1、 第九章第九章 电动机故障诊断电动机故障诊断主讲：王林鸿教授、博士机械与汽车工程学院电动机故障诊断特点电动机故障诊断特点电动机是机械设备最常用的动力源，其内部能电动机是机械设备最常用的动力源，其内部能量转换分为三个环节：电气环节、磁耦合环节、量转换分为三个环节：电气环节、磁耦合环节、机械环节，其振动组成十分复杂，故障电机振机械环节，其振动组成十分复杂，故障电机振动信号包含有机械振动、电磁振动及其多次谐动信号包含有机械振动、电磁振动及其多次谐波、冷却流体振动等；波、冷却流体振动等；本章主要讲述磁耦合环节的故障诊断技术，而本章主要讲述磁耦合环节的故障诊断技术，而且主要讲述交流感应异步电动机，突出重
2、点。且主要讲述交流感应异步电动机，突出重点。91 电动机类型特点与测定标准电动机类型特点与测定标准一、电机的主要部件：一、电机的主要部件：1.1.定子。是输入电功率，产生磁场的静止部件。定子。是输入电功率，产生磁场的静止部件。2.2.转子。是产生一个与定子磁场相对运动的磁场，转子。是产生一个与定子磁场相对运动的磁场，并输出机械功率的重要部件。并输出机械功率的重要部件。3.3.集电环和换向器。是构成旋转部分导电，建立相集电环和换向器。是构成旋转部分导电，建立相对运动磁场的滑动接触机构。对运动磁场的滑动接触机构。4.4.轴承装置。是支撑转子旋转，保持定子、转子相轴承装置。是支撑转子旋转，保持定子、
3、转子相对位置的机械结构。对位置的机械结构。二二、电机振动的限值电机振动的限值 根据国家标准根据国家标准GBl0068GBl00682-882-88旋转电机振动测定方旋转电机振动测定方法及振动限值法及振动限值的规定，对不同轴中心高和转速的单台电的规定，对不同轴中心高和转速的单台电机，在按机，在按GBl0068GBl00681 1规定的方式测定时，其振动速度有效规定的方式测定时，其振动速度有效值应不超过表值应不超过表9-19-1的规定。的规定。表表9 91 1 电动机振动速度有效值的极限标准（电动机振动速度有效值的极限标准（mmmms s）安装方式弹性悬置刚性安装轴中心高（mm）45H132132
4、H225 225400标准转速rmin600n18001.81.82.82.81800ZZR R 时，频率成分以时，频率成分以f fk1k1为主；为主；Z Zs sZZZR R）图96 交流感应电机（P=2，ZR=40，ZS=48）的声音频谱图Hzfk100050)01(2400Hzfk1100502)01(2401Hzfk900502)01(2402图图98 电磁振动发生机理电磁振动发生机理a)2极电机定、转子和磁通极电机定、转子和磁通 b)定子所受电磁力和旋转力波定子所受电磁力和旋转力波c)旋转磁场波形旋转磁场波形 d)磁拉力变化波形磁拉力变化波形 e)电磁振动的波形电磁振动的波形93 电
5、动机的故障特征电动机的故障特征 9 93 31 1 定子异常产生的电磁振动定子异常产生的电磁振动由于定子三相绕组产生的是一个旋转磁场，它在定、转子气隙中以同步速由于定子三相绕组产生的是一个旋转磁场，它在定、转子气隙中以同步速度度n n0 0旋转。若电网频率为旋转。若电网频率为f f0 0，则同步速度，则同步速度n n0 0=60 f=60 f0 0/P/P。机座上受力部位是随磁场的旋转而在不断改变位置。从图机座上受力部位是随磁场的旋转而在不断改变位置。从图9 98c)8c)至至e)e)中可中可以看出，当旋转磁场回转一周，磁拉力和电磁振动却变化两次以看出，当旋转磁场回转一周，磁拉力和电磁振动却变
6、化两次（2 2极电极电机）机）。定子电磁振动特征频率定子电磁振动特征频率 因电磁振动在空间位置上和旋转磁场是同步的，定子电磁因电磁振动在空间位置上和旋转磁场是同步的，定子电磁振动频率应为旋转磁场频率振动频率应为旋转磁场频率(f(f0 0P)P)和电磁力极数和电磁力极数(2P)(2P)之乘之乘积积2f2f0 0，也就是，也就是2 2倍的电源频率。倍的电源频率。由此可知，电机在正常工作时，机座上受到一个频率为电由此可知，电机在正常工作时，机座上受到一个频率为电网频率网频率2 2倍的旋转力波的作用，而可能产生振动，振动大小倍的旋转力波的作用，而可能产生振动，振动大小则和旋转力波大小和机座刚度直接有关
