多技术融合的电机轴承故障诊断方法

冯宇星

（庆阳职业技术学院，甘肃 庆阳745000）

在现代化的设备的管理与维护之中，有关这边状态的检测和故障的诊断有着非常重要的作用。作为防护性维护的一个必要条件，设备状态与故障检测的技术手段主要包括声发射频谱分析、热成像、振动频谱分析、电信号分析等；它们可以调节设备的管理需求，让其更加的趋于精细化，也能有效的阻止设备发生故障，极大的提升了设备运行时的可靠度，在实现预防性维修到预测性维修方面有着显著的作用，最后可以完全达到给予设备故障的根本原因来进行分析和研究的管理方式。设备状态的检测和相关故障的检测有关技术正在从单一的技术转化为集合多种技术的方面发展。要想从多角度来进行诊断分析多技术集成的诊断的集成方法显得尤为重要，各种不同的诊断技术相互补充，可以有效地降低设备的故障率，提供相关的经济效益。

1 振动频谱分析及电信号分析技术

1.1 振动频谱分析技术

在现场来进行采集设备的一些振动信息主要是为了实现振动频谱分析技术，通过分析借助于专业软件来进行数字化转换辅助振动信息的处理，提取出一些设备状态有关的特征参数之后就可以对设备的基本状态做出判断。包络解调技术和频域分析技术的被录用就可以圆满完成设备的相关故障诊断。

1.1.1 频域分析技术

快速傅立叶变换的相关理论基础，是将原始的N 点离散序列，通过技术研发人员的相关技术分解来形成了若干个一系列的短序列，再利用一个的计算公式来进行实际操作，此公式为离散型傅里叶变换计算式，技术人员通过利用其中的指数因子对称性以及周期性的特点，进行实际运算，从而求出相应的短序列。同时，离散型傅里叶变换计算式通过适当的转变，来达到简化计算结构、降低计算难度、缩短计算时间的效果。

相关技术人员在收集振动时间段的信号过程中，应对信号积极运用快速傅里叶变换，并将最终的信号时间段转换成频域，并从中得出相应的信号频率的成分，这就是所谓的频域分析定理。此种频域分析方式一方面可以准确判定频率的变化具体范畴，并经过实际的测量得出相应的频率能量，另一方面，技术人员可以根据具体的设备工频进行数据分析，并对相应设备进行故障检测，从而可以准确检测设备。就当前我国技术人员的应用情况而言，频域分析方法受到技术人员的广泛欢迎，此种技术相对纯熟，是行之有效的故障诊断方法。

1.1.2 包络解调技术

技术人员利用包络解调技术来完成日常的故障检测任务，此种技术主要是通过技术人员对轴承的局部缺陷进行准确分析，通过测量问题轴承的周期性振动，来进行计算以及判断。此种技术将轴承的工作频率进行适当的包络解调，从而使问题轴承的工作频率更加明显，即利用加速度传感器所实时采集的正度频率信号进行共振解调，技术人员通过实时检测可以及时准确的找出轴承的问题所在，进而可以及时解决相应的轴承问题。在我国，技术人员的实际操作过程中，主要是运用两种方式进行测量，其中一个为检波滤波法，另一个为Hilbert 变换。

1.2 电机电信号分析技术（ESA）

就我国的实际运用状况而言，技术人员将基于时域分析的技术大部分应用于对电力系统的故障检测。在技术人员的实际工作中，主要是应用于对阻抗继电器、接地故障、过电压、过电流等实际操作故障，技术人员往往是应用此种检测方式来进行输电线路的实施检测。随着近几年来，技术人员不断进行技术探索以及技术升级，当供电线路出现故障时，技术人员往往采用定子线电流来进行实施检测。技术人员应用电机检测时，部分应用了基于频域的相关理论技术，尤其是将快速傅里叶变换技术巧妙应用到实际检测中。随着技术水平的不断升级，技术人员在设计的应用过程中，也有了更多的选择余地，通过多种方式进行故障检测。在实际的输电线路运行过程中，除了定子可能会来进行故障分析之外，相关的技术人员在进行相关的线路的故障分析时也可以采用频谱分析的技术来进行相关的分析。但是，当电机的工作速度以及工作状态发生变化时，传统的快速傅里叶变换算法已经无法准确检测电机的运行状态，此时，技术人员利用时域分析法来进行实际检测。

