精密診斷技術(shù)在判斷csp擺剪電機(jī)故障上的應(yīng)用

陳 立

武鋼有限檢修中心 湖北 武漢 430080

1 電機(jī)故障

電機(jī)故障集機(jī)械和電氣于一體,在故障特征的表現(xiàn)上呈多樣性,既有機(jī)械故障的一般特征,也有電氣、磁場等故障特征。長期以來人們通過大量的故障診斷結(jié)果分析發(fā)現(xiàn),電機(jī)故障原因多為：軸承故障和電氣故障。因此,要正確判斷一臺電機(jī)出現(xiàn)故障的原因,就要準(zhǔn)確檢測出電機(jī)軸承、電氣的狀態(tài),以便及時、準(zhǔn)確地排除。現(xiàn)就如何準(zhǔn)確檢測電機(jī)機(jī)械故障和電氣故障加以探討。

2 電機(jī)機(jī)械故障及其特征頻率

電機(jī)與其他旋轉(zhuǎn)機(jī)械一樣,可能產(chǎn)生不平衡、不對中、機(jī)械松動、軸承故障及共振等問,下面我們看下電機(jī)機(jī)械故障產(chǎn)生的原因及其特征頻率。

2.1 電機(jī)轉(zhuǎn)子不平衡及其特征頻率 電機(jī)轉(zhuǎn)子不平衡時,它的波形圖為正弦波,軸心軌跡為圓或橢圓,振動頻率以電機(jī)的1倍的轉(zhuǎn)頻為主,振動方向以水平和垂直振動為主,振幅隨轉(zhuǎn)速升高而增大。

2.2 電機(jī)軸系不對中 (1)不對中主要是相互耦合的一對軸的中心線不重合,不對中又主要分為平行不對中和角度不對中。一般判斷不對中的原則主要根據(jù)轉(zhuǎn)速的變化觀察2倍轉(zhuǎn)頻的變化情況。

(2)角度不對中的特征頻譜：1倍轉(zhuǎn)頻的軸向振動大,2倍轉(zhuǎn)頻的軸向振動與1倍轉(zhuǎn)頻的軸向振動一樣或者更大。

(3)平行不對中的特征頻譜：1倍轉(zhuǎn)頻的徑向振動大,2倍轉(zhuǎn)頻的徑向振動與1倍轉(zhuǎn)頻的徑向振動一樣或者更大。

從上可以看出不對中主要是以振動頻率的1倍頻和2倍頻為主。

2.3 松動故障及其特征頻譜 在電機(jī)故障中存在兩種類型的故障松動現(xiàn)象,即旋轉(zhuǎn)松動和非旋轉(zhuǎn)松動。

(1)旋轉(zhuǎn)松動經(jīng)常是由軸承磨損造成的,當(dāng)由旋轉(zhuǎn)松動的特征時,頻譜圖上會顯示出很強(qiáng)的1倍轉(zhuǎn)頻及其倍頻,大多數(shù)情況下,垂直方向的振動大于水平方向的振動。

(2)非旋轉(zhuǎn)松動主要為結(jié)構(gòu)松動,即地腳、螺栓、加固面松動等情況。其特征頻譜一樣會顯示出1倍轉(zhuǎn)頻及其高倍的諧波。

松動既可能導(dǎo)致機(jī)器的其它故障也可能因其它故障所引起,機(jī)械部件的磨損變形、軸系的不對中、不平衡等與松動相互影響。因松動引發(fā)的振動多為中低頻振動,一般在1000 Hz以下,振動頻率通常為轉(zhuǎn)頻或轉(zhuǎn)頻的分?jǐn)?shù)諧波及高次諧波。