7、。则和旋转力波大小和机座刚度直接有关。定子电磁振动异常主要原因及特点定子电磁振动异常主要原因及特点定子电磁振动异常的主要原因定子电磁振动异常的主要原因（1 1）定子三相磁场不对称。如电网三相电压不平衡，）定子三相磁场不对称。如电网三相电压不平衡，因接触不良造成单相运行，定子绕组三相不对称等原因，因接触不良造成单相运行，定子绕组三相不对称等原因，都会导致定子磁场的不对称，而产生异常振动。都会导致定子磁场的不对称，而产生异常振动。（2 2）定子铁心和定子线圈松动，将使定子电磁振动和）定子铁心和定子线圈松动，将使定子电磁振动和电磁噪声加大，在这种情况下，振动频谱图中，电磁振动电磁噪声加大，在这种情况
8、下，振动频谱图中，电磁振动除了除了2f2f0 0的基本成份之外，还可以出现的基本成份之外，还可以出现4 f4 f0 0、6 f6 f0 0、8 f8 f0 0的的谐波成分。谐波成分。（3 3）电动机座底脚螺钉松动，其结果相当于机座刚度）电动机座底脚螺钉松动，其结果相当于机座刚度降低，使电动机在接近降低，使电动机在接近2f2f0 0的频率的范围发生共振，因而的频率的范围发生共振，因而使定子振动增大，结果产生异常振动。使定子振动增大，结果产生异常振动。定子电磁振动定子电磁振动异常原因示例异常原因示例定子电磁振动的特征：定子电磁振动的特征：1 1）振动频率为电源频率的）振动频率为电源频率的2 2倍；
9、倍；2 2）切断电源，电磁振动立即消失；）切断电源，电磁振动立即消失；3 3）振动可以在定子机座和轴承上测得；）振动可以在定子机座和轴承上测得；4 4）振动幅值与机座刚度和电机的负载有关。）振动幅值与机座刚度和电机的负载有关。9 93 32 2 气隙不均匀引起的电磁振动气隙不均匀引起的电磁振动 气隙不均匀（或称气隙偏心）有两种情况，气隙不均匀（或称气隙偏心）有两种情况，一种是由于定子、转子不同心产生的静态不均匀；一种是由于定子、转子不同心产生的静态不均匀；另一种是由于轴弯曲或转子与轴不同心所产生的另一种是由于轴弯曲或转子与轴不同心所产生的动态不均匀。它们都会引起电磁振动，但是振动动态不均匀。它
10、们都会引起电磁振动，但是振动的特征并不完全相同。的特征并不完全相同。1.1.气隙静态不均引起电磁振动气隙静态不均引起电磁振动电动机定子中心与转子轴心不重合时，定、转子之间气隙将出现偏心电动机定子中心与转子轴心不重合时，定、转子之间气隙将出现偏心现象，这种气隙偏心往往固定在某一位置，它不随转子旋转而改变位现象，这种气隙偏心往往固定在某一位置，它不随转子旋转而改变位置。置。（或定子椭圆）或定子椭圆）从图从图9 910a)10a)中可以看出，由于通过气隙最小点中可以看出，由于通过气隙最小点A A的旋转磁场频率为的旋转磁场频率为f0f0P P，这时不平衡磁拉力将变化，这时不平衡磁拉力将变化2P2P次，
11、因不平衡磁拉力和电磁振动频次，因不平衡磁拉力和电磁振动频率为率为 。图图910 静态、动态偏心的电磁振动静态、动态偏心的电磁振动a)静态偏心静态偏心 b)动态偏心动态偏心 c)动态偏心电磁力的拍振动态偏心电磁力的拍振002/2fPfPf静态气隙偏心电磁振动特征静态气隙偏心电磁振动特征1 1）电磁振动频率是电源频率）电磁振动频率是电源频率f f0 0的的2 2倍，即倍，即f=2 ff=2 f0 0；2 2）振动随偏心值的增大而增加，与电动机负荷关系也是如）振动随偏心值的增大而增加，与电动机负荷关系也是如此；此；3 3）气隙偏心产生的电磁振动与定子异常产生的电磁振动较）气隙偏心产生的电磁振动与定子
12、异常产生的电磁振动较难区别难区别。2.2.气隙动态偏心电磁振动气隙动态偏心电磁振动 电动机气隙的动态偏心是由转轴挠曲、转子铁心不圆或转电动机气隙的动态偏心是由转轴挠曲、转子铁心不圆或转子与轴不同心等造成的，偏心的位置对定子是不固定的，子与轴不同心等造成的，偏心的位置对定子是不固定的，对转子是固定的，因此，偏心位置随转子的旋转而同步的对转子是固定的，因此，偏心位置随转子的旋转而同步的移动，如图移动，如图9 910b)10b)所示。所示。旋转磁场同步速度旋转磁场同步速度 f f0 0/P,/P,转子速度转子速度(1-s)f(1-s)f0 0/P,/P,旋转磁场旋转磁场超越转子速度超越转子速度ff0