就一般情况分析，电机在运行过程中所产生的信号，技术人员在进行信号分析时，主要是分析在一定的频域范围内所得到的相应数据。但是，根据实际情况我们可以知道造成电机故障的原因会有很多种，不光是电机自身的问题，一些电机外部的因素也会导致供电系统发生故障。因此，技术人员在进行分析时应结合多种因素进行综合分析。在较为理想的状态下，外部供电电源的电压以及电流是完全平衡的，但是在实际的运行过程中，此种平衡的状态时很难实现的，因此电机在实际运行过程中容易出现多种状况。随着科学技术的发展，传统的分析方法已经无法再满足技术人员的实际工作需求。为此，技术人员综合运用多种技术，积极引进先进的电信号分析技术，利用电压信号以及电流信号对电机的实际运用状态进行综合分析。

2 现场案例

本文就以一家公司具体的变频电机作为研究对象来进行检测。在实际的检测过程中，技术人员选定采集点来进行振动信号的收集，尤其重点检测电机两端的轴承位置，测量的主要内容包括了振动的速度以及加速度信号。同时技术人员在电机的进线端进行电流、电压的集中测量，主要是采集单位时间点内的电流以及电压信号。

在相应的技术分析以及检测的过程中，技术人员测量了电机轴延伸端垂直方向的加速度，通过实际测量可知，相应的图谱相对混轮，但是没有明显冲突发生。技术人员将测得的减速度信号运用快速傅里叶变换进行实际测量，并计算相应的周期频率以及相应的震动幅值，技术人员通过相应的计算，可以大致得出电机轴承外圈故障频率。在实际的测量过程中技术人员进行实际测量以及多重分析，最终分析出公司运行的轴承的表面存在缺陷。

在电机的理想运行状态下，所形成的电压波为标准、规律的周期性正弦波。但是在实际的运行过程中，一些具有阻抗特性的用电设施会存在于电力系统之中，类似于这样的设备在进入到公用网络后，会对实际的电压造成影响，主要表现为电压正弦波的波形发生变化，从而影响线路运行的稳定性。根据本公司的实际运行状况分析，该电机属于大功率变频电，主要是采用变频电源进行供电，在实际的运行过程中，变频器的开关的高速变动会导致电机在短时间内的电压、电流发生巨大的变化，从而导致电流、电压的波形中存在大量的谐波，会对输电线路的运行稳定性造成极大的影响。

3 处理方案及结果验证

3.1 技术人员根据电机运行的实际情况进行适当的加工调整，在电机变频器的输出端加入相应的输出电抗器，可以极大降低电机在运行过程中产生谐波的可能性。

3.2 技术人员根据公司电机在运行中出现的具体问题，将轴承的电流从内部引出，这样就能够帮助轴承避免相关的电流在运行的过程中持续放电，让轴承运行的更加稳定。

3.3 将绝缘的轴承运用到电动机两端的轴承上面，就能够使电源谐波不再经过轴承的内部，从而可以使得轴承的内部不被点蚀。技术人员应不断进行技术的探索与革新，将电机进行适当改造，将电机两端的轴承更换为具有绝缘性能的轴承，尽量避免电源谐波对轴承运行造成的影响，尽可能延长轴承的使用年限。

结束语

随着现代技术的不断优化升级，广大技术人员应不断进行技术的探索与革新，充分结合先进的检测技术，准确判断电机轴承的故障所在以及故障原因。相关技术人员应根据电机轴承的实际运行效果，从根源解决电机的实际运行问题，进而延长电机的使用年限。技术人员应巧妙利用振动频谱分析与电气信号分析技术相结合的故障诊断方法，提高检测的准确性，提升工作效率以及工作质量，进而降低修理成本，提高公司的综合效益。