3 電機(jī)機(jī)電氣障及其特征頻率

常見的電機(jī)電氣故障有3大類型,即定子繞組故障,轉(zhuǎn)子繞組故障和氣隙偏心故障。

各種電機(jī)故障的振動頻譜特征：

(1)電動機(jī)轉(zhuǎn)子與定子之間氣隙變化故障 振動頻譜特征：出現(xiàn)明顯的兩倍電源頻率2f L,并伴隨電機(jī)極通過頻率f P邊帶,說明電動機(jī)轉(zhuǎn)子與定子之間氣隙在變化

(2)定子偏心或定子絕緣層短路故障 振動頻譜特征：2f L頻率分量非常突出。可用三種方法來區(qū)分是機(jī)械松動或不對中引起的機(jī)械故障激振頻率還是電氣故障激振頻率：①時間同步平均譜,②細(xì)化譜分析,③斷電試驗(yàn)。

(3)轉(zhuǎn)子條松動故障 振動頻譜特征：轉(zhuǎn)子條通過頻率的二次諧波頻率,幅值增大十分明顯,而1倍通過頻率并不會很大,同時其兩倍電源頻率的邊帶幅值也明顯增大,說明該電動機(jī)轉(zhuǎn)子條松動。

(4)電動機(jī)相位故障(接頭松動)振動頻譜特征：產(chǎn)生兩倍電源頻率的過大的振動幅值,并且2f L兩側(cè)伴有1/3電源頻率(f L/3)的邊帶。

4 應(yīng)用實(shí)列

對某廠擺剪電機(jī)進(jìn)行了前后2個測點(diǎn)測試。測試數(shù)據(jù)如下表

從測試數(shù)據(jù)看出電機(jī)的水平振幅最大。測試頻譜圖如下：

測點(diǎn)路徑：電機(jī)非負(fù)荷端H

采樣頻率：2560赫茲

頻譜

測點(diǎn)路徑：電機(jī)負(fù)荷端H

采樣頻率：2560赫茲

頻譜

測點(diǎn)路徑：電機(jī)非負(fù)荷端A

采樣頻率：2560赫茲

頻譜

診斷結(jié)論

從上面圖譜中看出,擺剪電機(jī)的負(fù)荷端主要頻率為電機(jī)轉(zhuǎn)頻(25 Hz)的1倍頻及其倍頻,非負(fù)荷端主要特征頻率為電機(jī)轉(zhuǎn)頻的2倍頻(50hz)及其諧波,對照特征頻譜圖,可以發(fā)現(xiàn)該電機(jī)存在明顯的不對中及松動現(xiàn)象。由于測試的頻譜圖存在100hz的特征頻率,與該電機(jī)的電源頻率的2倍頻相等。不對中及松動現(xiàn)象到底是由機(jī)械故障引起還是電氣故障引起的呢,我們對該電機(jī)做了斷電實(shí)驗(yàn)。

在電機(jī)旋轉(zhuǎn)過程中,突然斷掉電源,并監(jiān)測了電機(jī)斷電到停轉(zhuǎn)這一段時間的振動狀況,我們發(fā)現(xiàn),斷電后電機(jī)的異響聲并沒有馬上消失,電機(jī)的振動幅值隨著轉(zhuǎn)速的降低而逐漸變小,可見該故障原因是由機(jī)械故障造成,而非電氣故障。在對電機(jī)對中調(diào)整及軸承修復(fù)后,測試數(shù)據(jù)如下：

5 結(jié)論與展望

隨著工業(yè)化生產(chǎn)自動化程度越來越高,電機(jī)故障造成的損失越來越大,因此加強(qiáng)對電機(jī)狀態(tài)的監(jiān)測及故障診斷技術(shù)具有十分重要的意義。本文簡單討論了用精密診斷技術(shù)快速對電機(jī)故障進(jìn)行診斷,如何區(qū)分電氣故障及機(jī)械故障。但是還有很多工作有待深入研究,比如氣隙偏心的更有效的診斷方法,用電流頻譜故障分析診斷法,做好更快更準(zhǔn)確的判斷電機(jī)故障。