交流感应电机的振动故障诊断

交流感应电机的振动故障诊断

交流感应异步电机广泛应用于电风扇、电冰箱、洗衣机、空调器、电吹风、吸尘器、油烟机、洗碗机、电动缝纫机、食品加工机等家用电器及各种电动工具、小型机电设备中。负载时的转速与所接电网的频率之比不是恒定关系。还随着负载的大小发生变化。负载转矩越大，转子的转速越低。如何根据交流感应异步电机的振动故障机理及特征，对电机进行振动分析、电流分析、磁通分析、轴电压电流分析等诊断分析故障排除呢，本文将这一课题进行探讨。

感应电机的振动故障诊断

1．振动故障诊断技术

电机轴承处的振动信息可以判定电机的定子或转子偏心、定子或转子的铁芯短路及松动、转子条或端环缺陷、转子热弯曲、电源接头松动或断开等故障。

(1)定子。
电机定子故障包括定子偏心、定子铁芯短路或松动。这些故障均产生2fL(fL为电源频率）下的大振动，若切断电机电源，2fL频率下的振动立即消失。

(2)转子偏心。
偏心的转子可在转子与定子间产生可变气隙，从而引起脉冲振动（通常振动在2fL与转速的谐波频率之间），常需用细化谱分离出2fL与转速的谐波频率。偏心的转子产生毓及其两侧的fL（极通过频率边带）。极通过频率本身也出现在低频处。办常见值的范围在20120r/min (0.32Hz）内，软地脚或不对中故障造成的壳体变形常会引起气隙变化。

(3)转子。
断裂的转子条或短路环，转子条与短路环间接触不良，或者短路的转子铁芯均产生1X转速频率的大振动及其两侧极通过频率边带。此外，还可产生二、三、四、五倍转速谐波频率两侧的极通过频率边带。转子条通过频率（即RBPF，等于转子条数×转子转动频率）及其谐波频率两侧的2fL边带说明转子条存在松动或脱开情况。转子条松动和端环间的电弧常显示出很高幅值的2RBPF且伴随2fL边带，但是1RBPF频率的振动幅值不增大。

(4)电气相位故障诊断。
由于松动或断裂接头的相位问题可产生2fL频率下的较大振动，且两侧伴有1/3fL的边带。2fL处的振动幅值随时间延续将变得更大。偶尔接触的故障接头问题尤为严重，必须及时处理。

(5)转子热弯曲故障诊断。
电机转子的热弯曲主要由电机断裂转子条、短路的铁芯等故障引起，它们在局部产生大量的热，导致转子弯曲变形，严重者可使转子与定子碰摩。转子弯曲将会产生很大的电磁力和不平衡力，生成更多的热量，使转子弯曲更为严重。 转子热弯曲时，1X转速频率的振动幅值随时间延长而增大，振幅值受定子电流的影响，振动特征类似于转子不平衡。热弯曲故障明显时，同一转子的两侧轴承轴向1X相位差以及同侧轴承轴向的上与下、左与右的相位差均为180°。

2．感应电机电气故障诊断

通过对电机定子电流频谱、磁通频谱、轴电压与电流分析可以诊断定子或转子故障。

(1)电流故障诊断
①转子条。当转子回路出现故障时，在定子电流频谱图上，电源频率两侧将出现一个边频带(fp) ,转速的波动使电流以电源频率为中心，在±f上、下限之间变化。由于电机定子中三次谐波磁通的调制作用，使得转速和2005电流波动更加明显。由基频与边频电流幅值的比值可以推断断裂的转子条数目。
转子条故障的严重程度与检修策略可参考夏洛特联合技术公司的“电动机电流分析严重程度和推荐的修正措施表”。
②气隙偏心。气隙偏心往往会造成振动值超限、定子与转子碰擦等故障。气隙偏心分为静态偏心和动态偏心两种。静态偏心是由定子铁芯的椭圆度或装配不正确造成的；动态偏心是由转轴弯曲、轴颈椭圆、临界转速时的机械共振及轴承磨损等造成。

(2)磁通故障诊断
电机电气参数的改变将导致转子或定子线圈磁场的不对称，并反映在轴向电磁频谱中。转子条的状态可通过分析电源频率两侧的极通过频率边带得到。从磁通频谱的低频可发现电源电压不平衡、匝间短路等故障。电源电压不平衡分析是对比其特征频率的变化情况；匝间短路是通过对比电源频率两侧转速频率边带的振幅变化确定的。磁通频谱的高频分析可以发现转子条或定子槽问题，具体而言是分析其通过频率的边带族变化情况。

(3)轴电压及电流故障诊断
转轴两端对地的电位差为轴电压，轴电压较高往往与电机设计、制造缺陷，各种故障及非正常的电源条件有关。因此，对轴电压的检测和分析能发现电机存在的缺陷，并可监视电机铁芯和绕组的劣化过程，避免轴电压击穿轴承油膜，在电机轴颈和轴瓦表面电弧放电而产生蚀点，破坏轴颈和轴瓦的配合。