电机故障诊断技术与应用

电机故障诊断技术与应用何为电机系统?电机系统结构图交流电源ProcessMechanicalandElectricalFeedback电机驱动系统机械系统1200rpm根据EPRI的报告：电机故障的53%源于机械原因，如轴承故障、不平衡、松动等；

47%源于电气原因；这其中，10%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。

电机故障源于何处？引起故障的外在因素一、电机故障诊断的多种途径

电压表安培表功率表数据采集器电源质量分析仪动态效率仪动态电机电流分析MCSA动态电气测试DET

红外分析振动分析超声诊断动态机械测试DMT

欧姆表/毫欧表绝缘电阻计（吸收比/极化指数）高压绝缘测试仪

LCR测试仪浪涌测试仪静态电机电路分析（MCA）静态电气测试SET电机检测的误区！

认为三相平衡是电阻值的平衡是错误的；运行中三相电流的平衡与否要看三相阻抗是否平衡；匝间短路的发展与阻值的降低不成正比！

摇表就可解决问题——错误！电桥可以检测到匝间短路——错误！对地绝缘问题仅占电机系统故障中5%以下使用匝间耐压试验仪？

破坏性试验；波形复杂，难以分析；有些匝间短路的情况在波形上无反映;

设备笨重。二、MCA诊断技术原理MCA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R电感L电容C相角Fi阻抗Z2=R2+(XL-

XC)2电机绕组的重要参数包括：定子转子简单的电阻测试不能解决匝间短路、转子问题。交流电机真正的三相平衡是阻抗

与相角

的平衡。阻抗的平衡测试解决以下问题：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（将磁通集中点转向至缺陷点）。MCA技术的核心——阻抗测试对于某相绕组，测试频率加倍前后，看电流的变化：倍频测试值I/F，即频率加倍的变化率：纯电感电路：I/F-50%即电流减少一半纯电阻电路：I/F-0%即电流不变纯电容电路：I/F100%即电流增加一倍

MCA技术的核心——I/F倍频测试I/F=ΔIII2－II=×100%UR2+(ωL-)2I=

1ωCUR2

+(2ωL-

)2I

频率加倍

=12ωC最初:无匝间短路发生，ωL>>R，类似“纯电感电路”；I/F趋近于-50%最后:匝间短路严重，L失效，仅剩少量R，类似“纯电阻电路”：I/F趋近于-0%

匝间短路的发展趋势是I/F值从-50%向-0%

三相I/F值的比较可轻易诊断匝间短路的位置与程度！例如：-44，-44，-44，完好

-42，-43，-44，良好

-40，-44，-43，短路发生，差！AT31测试范例更新换代的新产品三、诊断与实例AT4测试范例

以上标准已经美国能源部及IEEE的15年考核，被认为阻抗测试较直阻R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。电机诊断的国际标准快速诊断各类故障定子绕组定子铁芯转子轴承风扇绕组短路相角Fi与I/F接头松动电阻R绕组污染或过热电感L与阻抗Z转子状态与细化分析电感或阻抗波形相角与I/F：Fi与I/F>+/-2——同相、同绕组的匝间短路Fi>+/-1,I/F平衡——同相绕组中的线圈间短路（层间短路）Fi平衡,I/F>+/-2——相间短路此结论与电机大小无关电阻~+/-5%精确区分匝间/层间/相间故障匝间线间相间IEEEPENROSE定理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感量L，利用Exel得出以下图形，反映转子的故障类型：铸造缺陷或断条；精密分析转子电磁特性转子完好铸造缺陷导致不平衡气隙BasicDataInterpretation3000hpAlternator交流电机的转子电磁特性静态测试断条！例一：11KW交流电机三相相角Fi与I/F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）。

T1-T2T1-T3T2-T3偏差R0.9541.0540.96510%Z52965646%L20192214%相角Fi8083855I/F-44-39-395绝缘99M

例二：

300KW电机多次轴承失效300KW,3600RPM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。例三：

转子断条振动分析、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Z、L偏差很大，转子测试发现断条。三相电感圆周分布图直流电机测试可进一步检测换向器例四：