13、 0/P-(1-s)f/P-(1-s)f0 0/P/P 2P2P=2sf=2sf0 0 所产生的电磁力时域波形是以频率所产生的电磁力时域波形是以频率2 2f f0 0/P/P振动，同时以频振动，同时以频率率2sf2sf0 0脉动，两者叠加波形（调幅）如图脉动，两者叠加波形（调幅）如图9-10c9-10c所示。所示。气隙动态偏心电磁振动特征气隙动态偏心电磁振动特征1 1）转子旋转频率和旋转磁场同步转速频率的电磁振）转子旋转频率和旋转磁场同步转速频率的电磁振动都可能出现。动都可能出现。2 2）电磁振动以）电磁振动以1 1(2sf(2sf0 0)周期在脉动，因此，在电动周期在脉动，因此，在电动机负载
14、增加，机负载增加，s s加大时，其脉动节拍加快。加大时，其脉动节拍加快。3 3）电动机往往发生与脉动节拍相一致的电磁噪声。）电动机往往发生与脉动节拍相一致的电磁噪声。9 93 33 3 转子导体异常引起的电磁振动转子导体异常引起的电磁振动 笼型异步电动机因笼条断裂，绕线型异步电动机由于转子回路电笼型异步电动机因笼条断裂，绕线型异步电动机由于转子回路电气不平衡，都将产生不平衡电磁力，这不平衡电磁力气不平衡，都将产生不平衡电磁力，这不平衡电磁力F F在转子旋转时在转子旋转时是随转子一起转动的，其性质和转子动态偏心的情况相同，其发生的是随转子一起转动的，其性质和转子动态偏心的情况相同，其发生的机理如
15、图机理如图9 91111所示。所示。图图911 转子绕组不平衡引起的电磁振动转子绕组不平衡引起的电磁振动a)发生振动的机理发生振动的机理 b)电磁振动波形电磁振动波形转子绕组异常引起的电磁振动的特征转子绕组异常引起的电磁振动的特征1 1）转子绕组异常引起电磁振动与转子动态偏心所产生的电磁振动的电磁）转子绕组异常引起电磁振动与转子动态偏心所产生的电磁振动的电磁力和振动波形相似。拍频都是力和振动波形相似。拍频都是2sf2sf0 0，但高频部分不同，转子动态偏心，但高频部分不同，转子动态偏心为为2f2f0 0P P，转子绕组异常为，转子绕组异常为2(12(1s)fs)f0 0P P。2 2）振动随负
16、载增加，当负载超过）振动随负载增加，当负载超过5050以上时较为显著。以上时较为显著。3 3）电流波形或振动波形频谱图中，基频两边出现）电流波形或振动波形频谱图中，基频两边出现2sf2sf0 0的边频，根据边的边频，根据边频与基频幅值之间的关系，可判断故障的程度。频与基频幅值之间的关系，可判断故障的程度。图图912 正常的电流频谱图正常的电流频谱图图图913 一根断条时电流频谱图一根断条时电流频谱图(满载满载)电动机故障诊断技术总结 一.交流感应电动机故障诊断技术1.1.定子偏心，铁芯片短路或铁芯松动定子偏心，铁芯片短路或铁芯松动2.2.转子偏心转子偏心(可变的气隙可变的气隙)3.3.转子故障
17、转子故障4.4.相位故障相位故障(接头松动接头松动)5.5.相位故障相位故障(接头松动接头松动)二.交流同步电动机故障诊断技术1.(1.(定子线圈松动故障定子线圈松动故障)三.直流电动机和控制故障诊断技术1.1.正常频谱正常频谱2.2.电枢绕组断裂，接地故障或系统调整故障电枢绕组断裂，接地故障或系统调整故障3.3.起动卡故障或保险丝烧断起动卡故障或保险丝烧断4.4.可控硅整流器故障，控制卡短路，接头松动，保险丝烧断可控硅整流器故障，控制卡短路，接头松动，保险丝烧断5.5.比较器卡故障比较器卡故障6.6.电流通过直流电动机的轴承电流通过直流电动机的轴承交流感应电动机故障诊断技术交流感应电动机故障
18、诊断技术 定子故障产生定子故障产生2 2 电源频率电源频率(2(2FL)FL)的大振动。定子偏心在转子与的大振动。定子偏心在转子与定子之间产生不均匀的气隙，产生非常定向的振动。在交流感定子之间产生不均匀的气隙，产生非常定向的振动。在交流感应电动机中，气隙差不应该超过应电动机中，气隙差不应该超过5%5%，在同步电机中，气隙差不，在同步电机中，气隙差不应该超过应该超过10%10%。软脚和翘曲的基础可产生偏心的定子。铁芯松。软脚和翘曲的基础可产生偏心的定子。铁芯松动是由于定子支承刚性弱或松动造成的。定子铁芯片短路可引动是由于定子支承刚性弱或松动造成的。定子铁芯片短路可引起不均匀的，局部发热，使定子本
