機械故障診斷技術9電動機故障診斷(編輯修改稿)
2025-02-27 16:16 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 率和機座振動頻率由圖 9— 8b中可以看出，由于旋轉磁場的磁極產(chǎn)生的電磁拉力是每轉動一圈，電磁力交變 P次。 因電磁振動在空間位置上和旋轉磁場是同步的，定子電磁振動頻率應為旋轉磁場頻率 (f0／ P)和電磁力極數(shù)(2P)之乘積 2f0，也就是 2倍的電源頻率。由此可知，電機在正常工作時，機座上受到一個頻率為電網(wǎng)頻率 2倍的旋轉力波的作用，而可能產(chǎn)生振動，振動大小則和旋轉力波大小和機座剛度直接有關。 定子電磁振動異常主要原因及特點 定子電磁振動異常的主要原因 （ 1）定子三相磁場不對稱。如電網(wǎng)三相電壓不平衡，因接觸不良造成單相運行，定子繞組三相不對稱等原因，都會導致定子磁場的不對稱，而產(chǎn)生異常振動。 （ 2）定子鐵心和定子線圈松動，將使定子電磁振動和電磁噪聲加大，在這種情況下，振動頻譜圖中，電磁振動除了 2f0的基本成份之外，還可以出現(xiàn) 4 f0、 6 f0、 8 f0的諧波成分。 （ 3）電動機座底腳螺釘松動，其結果相當于機座剛度降低，使電動機在接近 2f0的頻率的范圍發(fā)生共振，因而使定子振動增大，結果產(chǎn)生異常振動。 定子電磁振動的特征： 1）振動頻率為電源頻率的 2倍； 2）切斷電源，電磁振動立即消失； 3）振動可以在定子機座和軸承上測得； 4）振動幅值與機座剛度和電機的負載有關。 ?9． 3． 2 氣隙不均勻引起的電磁振動 氣隙不均勻（或稱氣隙偏心）有兩種情況，一種是由于定子、轉子不同心產(chǎn)生的靜態(tài)不均勻；另一種是由于軸彎曲或轉子與軸不同心所產(chǎn)生的動態(tài)不均勻。它們都會引起電磁振動，但是振動的特征并不完全相同，分述于下。 （一）氣隙靜態(tài)不均引起電磁振動 電動機定子中心與轉子軸心不重合時，定、轉子之間氣隙將出現(xiàn)偏心現(xiàn)象，這種氣隙偏心往往固定在某一位置，它不隨轉子旋轉而改變位置。從圖 9— 10a)中可以看出，由于通過氣隙最小點 A的旋轉磁場頻率為 f0／ P，這時不平衡磁拉力將變化 2P次，因不平衡磁拉力和電磁振動頻率為 。 圖 9—10 靜態(tài)、動態(tài)偏心的電磁振動 a) 靜態(tài)偏心 b) 動態(tài)偏心 c) 動態(tài)偏心電磁力的拍振 00 2/2 fPfPf ??? 靜態(tài)氣隙偏心產(chǎn)生的電磁振動特征是： 1）電磁振動頻率是電源頻率 f0的 2倍，即 f=2 f0； 2）振動隨偏心值的增大而增加，與電動機負荷關系也是 如此； 3）氣隙偏心產(chǎn)生的電磁振動與定子異常產(chǎn)生的電磁振動 較難區(qū)別。 （二）氣隙動態(tài)偏心電磁振動 電動機氣隙的動態(tài)偏心是由轉軸撓曲、轉子鐵心不圓或轉子與軸不同心等造成的，偏心的位置對定子是不固定的，對轉子是固定的，因此，偏心位置隨轉子的旋轉而同步的移動，如圖 9— 10b)所示。 氣隙動態(tài)偏心產(chǎn)生電磁振動的特征是： 1）轉子旋轉頻率和旋轉磁場同步轉速頻率的電磁振動都可能出現(xiàn)。 2）電磁振動以 1／ (2sf0)周期在脈動，因此，在電動機負載增加， s加大時，其脈動節(jié)拍加快。 3）電動機往往發(fā)生與脈動節(jié)拍相一致的電磁噪聲。 ?9． 3． 3 轉子導體異常引起的電磁振動 籠型異步電動機因籠條斷裂，繞線型異步電動機由于轉子回路電氣不平衡，都將產(chǎn)生不平衡電磁力，這不平衡電磁力 F在轉子旋轉時是隨轉子一起轉動的，其性質和轉子動態(tài)偏心的情況相同，其發(fā)生的機理如圖 9— 11所示 。 圖 9—11 轉子繞組不平衡引起的電磁振動 a) 發(fā)生振動的機理 b) 電磁振動波形 轉子繞組異常引起的電磁振動的特征 1）轉子繞組異常引起電磁振動與轉子動態(tài)偏心所產(chǎn)生的電磁振動的電磁力和振動波形相似，現(xiàn)象相似，較難判別。雖然拍頻都是 2sf0，但電磁振動的高頻部分不同，轉子動態(tài)偏心的高頻為 2f0／ P，轉子繞組異常的高頻為2(1－ s) f0／ P。 2）電動機負載增加時，這種振動隨之增加，當負載超過 50％以上時較為顯著。 3）若對電動機定子電流波形或振動波形作頻譜分析，在頻譜圖中，基頻兩邊出現(xiàn) 177。 2sf0的邊頻，根據(jù)邊頻與基頻幅值之間的關系，可判斷故障的程度。 圖 9—12 正常的電流頻譜圖 圖 9—13 一根斷條時電流頻譜圖 (滿載 ) 9． 4 電動機故障診斷案例 一．大電機燒損原因分析 武鋼某廠 ZR1軋機右卷 2＃電機系日本原產(chǎn)， 76年投產(chǎn)使用已服役 27年，最后一次修理是 2023年由某電機修理廠完成。 2023年 2月 11日凌晨 3:24～ 3:30，該設備發(fā)生繞組燒壞的突發(fā)事故。 電動機的調速控制系統(tǒng)本身具有過流、接地、失磁等保護裝置和記錄電流電壓波形的筆式記錄儀，事故發(fā)生時無報警、無跳閘動作，且電流記錄紙上也未見異常波形，而在試運行的振動在線監(jiān)測系統(tǒng)上卻有明顯的波形突變。 ?1）振動數(shù)據(jù)分析 故障發(fā)生前振動波形如圖 9— 1圖 9— 15所示，從圖上可以看到：振動特性曲線劇烈跳動，表明電機的電動力矩產(chǎn)生了劇烈的波動，這是由轉子繞組局部短路所致。 圖 9—14 右卷液力偶合器振動時域圖 圖 9—15 右卷 2＃電機振動時域圖 ?2）電量狀況分析 根據(jù)直流電機監(jiān)測系統(tǒng)提供的電壓與勵磁電流監(jiān)測結 果，可以得知： 1) 電機電壓幅值 ，平均值 28V，工作電壓不高， 過電壓擊穿的可能性不大。 2) 軋第三道時的線速度為每分鐘 200 米左右，不存在
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