410KW直流机车牵引电机电枢污染新电机大面积短路电阻R:5%（>0.250

）

7.5%（<0.250）阻抗Z：5%电感L：5%相角Fi：+/-1度I/F：+/-2与原始数据的偏差应格外注意IEEE

变压器诊断标准（三相偏差）8-9使用时间，噪音很大例五：

150KVA干式变压器例六：绝缘降低且轻微匝间短路的变压器建立数据库管理，实现趋势分析与预测EMCAT专家诊断IEEE推荐的电机状态监测时间间隔：预知维修与监测进程四、MCSA电机电流信号分析技术电流频谱分析

传送带通过频率扇叶通过频率齿轮啮合频率轴承故障频率传送带拍频电源故障

转频定子槽频转子条频电机电气故障电机机械故障

高次谐波转子裂条铸造缺陷或软齿电流谱分析——转子故障电流谱分析——偏心±150Hz±50HzCF=973.2Hz±150Hz±50Hz±24.33Hz静态偏心动态偏心电流谱分析——轴承故障NTN6305BrgBPOR=4.394BPIR=2.6062×BSF=0.372FTF=1.831×2×3×4×BPOR106.9213.8320.7427.6BPIR63.4126.8190.2253.62×BSF9.0518.127.1536.2FTF44.589.0133.6178.1±50Hz320.7Hz427.6Hz外环故障电流谱分析——潜水泵电机静、动态偏心，多重谐波峰，同时存在较高的噪声带转子磨碰电流谱分析——直流电机多重电源谐波+多重触发谐波CSR故障或触发断路电流谱分析——同步电机转子励磁绕阻故障低频段：电源频率LF(50Hz)的多重边频高频段：动态偏心电流谱分析——变频装置变频装置故障波形、低频段、高频段电流谱分析——冲床10秒内的三次冲压过程，B点存在问题磨碰或过阻尼MCSA参量分析转子RSL评判

RSL转子状态应对措施1极佳无2好无3小问题继续监测4转子条裂纹发展或存在条间高阻增加监测频率5单条或两条裂纹，产生高阻增加监测频率，测振动6多条裂纹或存在断条与断环尽快检修7存在多处断条或断环立即检修或更换电流（I）参量分析参量数值分析

变压器谐波衰减因子（THDF）97.5%—105%OK，波形为正弦<97.5%存在冲击，电源须核查>105%存在削波，电源须核查电流偏差ΔI<2%OK2—3%注意3—5%注意温升与振动，应加以检查5—10%应停机检查，否则将产生过热及更严重后果>10%必须停机峰值因子CF<1.35存在削波，电源须核查>1.45存在冲击及尖峰，电源须核查1.35—1.45OK，波形为正弦电压（V）参量分析参量数值分析

电压偏差因子VDF<75%须停机相电压>1.06倍额定电压存在冲击，电源须核查<0.875倍额定电压存在衰减，电源须核查相电压峰值>1.5倍额定电压存在尖峰，电源须核查三相平均电压

>1.06倍额定电压超出最大允许值，存在冲击，电源须核查<0.875倍额定电压低于最小允许值，存在衰减，电源须核查峰值因子CF<1.35存在削波，电源须核查>1.45存在冲击及尖峰，电源须核查1.35—1.45OK三相电压平衡

>3%应核查>5%须停机谐波失真（THD）参量分析THD<5%OK，无谐波失真

奇波THD>5%可能出现3或5次强谐波:3次——较大不平衡电流及零线电流，可能源于供电电源，导致定子绕组过热；5次——叠加在基波上产生扰动的非线性波形。

正序谐波（+veseq：4，7，10……）>5%速度上升，同时存在温升。

逆序谐波（-veseq：2，5，8……）>5%阻尼加大，导致过热，基波必须增长以抵消，从而引发轴承、耦合、转子等多种故障。零序谐波（0seq：3，6，9……）>5%绕组发热，不会影响转动或扭矩；星型系统：产生大量非线性负荷，零线电流剧增，由于相保护断路器不动作而导致过热；角型系统：零序谐波电流产生回路，导致发热，增加电流负荷，导致断路器动作。供电电压参量分析供电电压低于额定

-15%—0效率变化：–4.5%—0工作电流：+7%—0转速：