19、身变形。局部发热引起振动，起不均匀的，局部发热，使定子本身变形。局部发热引起振动，随着运转时间延长，振动明显增大，造成定子变形和静止气隙随着运转时间延长，振动明显增大，造成定子变形和静止气隙故障故障。1RPM2RPM2FLA.A.定子偏心，铁芯片短路或铁芯松动定子偏心，铁芯片短路或铁芯松动3200线FFTFL=电源频率振动幅值12K转/分 频率交流感应电动机故障诊断技术交流感应电动机故障诊断技术 偏心的转子在转子与定子之间产生旋转的可变的气隙，引起脉冲偏心的转子在转子与定子之间产生旋转的可变的气隙，引起脉冲振动振动(通常在电源频率两倍通常在电源频率两倍2 2FLFL与最靠近的转速谐波频率之间与
20、最靠近的转速谐波频率之间)。常。常常需要常需要“细化细化”谱分离谱分离2 2FLFL与转速谐波频率。偏心的转子产生与转速谐波频率。偏心的转子产生2 2FLFL及其两侧的极通过频率及其两侧的极通过频率(FP)FP)边带。转速频率及其两侧的边带。转速频率及其两侧的FPFP边带。边带。FPFP本身出现在低频处本身出现在低频处(极通过频率极通过频率FP=FP=滑差频率滑差频率 极的数目极的数目)。FPFP常常见值范围在见值范围在2020到到120120转转/分分(0.3(0.3到到2.02.0赫兹赫兹)内。软脚或不对中，由内。软脚或不对中，由于变形于变形(实际上是机械的，不是电气的实际上是机械的，不是
21、电气的)，常会引起可变的气隙。，常会引起可变的气隙。B.B.转子偏心转子偏心(可变的气隙可变的气隙)FP1RPM2RPM2FL3200线FFT2FL两侧的FP边带频率振动幅值12K转/分 频率F FL L=电源频率电源频率 N NS S=同步转速同步转速=120=120F FL L/P F/P FS S=滑差频率滑差频率=N NS S-RPM-RPMF FP P=极通过频率极通过频率=F FS S P P=P P=极的数目极的数目径向方向交流感应电动机故障诊断技术交流感应电动机故障诊断技术 断的或裂的转子条断的或裂的转子条 或短路环，转子条与短路环之间接触不良，或者转子铁芯或短路环，转子条与短
22、路环之间接触不良，或者转子铁芯片短路，将产生片短路，将产生1 1 转速频率大振动及其两侧极通过频率转速频率大振动及其两侧极通过频率(F FP P)边带。此外，这边带。此外，这些故障常产生转速频率的第二，第三，第四和第五阶谐波频率两侧的些故障常产生转速频率的第二，第三，第四和第五阶谐波频率两侧的F FP P边带。边带。转子条通过频率转子条通过频率(RBPF)RBPF=RBPF)RBPF=转子条数目转子条数目x x转速转速 和和/或其谐波频率两侧的或其谐波频率两侧的2 2x x电源频率电源频率(2(2F FL L)边带指示转子条松动或脱开。往往在边带指示转子条松动或脱开。往往在2 2RBPFRBP
23、F处振动幅值高；而处振动幅值高；而1 1xRBPFxRBPF处振动幅值很小。松动的转子条与端环之间电气引起的电弧，常表现处振动幅值很小。松动的转子条与端环之间电气引起的电弧，常表现出很高的出很高的2 2RBPF(RBPF(并伴有并伴有2 2F FL L边带；但是，边带；但是，1 1xRBPFxRBPF频率振动幅值不增大。频率振动幅值不增大。C.C.转子故障转子故障振动幅值频率FP1RPM2RPM3RPM4RPM5RPM6RPM3200线FFT转速谐波频率两侧FP边带频率径向方向FFT振动幅值360K转/分 频率1RPM2RPMRBPF2RBPF1600线FFTRB PF=转子条通过频率转子条通
24、过频率=转子条数目转子条数目 转速转速在在RBPF和和/或或 2RBPF两侧的两侧的 2FL边带频率边带频率交流感应电动机故障诊断技术交流感应电动机故障诊断技术 由于接头松动或断裂引起的相位故障可产生由于接头松动或断裂引起的相位故障可产生2 2 电源频率电源频率(2(2FL)FL)的的过大振动，并且，过大振动，并且，2 2FLFL两侧伴有两侧伴有1/3 1/3 电源频率电源频率(1/3(1/3FL)FL)的边带。如的边带。如果不解决相位故障，果不解决相位故障，2 2FLFL频率处振动幅值将超过频率处振动幅值将超过25.425.4毫米毫米/秒。如秒。如果有故障的接头只是偶尔接触，则这故障尤其成问
