精密诊断技术在判断csp摆剪电机故障上的应用

陈 立

武钢有限检修中心 湖北 武汉 430080

1 电机故障

电机故障集机械和电气于一体,在故障特征的表现上呈多样性,既有机械故障的一般特征,也有电气、磁场等故障特征。长期以来人们通过大量的故障诊断结果分析发现,电机故障原因多为：轴承故障和电气故障。因此,要正确判断一台电机出现故障的原因,就要准确检测出电机轴承、电气的状态,以便及时、准确地排除。现就如何准确检测电机机械故障和电气故障加以探讨。

2 电机机械故障及其特征频率

电机与其他旋转机械一样,可能产生不平衡、不对中、机械松动、轴承故障及共振等问,下面我们看下电机机械故障产生的原因及其特征频率。

2.1 电机转子不平衡及其特征频率 电机转子不平衡时,它的波形图为正弦波,轴心轨迹为圆或椭圆,振动频率以电机的1倍的转频为主,振动方向以水平和垂直振动为主,振幅随转速升高而增大。

2.2 电机轴系不对中 (1)不对中主要是相互耦合的一对轴的中心线不重合,不对中又主要分为平行不对中和角度不对中。一般判断不对中的原则主要根据转速的变化观察2倍转频的变化情况。

(2)角度不对中的特征频谱：1倍转频的轴向振动大,2倍转频的轴向振动与1倍转频的轴向振动一样或者更大。

(3)平行不对中的特征频谱：1倍转频的径向振动大,2倍转频的径向振动与1倍转频的径向振动一样或者更大。

从上可以看出不对中主要是以振动频率的1倍频和2倍频为主。

2.3 松动故障及其特征频谱 在电机故障中存在两种类型的故障松动现象,即旋转松动和非旋转松动。

(1)旋转松动经常是由轴承磨损造成的,当由旋转松动的特征时,频谱图上会显示出很强的1倍转频及其倍频,大多数情况下,垂直方向的振动大于水平方向的振动。

(2)非旋转松动主要为结构松动,即地脚、螺栓、加固面松动等情况。其特征频谱一样会显示出1倍转频及其高倍的谐波。

松动既可能导致机器的其它故障也可能因其它故障所引起,机械部件的磨损变形、轴系的不对中、不平衡等与松动相互影响。因松动引发的振动多为中低频振动,一般在1000 Hz以下,振动频率通常为转频或转频的分数谐波及高次谐波。

3 电机机电气障及其特征频率

常见的电机电气故障有3大类型,即定子绕组故障,转子绕组故障和气隙偏心故障。

各种电机故障的振动频谱特征：

(1)电动机转子与定子之间气隙变化故障 振动频谱特征：出现明显的两倍电源频率2f L,并伴随电机极通过频率f P边带,说明电动机转子与定子之间气隙在变化

(2)定子偏心或定子绝缘层短路故障 振动频谱特征：2f L频率分量非常突出。可用三种方法来区分是机械松动或不对中引起的机械故障激振频率还是电气故障激振频率：①时间同步平均谱,②细化谱分析,③断电试验。

(3)转子条松动故障 振动频谱特征：转子条通过频率的二次谐波频率,幅值增大十分明显,而1倍通过频率并不会很大,同时其两倍电源频率的边带幅值也明显增大,说明该电动机转子条松动。

(4)电动机相位故障(接头松动)振动频谱特征：产生两倍电源频率的过大的振动幅值,并且2f L两侧伴有1/3电源频率(f L/3)的边带。

4 应用实列

对某厂摆剪电机进行了前后2个测点测试。测试数据如下表

从测试数据看出电机的水平振幅最大。测试频谱图如下：

测点路径：电机非负荷端H

采样频率：2560赫兹

频谱

测点路径：电机负荷端H

采样频率：2560赫兹

频谱

测点路径：电机非负荷端A

采样频率：2560赫兹

频谱

诊断结论

从上面图谱中看出,摆剪电机的负荷端主要频率为电机转频(25 Hz)的1倍频及其倍频,非负荷端主要特征频率为电机转频的2倍频(50hz)及其谐波,对照特征频谱图,可以发现该电机存在明显的不对中及松动现象。由于测试的频谱图存在100hz的特征频率,与该电机的电源频率的2倍频相等。不对中及松动现象到底是由机械故障引起还是电气故障引起的呢,我们对该电机做了断电实验。

在电机旋转过程中,突然断掉电源,并监测了电机断电到停转这一段时间的振动状况,我们发现,断电后电机的异响声并没有马上消失,电机的振动幅值随着转速的降低而逐渐变小,可见该故障原因是由机械故障造成,而非电气故障。在对电机对中调整及轴承修复后,测试数据如下：

5 结论与展望

随着工业化生产自动化程度越来越高,电机故障造成的损失越来越大,因此加强对电机状态的监测及故障诊断技术具有十分重要的意义。本文简单讨论了用精密诊断技术快速对电机故障进行诊断,如何区分电气故障及机械故障。但是还有很多工作有待深入研究,比如气隙偏心的更有效的诊断方法,用电流频谱故障分析诊断法,做好更快更准确的判断电机故障。