% 阻阻抗抗 Z 2% 3% 5% I/F 0 2 3 相相角角 Fi 0 1 2 以上标准已经以上标准已经 美国能源部美国能源部 及及 IEEE 的的15年考核，被认为阻抗测试年考核，被认为阻抗测试较直阻较直阻R的测试更精确，的测试更精确，I/F用于评估故障源于定子还是转子，且能够用于评估故障源于定子还是转子，且能够诊断早期匝间短路等故障。如今这一标准已成为美能源部推荐的电机诊断早期匝间短路等故障。如今这一标准已成为美能源部推荐的电机质量评判依据。质量评判依据。电机诊断的国际标准电机诊断的国际标准BM

11、A INSTRUMENT 电机电机MCA诊断技术应用诊断技术应用定子绕组定子绕组定子铁芯定子铁芯转子转子轴承轴承风扇风扇绕组短路绕组短路 相角相角 Fi 与与 I/F接头松动接头松动 电阻电阻 R绕组污染或过热绕组污染或过热 电感电感 L 与与 阻抗阻抗 Z转子状态与细化分析转子状态与细化分析 电感或阻抗波形电感或阻抗波形BMA INSTRUMENT 电机电机MCA诊断技术应用诊断技术应用相角相角 与与 I/F ： Fi 与与 I/F +/- 2 同相、同绕组的匝间短路同相、同绕组的匝间短路 Fi +/- 1, I/F 平衡平衡 同相绕组中的线圈间短路（层间短路）同相绕组中的线圈间短路（层间短

12、路） Fi 平衡平衡, I/F +/- 2 相间短路相间短路此结论与电机大小无关此结论与电机大小无关电阻电阻 +/- 5%I/F-45-45-42Fi676864I/F-45-45-44Fi676864I/F-45-45-42Fi686868匝间匝间线间线间相间相间IEEE PENROSE 定理定理BMA INSTRUMENT 电机电机MCA诊断技术应用诊断技术应用 将转子一周看成时钟的将转子一周看成时钟的12等分，在每个位置分别测试每相的电等分，在每个位置分别测试每相的电感量感量L，利用，利用 Exel 得出以下图形，反映转子的故障类型：铸造得出以下图形，反映转子的故障类型：铸造缺陷或断条；

13、缺陷或断条；10310410510610712345678910 11 12转子完好转子完好铸造缺陷导致不平衡气隙铸造缺陷导致不平衡气隙6.57.58.59.510.5Rotor PositionInductance (mH)10310410510610712345678910 11 12BMA INSTRUMENT 电机电机MCA诊断技术应用诊断技术应用Basic Data Interpretation3000 hp Alternator断条！断条！BMA INSTRUMENT 电机电机MCA诊断技术应用诊断技术应用 三相相角三相相角Fi与与 I/F 不平衡，电机仍在运行，但随时会发生停机事

14、故。不平衡，电机仍在运行，但随时会发生停机事故。 测试结果反映出定子绕组的故障（匝间短路）。测试结果反映出定子绕组的故障（匝间短路）。T1-T2T1-T3T2-T3偏差偏差R0.9541.0540.96510%Z52965646%L20192214%相角相角Fi8083855I/F-44-39-395绝缘绝缘99MBMA INSTRUMENT 电机电机MCA诊断技术应用诊断技术应用 300 KW, 3600 RPM 连续多次发生轴承失效；连续多次发生轴承失效； 存在铸造缺陷，同时存在偏心，最大的可能是轴套定位偏差。存在铸造缺陷，同时存在偏心，最大的可能是轴套定位偏差。BMA INSTRUMEN

15、T 电机电机MCA诊断技术应用诊断技术应用4550556065707512369 交流电机测试交流电机测试 T1-T2 T1-T3 T2-T3 偏差偏差 R 1.511 1.533 1.535 1% Z 168 280 265 67% L 66 55 52 27% I/F -44 -44 -44 0 Phase Angle 81 80 80 1 绝缘绝缘 99 Meg 振动分析、电流分析检测，都因信号太弱而没有发现问题。振动分析、电流分析检测，都因信号太弱而没有发现问题。 R、Fi、I/F均无大的偏差，而均无大的偏差，而Z、L偏差很大，转子测试发现断条。偏差很大，转子测试发现断条。三相电感圆周

16、分布图三相电感圆周分布图BMA INSTRUMENT 电机电机MCA诊断技术应用诊断技术应用励磁励磁电枢一次电枢一次电枢二次电枢二次电阻电阻 R0.0120.0880.088电感电感 L244阻抗阻抗 Z499I/F-23-48-48相角相角 Fi276565绝缘绝缘99M99MBMA INSTRUMENT 电机电机MCA诊断技术应用诊断技术应用电电枢枢回回路路测测试试参参数数励励磁磁回回路路第第一一次次测测试试第第二二次次测测试试电电阻阻 R0.0050.0550.053阻阻抗抗 Z399倍倍频频测测试试 I/F-25-45-45阻阻抗抗角角26636302/10/3013:53410kW绝

17、绝缘缘99M99M电电枢枢回回路路测测试试参参数数励励磁磁回回路路第第一一次次测测试试第第二二次次测测试试电电阻阻 R0.0170.4720.630阻阻抗抗 Z344倍倍频频测测试试 I/F-25-31-36阻阻抗抗角角26333002/10/3013:53410kW绝绝缘缘99M0.1M 电电枢枢回回路路测测试试参参数数励励磁磁回回路路第第一一次次测测试试第第二二次次测测试试电电阻阻 R0.0111.941.93阻阻抗抗 Z333倍倍频频测测试试 I/F-25-7-7阻阻抗抗角角268803/03/1310:35410kW绝绝缘缘99M99M电枢污染电枢污染新电机新电机大面积短路大面积短路B