25、题。为了防止果有故障的接头只是偶尔接触，则这故障尤其成问题。为了防止灾难性破坏，必需解决接头的松动或断开故障。灾难性破坏，必需解决接头的松动或断开故障。D.D.相位故障相位故障(接头松动接头松动)1RPM2RPM2FL在2FL两侧有1/3FL边带频率1/3FL振动幅值频率交流同步电动机故障诊断技术交流同步电动机故障诊断技术 同步电动机中，定子线圈松动将产生线圈通过频率同步电动机中，定子线圈松动将产生线圈通过频率(CPF)CPF)很大的振动，很大的振动，线圈通过频率线圈通过频率(CPF)CPF)等于定子线圈数目等于定子线圈数目 转速频率转速频率(定子线圈数目定子线圈数目=极极的数目的数目 线圈数
26、目线圈数目/极极)。线圈通过频率伴有。线圈通过频率伴有1 1 转速频率的边带。在转速频率的边带。在约约6060，000000到到9090，000000转转/分分(1(1，000000到到1 1，500500赫兹赫兹)及其两侧及其两侧2 2FLFL边边带频率的大振动尖峰，也可指示同步电动机故障。在每个电动机轴带频率的大振动尖峰，也可指示同步电动机故障。在每个电动机轴承座上，至少应该采集承座上，至少应该采集9090，000000转转/分分(1(1，500500赫兹赫兹)频率以上的频谱。频率以上的频谱。(定子线圈松动故障定子线圈松动故障)1RPM2RPMCPF=线圈通过频率CPF1600线FFT1R
27、PM边带频率振动幅值频率直流电动机和控制故障诊断技术直流电动机和控制故障诊断技术 用振动分析可检测直流电动机和控制故障许多问题。全波检波电用振动分析可检测直流电动机和控制故障许多问题。全波检波电动机动机 六个可控硅整流器的六个可控硅整流器的(SCR)SCR)产生产生6 6 电源频率电源频率(6(6FL=6FL=6 5050赫兹赫兹=300=300赫兹赫兹=18=18，000000转转/分分)；半波检波电动机；半波检波电动机 三个三个可控硅整流器的可控硅整流器的(SCR)SCR)产生产生3 3 电源频率电源频率(3(3FL=3FL=3 5050赫兹赫兹=150=150赫兹赫兹=9=9，00000
28、0转转/分分)。直流电动机振动频谱中，通常存在直流电动机振动频谱中，通常存在六个可控硅整流器的六个可控硅整流器的(SCR)SCR)起动起动频率，但是，它们的幅值很小。请注意，不存在电源频率频率，但是，它们的幅值很小。请注意，不存在电源频率(FL)FL)的的谐波频率尖峰。谐波频率尖峰。SCR可控硅整流器频率振动幅值频率1RPM2RPMSCR频率=6FL(全波整流)=3FL(半波整流)A.A.正常频谱正常频谱直流电动机和控制故障诊断技术直流电动机和控制故障诊断技术 B.B.电枢绕组断裂，接地故障或系统调整故障电枢绕组断裂，接地故障或系统调整故障SCR可控硅整流器频率振动幅值频率当直流电动机振动频谱
29、中，可控硅整流器当直流电动机振动频谱中，可控硅整流器(SCR)SCR)或或(2(2 SCR)SCR)频率振动频率振动幅值大占优势时，通常这指示，或是电动机电枢绕组断裂，或是电气幅值大占优势时，通常这指示，或是电动机电枢绕组断裂，或是电气控制系统调整有故障。如果是控制故障，只要适当调整，便可明显降控制系统调整有故障。如果是控制故障，只要适当调整，便可明显降低低SCRSCR或或2 2SCRSCR频率的振动幅值。这些频率处振动幅值大，通常指频率的振动幅值。这些频率处振动幅值大，通常指SCRSCR起起动频率处振动幅值大于动频率处振动幅值大于2.542.54毫米毫米/秒；秒；2 2SCRSCR频率处振动
30、幅值大于频率处振动幅值大于1.0161.016毫米毫米/秒。秒。1XRPM2XRPMFL直流电动机和控制故障诊断技术直流电动机和控制故障诊断技术 C.C.起动卡故障或保险丝烧断起动卡故障或保险丝烧断SCR可控硅整流器频率1RPM2RPM1/3SCR2/3SCR振动幅值频率当一张起动卡不能起动时，则失去当一张起动卡不能起动时，则失去1/31/3电源，它可引起电动机电源，它可引起电动机重复的转速瞬变。这可导致重复的转速瞬变。这可导致1/31/3 和和2/32/3 SCRSCR频率大振动幅值频率大振动幅值(对于半波检波，对于半波检波，1/31/3SCRSCR频率频率=1=1 FLFL；对于全波检波，
