基于频谱分析技术大型异步电动机的故障诊断

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1、基于频谱分析技术大型异步电动机的故障诊断　　(内蒙古科技大学机械学院，内蒙古包头014010) 　　摘要：文章对电动机振动信号进行了频谱分析，并分析了频谱结构的特点，结合电动机振动特点和故障机理，根据振动特征与故障之间的一定关系进行综合分析对比，采用逐个排除的方法，缩小范围进一步认定产生振动故障的根源，从而保证诊断的准确可靠。 关键词：电动机；频谱分析；故障诊断 　　中图分类号：TM343文献标识码：B文章编号：1007—6921(XX)10—0083—03 　　某厂新购一台功率1288kW额定转速2984rm

2、p大型三相异步电动机,连续运行一年后开始出现持续性的较大振动。振动特征表现为：①起车后某一时段(最短5min,最长2h)振动很小,之后振动明显增大,异常振动与负荷无关；②一旦振动起来持续不断，突然断电后振动仍然存在；③热车停车后再起车，振动很快又出现；④从起车到出现振动的时间有越来越短的趋势；⑤振动有加重的趋势。对电机整个转子(包括电机自由端的冷却风扇)在专用动平衡机进行动平衡并仔细重新安装调整后异常振动情况依然存在。 1振动信号测试方法 　　将电机已从现场拆下,放置到专门检修电机的电修车间，电修车间有良好的安装基础和

3、实验条件。采用下列方案进行试验：①空载下进行；②测试电机起车过程振动、额定转速下的振动和断电时的振动信号；③电机基础不固定和基础良好固定条件下分别测试。振动信号拾取采用具有良好高频特性的ICP压电式加速度传感器，有利于提高信噪比。安装在电机输出轴端轴承座的三个方向上，分别测量水平径向、垂直径向、轴向的振动。采用美国Iotech公司ZonicBook/618E型振动信号采集分析仪器,主要技术指标：8通道动态信号输入；16位A/D转换;最大采样频率1MHz;分析频率10Hz～20KHz。 2电机振动波形与频谱图 　　2.1额定

4、转速运行状态下振动时域、频域图(如图1～6)。 　　740)this.width=740"border=undefined> 　　740)this.width=740"border=undefined> 　　2.2在额定转速下断电各测点的时域、频域图(如图7～12)。 3诊断分析与结论 　　740)this.width=740"border=undefined> 　　转速2984rmp时对应的转频为49.7Hz；转速2800rmp时对应转频为46.7Hz。 　　频谱图表明：不论运行在额定转速还是电机断电后，电机振动频

5、谱呈现林状分布，频率从转频、2倍转频、3倍转频……,具有丰富的谐波，最大峰值分别出现在7倍转频、8倍转频，并且4～12倍转频的能量占主体。根据转子系统的故障机理，故障诊断依据与振动特征和敏感参数进行综合判定，不同的故障类型的振动特征、敏感参数有部分相同或相似之处，当异常振动由多种原因造成时，更增加分析判断难度。为此本文采用正向推理法，最终找到电机异常振动的根源。 　　电机达到额定转速后突然断电，靠转子自身惯性自行停车而不采取任何制动，由于转子转动惯量很大，所以停车时间很长，转速下降很慢。在转速缓慢下降过程中电机一直振动较大

6、，直到下降到1000rmp后振动开始减少。运行在额定转速下与断电下一瞬间的振动无差别。表明电机振动是由电机本身的机械部分引起的,与电气无关。 　　电修车间有专用固定电机的基础，不存在基础松动的问题，可以排除基础松动因素，振动故障完全是由电机本身引起的。 　　电机从停止缓慢升到额定转速，在额定转速下三个测点的频谱图均表现为林状谱线，高次谐波很丰富，且均为一次转频的整数倍频，频谱图中谐波能量较分散，基频振动分量不大，时域波形为随机信号，根据这些特征排除转子不平衡、转子弯曲故障的可能。 　　该电机使用油膜轴承，如出现油

7、膜涡动和油膜振荡也会造成电机振动。油膜涡动时有较大的径向振动，特别是频谱图中有明显而稳定的涡动频率分量(0.43～0.48)倍转频，而频谱图中一直未出现该频率，可排除存在油膜涡动情况。 　　若存在轴承间隙过小、转子动挠度较大等原因将导致转子与定子件产生摩擦，振动频率会出现一些高频谐波及分数谐波振动，虽然在足够高阻尼的转子系统中可能完全不出现分数谐波振动，但具有两大特征：振动随转速变化不明显以及时域波形有明显消波。对比波形图可以排除电机有转子与静止件产生摩擦故障的可能。 　　通过以上分析和排查，产生故障根源的范围初步确定为

8、：①轴承间隙不当。可能由于轴承瓦壳多次拆卸及振动所致。滑动轴承轴瓦间隙不当也会影响到一次转动频率特别是间隙过大时4～10倍频分量较显著；②转子系统机械松动，瓦壳与机体之间配合松动达不到技术要求。该故障下振动频谱易产生精确的2倍频，3倍频，4倍频……。［参考文献］ 　　［1］