18、MA INSTRUMENT 电机电机MCA诊断技术应用诊断技术应用u电阻电阻 R: 5%（0.250 ） 7.5%（0.250 ）u阻抗阻抗 Z： 5%u电感电感 L： 5%u相角相角 Fi： +/- 1度度uI/F ： +/- 2u与原始数据的偏差应格外注意与原始数据的偏差应格外注意BMA INSTRUMENT 电机电机MCA诊断技术应用诊断技术应用T1-T2T1-T3T2-T3Resistance0.020.0310.041Impedance111Inductance000Phase Angle181918I/F-29-33-29Insulation#.#8-9 使用时间，噪音很大使用时间

19、，噪音很大 BMA INSTRUMENT 电机电机MCA诊断技术应用诊断技术应用T1-T2T1-T3T2-T3Resistance0.0530.0620.082Impedance111Inductance000Phase Angle191919I/F-29-29-30Insulation2.202BMA INSTRUMENT 电机电机MCA诊断技术应用诊断技术应用BMA INSTRUMENT 电机电机MCA诊断技术应用诊断技术应用EMCAT 专家诊断专家诊断BMA INSTRUMENT 电机电机MCA诊断技术应用诊断技术应用IEEE推荐的电机状态监测时间间隔：推荐的电机状态监测时间间隔：电电机

20、机类类别别干干净净、干干燥燥适适中中脏脏、潮潮湿湿三三相相非非重重要要电电机机12 个个月月96三三相相生生产产电电机机663三三相相关关键键电电机机321DC 电电机机663变变压压器器1296BMA INSTRUMENT 电机电机MCA诊断技术应用诊断技术应用BMA INSTRUMENT 电机电机MCA诊断技术应用诊断技术应用v 传送带通过频率传送带通过频率v 扇叶通过频率扇叶通过频率v 齿轮啮合频率齿轮啮合频率v 轴承故障频率轴承故障频率v 传送带拍频传送带拍频电源故障电源故障v 转频转频v 定子槽频定子槽频v 转子条频转子条频v 高次谐波高次谐波BMA INSTRUMENT 电机电机M

21、CA诊断技术应用诊断技术应用转子裂条转子裂条铸造缺陷或软齿铸造缺陷或软齿BMA INSTRUMENT 电机电机MCA诊断技术应用诊断技术应用150Hz 50HzCF=973.2Hz150Hz 50Hz 24.33HzBMA INSTRUMENT 电机电机MCA诊断技术应用诊断技术应用106.9213.8320.7427.663.4126.8190.2253.69.0518.127.1536.244.589.0133.6178.1 50Hz320.7Hz427.6HzBMA INSTRUMENT 电机电机MCA诊断技术应用诊断技术应用静、动态偏心，多重谐波峰，同时存在较高的噪声带静、动态偏心，多

22、重谐波峰，同时存在较高的噪声带转子磨碰转子磨碰BMA INSTRUMENT 电机电机MCA诊断技术应用诊断技术应用多重电源谐波多重电源谐波 + 多重触发谐波多重触发谐波CSR故障故障或触发断路或触发断路BMA INSTRUMENT 电机电机MCA诊断技术应用诊断技术应用转子励磁转子励磁绕阻故障绕阻故障低频段：电源频率低频段：电源频率 LF(50Hz)的多重边频的多重边频高频段：动态偏心高频段：动态偏心BMA INSTRUMENT 电机电机MCA诊断技术应用诊断技术应用变频装置故障变频装置故障BMA INSTRUMENT 电机电机MCA诊断技术应用诊断技术应用10秒内的三次冲压过程，秒内的三次冲

23、压过程，B点存在问题点存在问题磨碰磨碰或过阻尼或过阻尼BMA INSTRUMENT 电机电机MCA诊断技术应用诊断技术应用BMA INSTRUMENT 电机电机MCA诊断技术应用诊断技术应用BMA INSTRUMENT 电机电机MCA诊断技术应用诊断技术应用参量参量数值数值分析分析 变压器变压器谐波衰减因子谐波衰减因子（THDF）97.5%105%OK，波形为正弦，波形为正弦105%存在削波，电源须核查存在削波，电源须核查电流偏差电流偏差I10%必须停机必须停机峰值因子峰值因子CF1.45存在冲击及尖峰，电源须核查存在冲击及尖峰，电源须核查1.351.45OK，波形为正弦，波形为正弦BMA I

24、NSTRUMENT 电机电机MCA诊断技术应用诊断技术应用参量参量数值数值分析分析 电压偏差因子电压偏差因子VDF 1.06倍额定电压倍额定电压存在冲击，电源须核查存在冲击，电源须核查1.5倍额定电压倍额定电压存在尖峰，电源须核查存在尖峰，电源须核查三相平均电压三相平均电压 1.06倍额定电压倍额定电压超出最大允许值，存在冲击，超出最大允许值，存在冲击，电源须核查电源须核查0.875倍额定电压倍额定电压低于最小允许值，存在衰减，低于最小允许值，存在衰减，电源须核查电源须核查峰值因子峰值因子CF1.45存在冲击及尖峰，电源须核查存在冲击及尖峰，电源须核查1.351.45OK 三相电压平衡三相电压平衡 3%应核查应核查5%须停机须停机BMA INSTRUMENT 电机电机MCA诊断技术应用诊断技术应用THD 5%可能出现