31、对于全波检波，1/31/3 SCRSCR频率频率=2=2 FL)FL)。警告：在对电动机排故之前，应该知道卡和警告：在对电动机排故之前，应该知道卡和SCRSCR的组态的组态(SCRSCR的的号，起动卡的号，等等号，起动卡的号，等等)。直流电动机和控制故障诊断技术直流电动机和控制故障诊断技术 可控硅整流器故障，控制卡短路，接头松动等可产生电源频率可控硅整流器故障，控制卡短路，接头松动等可产生电源频率(FL)(FL)和可和可控硅整流器控硅整流器(SCR)(SCR)起动频率许多组合的明显的振动幅值尖峰。通常，坏起动频率许多组合的明显的振动幅值尖峰。通常，坏一个可控硅整流器，可在六个可控硅整流器的电动
32、机中，引起一个可控硅整流器，可在六个可控硅整流器的电动机中，引起FLFL和和/或或5FL5FL频率大幅值的振动。应该指出，正常情况下。在直流电动机振动频频率大幅值的振动。应该指出，正常情况下。在直流电动机振动频谱中，不存在谱中，不存在FLFL，2FL2FL，4FL4FL或或5FL5FL频率。频率。D.D.可控硅整流器故障，控制卡短路，接头松动，保险可控硅整流器故障，控制卡短路，接头松动，保险丝烧断丝烧断1RPM2RPMFL2FL3FL4FL5FLSCR可控硅整流器频率振动幅值频率直流电动机和控制故障诊断技术直流电动机和控制故障诊断技术比较器卡故障引起转速波动或比较器卡故障引起转速波动或“摆动摆
33、动”。这引起磁场不断被破坏。这引起磁场不断被破坏和再产生。这些边带常接近转速的波动，需要高分辨力的和再产生。这些边带常接近转速的波动，需要高分辨力的FFTFFT才才能检测它们。这些边带也可能是由于磁场产生和再产生造成的。能检测它们。这些边带也可能是由于磁场产生和再产生造成的。E.E.比较器卡故障比较器卡故障1RPM2RPMSCR可控硅整流器频率边带似乎等于转速变化3200线频谱振动幅值频率直流电动机和控制故障诊断技术直流电动机和控制故障诊断技术 一系列频率间隔等于轴承外环故障频率一系列频率间隔等于轴承外环故障频率(BPFO)BPFO)，甚至，如果轴甚至，如果轴承外环和轴承内环两者都存在这种波动
34、，通常可检测出电气引承外环和轴承内环两者都存在这种波动，通常可检测出电气引起的波动。它们往往表现为中心在约起的波动。它们往往表现为中心在约100100，000000到到150150，000000转转/分分(1667(1667到到25002500赫兹赫兹)范围内。建议采用范围内。建议采用1 1，600600线，线，180180K K转转/分分(3(3，000000赫兹赫兹)的的FFTFFT，采集直流电动机内侧和外侧轴承两者的频谱。采集直流电动机内侧和外侧轴承两者的频谱。F.F.电流通过直流电动机的轴承电流通过直流电动机的轴承1RPM2RPM如果存在波动，差频等于轴承外环故障频率如果存在波动，差频
35、等于轴承外环故障频率BPFO振动幅值180K转/分 频率1600线频谱94 电动机故障诊断案例电动机故障诊断案例 例例9-29-2 2003 2003年，宝钢原料皮带输送机的某台电机出现异常年，宝钢原料皮带输送机的某台电机出现异常声响，危及宝钢正常生产的原料供应。该电机为声响，危及宝钢正常生产的原料供应。该电机为4 4极鼠笼极鼠笼式异步电动机，同步转速为式异步电动机，同步转速为1500 rpm1500 rpm，电机转频约，电机转频约25Hz25Hz。现场检查时发现电机振动在一定范围内波动，最大振现场检查时发现电机振动在一定范围内波动，最大振动是径向方向，振幅为动是径向方向，振幅为1.7mm/s
36、1.7mm/s4.4mm/s4.4mm/s。可听见明显。可听见明显呈周期性的嗡嗡声，初步判定该电机可能存在电气故障。呈周期性的嗡嗡声，初步判定该电机可能存在电气故障。图920 设备及测点布置测点布置图测点布置图图921 电机振动频谱图922 电机振动时域波形振动波形与频谱分析振动波形与频谱分析在频域信号中主要以电机转频为主振动能量及谐频组成，这是有些类在频域信号中主要以电机转频为主振动能量及谐频组成，这是有些类似回转部件间隙不良的典型频谱似回转部件间隙不良的典型频谱(如图如图9 92121所示所示)。在时域信号中可发现。在时域信号中可发现有调制的成分存在，并可以看到明显的有调制的成分存在，并可
37、以看到明显的“拍拍”波存在波存在(如图如图9 92222所示所示)，如果只是单纯的间隙不良在时域信号中应该不会存在这样的波形。如果只是单纯的间隙不良在时域信号中应该不会存在这样的波形。在图在图9 92121电机振动频谱图中，可见转频电机振动频谱图中，可见转频f f0 0（25Hz25Hz）及）及2 2f f0 0（50 Hz50 Hz）、）、3 3f f0 0（75 Hz75 Hz）、）、4 4f f0 0（100 Hz100 Hz）谐频成分。）谐频成分。细化频谱图细化频谱图从从f f0 0、2f2f0 0、3f3f0 0、4f4f0 0为中心的细化频谱图中，看到在这些转频及为中心的细化频谱图
38、中，看到在这些转频及谐频的周围存在边频带。经分析发现这些频率的间隔均为谐频的周围存在边频带。经分析发现这些频率的间隔均为0.18725Hz0.18725Hz。a)以f0为中心的细化谱b)以2f0为中心的细化谱c)以3f0为中心的细化谱d)以4f0为中心的细化谱图923 细化频谱图0.18725Hz频率的来源频率的来源 现场实际测试转速为现场实际测试转速为1488 rpm1488 rpm左右，与电机的同步转速左右，与电机的同步转速相差在相差在1212转左右，其所差的频率应该在转左右，其所差的频率应该在0.2Hz0.2Hz左右，为该左右，为该电机的转差频率。电机的转差频率。在图在图9 92323中
39、为展示了一系列转差频率通过边带，并很明中为展示了一系列转差频率通过边带，并很明显地出现在显地出现在l l倍、倍、2 2倍、倍、3 3倍和倍和4 4倍转频周围，这些频谱都倍转频周围，这些频谱都预示了转子的导条裂缝、破碎、短路环故障或叠层短路。预示了转子的导条裂缝、破碎、短路环故障或叠层短路。诊断结论及建议诊断结论及建议在这个案例中可以看到在在这个案例中可以看到在1 14 4倍的转频中均出现较倍的转频中均出现较多的转差频率，而且电机的振动值波动范围较大在多的转差频率，而且电机的振动值波动范围较大在1.7mm1.7mms s4.4mm4.4mms s，上海电机厂给宝钢监测振动的速度标准，上海电机厂给
40、宝钢监测振动的速度标准值为值为2.8mm2.8mms s，上述情况说明该电机已经出现了较为严重，上述情况说明该电机已经出现了较为严重的导条故障的导条故障断裂。断裂。检修结果检修结果将电机送至宝检公司电修车间进行检修时发现该电机将电机送至宝检公司电修车间进行检修时发现该电机转子共有转子共有1414根导条断裂。证明了判断的准确性。根导条断裂。证明了判断的准确性。例例9-5电动机异常振动的诊断电动机异常振动的诊断诊断对象是一台驱动离心式压缩机的异步电动机，诊断对象是一台驱动离心式压缩机的异步电动机，容量容量3400kw3400kw，2 2极，转速极，转速2970r2970rminmin，电源频率为，
41、电源频率为50Hz50Hz，结构上采用整体底板、座式滑动轴承。简易诊断时，发现结构上采用整体底板、座式滑动轴承。简易诊断时，发现轴承和定子振动加大，超过允许值，决定对电动机轴承振轴承和定子振动加大，超过允许值，决定对电动机轴承振动进行一次精密诊断。动进行一次精密诊断。测试方案测试方案 1诊断检测项目诊断检测项目 1 1）轴承座振动位移幅值测定，并分析主要频率成分。）轴承座振动位移幅值测定，并分析主要频率成分。2 2）底板振动分布测定，并记录分布曲线。）底板振动分布测定，并记录分布曲线。3 3）用停电法检查，以区分电动机的振动是机械振动还是）用停电法检查，以区分电动机的振动是机械振动还是 电磁振
42、动。电磁振动。4 4）用激振法测定轴承座的固有振动频率。）用激振法测定轴承座的固有振动频率。2 2诊断使用的仪器诊断使用的仪器 1 1）磁电式速度传感器。）磁电式速度传感器。2 2）电涡流位移传感器。）电涡流位移传感器。3 3）FFTFFT信号分析仪。信号分析仪。4 4）磁带记录仪。）磁带记录仪。诊断测试方案图诊断测试方案图 电动机振动测试线路如图电动机振动测试线路如图9 92828所示。根据诊断检所示。根据诊断检测项目，诊断分四个步骤进行。测项目，诊断分四个步骤进行。图928 3400KW异步电动机振动分布示意图诊断第一步诊断第一步 用手持式拾振器测量电动机传动端和非传动端轴承用手持式拾振器
43、测量电动机传动端和非传动端轴承座在垂直、轴向和水平方向的振动，并分析其频率成分。座在垂直、轴向和水平方向的振动，并分析其频率成分。测量和频率成分的分析结果见表测量和频率成分的分析结果见表9 92 2。轴承座振动测量结果说明，根据振动位移幅度来判别，轴承座振动测量结果说明，根据振动位移幅度来判别，可以发现轴承振动方向主要是轴向振动，振动中主要频率可以发现轴承振动方向主要是轴向振动，振动中主要频率成分是成分是2 2倍电网频率倍电网频率100Hz100Hz。诊断第二步诊断第二步 用手持式拾振器逐点移动位置，以测量用手持式拾振器逐点移动位置，以测量100Hz100Hz频率成分沿频率成分沿电动机底板长度
44、方向和沿轴承座高度方向振动位移值的电动机底板长度方向和沿轴承座高度方向振动位移值的分布。分布曲线已标明在图分布。分布曲线已标明在图9 92828上上；定子和底板的振动，越接近电动机磁力中心线位置就越定子和底板的振动，越接近电动机磁力中心线位置就越大，远离就逐渐减少；大，远离就逐渐减少；轴承座的轴向振动，离底板越远越大。轴承座的轴向振动，离底板越远越大。诊断第三步诊断第三步 测定轴承座轴向刚度和固有频率。敲击轴承座，测定轴承座轴向刚度和固有频率。敲击轴承座，用振动计和用振动计和FFTFFT测量和分析自由衰减振动的频率，为了减测量和分析自由衰减振动的频率，为了减少测量时轴对轴承座刚性的影响，在测量
45、过程中一直用少测量时轴对轴承座刚性的影响，在测量过程中一直用手扳动转子，使轴旋转。手扳动转子，使轴旋转。诊断第四步诊断第四步用停电法来区别用停电法来区别振动原因。在切断电振动原因。在切断电源后，从记录仪记录源后，从记录仪记录下的振动幅值波形可下的振动幅值波形可以看出，不到以看出，不到1s1s，振，振动立即变小和消失，动立即变小和消失，如图如图9 92929所示。说所示。说明振动是由电磁原因明振动是由电磁原因引起的。引起的。图929 切断电源后的振动变化诊断结论：诊断结论：（1 1）电动机的轴向振动是由电磁原因引起的，由于轴）电动机的轴向振动是由电磁原因引起的，由于轴承座轴向的固有频率承座轴向的
46、固有频率100Hz100Hz和电磁激振力的频率和电磁激振力的频率100Hz100Hz正好正好一致，所以轴承座发生了轴向共振。一致，所以轴承座发生了轴向共振。（2 2）电动机整体底板的刚度降低（进一步检查时发现）电动机整体底板的刚度降低（进一步检查时发现底板与安装垫块之间产生了间隙），所以使轴承座共振加底板与安装垫块之间产生了间隙），所以使轴承座共振加大。大。消除措施消除措施1 1）消除底板和垫板之间间隙，拧紧底脚螺栓和轴承）消除底板和垫板之间间隙，拧紧底脚螺栓和轴承座固定螺栓，以增加底板和轴承座的动态刚度。座固定螺栓，以增加底板和轴承座的动态刚度。2 2）加强轴承座自身结构刚度，提高固有振动频
47、率，）加强轴承座自身结构刚度，提高固有振动频率，以避免和定子激振力合拍共振。以避免和定子激振力合拍共振。本章习题：本章习题：9-5，9-6，9-7，9-11.结课读书报告要求结课读书报告要求（不对中）机械故障的诊断案例分析综述；（不对中）机械故障的诊断案例分析综述；从旋转机械八大故障、滚动轴承、齿轮、电机等故障类型从旋转机械八大故障、滚动轴承、齿轮、电机等故障类型中任选一种；案例不少于五例，教材中的除外（不少于中任选一种；案例不少于五例，教材中的除外（不少于50005000字）；字）；格式要求：格式要求：中、英文题目；中、英文题目；中、英文摘要；中、英文摘要；前言；前言；案例分析（案例描述、时域波形、特征指标分析、频案例分析（案例描述、时域波形、特征指标分析、频谱图分析、其他分析方法，诊断结论，措施等）谱图分析、其他分析方法，诊断结论，措施等）结论结论参考文献参考文献 内容雷同者全部记为不及格成绩。内容雷同者全部记为不及格成绩。Thank you for your attention!谢谢大家
