電機(jī)故障診斷技術(shù)與應(yīng)用

電機(jī)故障診斷技術(shù)與應(yīng)用第一頁(yè)，共47頁(yè)。電機(jī)故障診斷技術(shù)與應(yīng)用第二頁(yè)，共47頁(yè)。何為電機(jī)系統(tǒng)?電機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖交流電源ProcessMechanicalandElectricalFeedback電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)機(jī)械系統(tǒng)1200rpm第三頁(yè)，共47頁(yè)。根據(jù)EPRI的報(bào)告：電機(jī)故障的53%源于機(jī)械原因，如軸承故障、不平衡、松動(dòng)等；

47%源于電氣原因；這其中，10%源于轉(zhuǎn)子，如鑄件缺陷導(dǎo)致的不平衡氣隙、斷條等；

37%源于定子繞組。

電機(jī)故障源于何處？第四頁(yè)，共47頁(yè)。引起故障的外在因素第五頁(yè)，共47頁(yè)。一、電機(jī)故障診斷的多種途徑

電壓表安培表功率表數(shù)據(jù)采集器電源質(zhì)量分析儀動(dòng)態(tài)效率儀動(dòng)態(tài)電機(jī)電流分析MCSA動(dòng)態(tài)電氣測(cè)試DET

紅外分析振動(dòng)分析超聲診斷動(dòng)態(tài)機(jī)械測(cè)試DMT

歐姆表/毫歐表絕緣電阻計(jì)（吸收比/極化指數(shù)）高壓絕緣測(cè)試儀

LCR測(cè)試儀浪涌測(cè)試儀靜態(tài)電機(jī)電路分析（MCA）靜態(tài)電氣測(cè)試SET第六頁(yè)，共47頁(yè)。電機(jī)檢測(cè)的誤區(qū)！

認(rèn)為三相平衡是電阻值的平衡是錯(cuò)誤的；運(yùn)行中三相電流的平衡與否要看三相阻抗是否平衡；匝間短路的發(fā)展與阻值的降低不成正比！

搖表就可解決問(wèn)題——錯(cuò)誤！電橋可以檢測(cè)到匝間短路——錯(cuò)誤！對(duì)地絕緣問(wèn)題僅占電機(jī)系統(tǒng)故障中5%以下使用匝間耐壓試驗(yàn)儀？

破壞性試驗(yàn)；波形復(fù)雜，難以分析；有些匝間短路的情況在波形上無(wú)反映;

設(shè)備笨重。第七頁(yè)，共47頁(yè)。二、MCA診斷技術(shù)原理MCA基本原理將電機(jī)看成是包含電阻、電感、電容的復(fù)雜電路。電阻R電感L電容C相角Fi阻抗Z2=R2+(XL-

XC)2電機(jī)繞組的重要參數(shù)包括：定子轉(zhuǎn)子第八頁(yè)，共47頁(yè)。簡(jiǎn)單的電阻測(cè)試不能解決匝間短路、轉(zhuǎn)子問(wèn)題。交流電機(jī)真正的三相平衡是阻抗

與相角

的平衡。第九頁(yè)，共47頁(yè)。阻抗的平衡測(cè)試解決以下問(wèn)題：轉(zhuǎn)子故障：鑄件缺陷、氣隙不均衡、偏心、斷條斷環(huán)；定子繞組故障：匝間、線間（層間）、相間短路；絕緣缺陷（將磁通集中點(diǎn)轉(zhuǎn)向至缺陷點(diǎn)）。MCA技術(shù)的核心——阻抗測(cè)試第十頁(yè)，共47頁(yè)。對(duì)于某相繞組，測(cè)試頻率加倍前后，看電流的變化：倍頻測(cè)試值I/F，即頻率加倍的變化率：純電感電路：I/F-50%即電流減少一半純電阻電路：I/F-0%即電流不變純電容電路：I/F100%即電流增加一倍

MCA技術(shù)的核心——I/F倍頻測(cè)試I/F=ΔIII2－II=×100%UR2+(ωL-)2I=

1ωCUR2

+(2ωL-

)2I

頻率加倍

=12ωC第十一頁(yè)，共47頁(yè)。最初:無(wú)匝間短路發(fā)生，ωL>>R，類似“純電感電路”；I/F趨近于-50%最后:匝間短路嚴(yán)重，L失效，僅剩少量R，類似“純電阻電路”：I/F趨近于-0%

匝間短路的發(fā)展趨勢(shì)是I/F值從-50%向-0%

三相I/F值的比較可輕易診斷匝間短路的位置與程度！例如：-44，-44，-44，完好

-42，-43，-44，良好

-40，-44，-43，短路發(fā)生，差！第十二頁(yè)，共47頁(yè)。AT31測(cè)試范例更新?lián)Q代的新產(chǎn)品三、診斷與實(shí)例第十三頁(yè)，共47頁(yè)。AT4測(cè)試范例第十四頁(yè)，共47頁(yè)。

以上標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)美國(guó)能源部及IEEE的15年考核，被認(rèn)為阻抗測(cè)試較直阻R的測(cè)試更精確，I/F用于評(píng)估故障源于定子還是轉(zhuǎn)子，且能夠診斷早期匝間短路等故障。如今這一標(biāo)準(zhǔn)已成為美能源部推薦的電機(jī)質(zhì)量評(píng)判依據(jù)。電機(jī)診斷的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)第十五頁(yè)，共47頁(yè)。定子繞組定子鐵芯轉(zhuǎn)子軸承風(fēng)扇繞組短路相角Fi與I/F接頭松動(dòng)電阻R繞組污染或過(guò)熱電感L與阻抗Z轉(zhuǎn)子狀態(tài)與細(xì)化分析電感或阻抗波形第十六頁(yè)，共47頁(yè)。相角與I/F：Fi與I/F>+/-2——同相、同繞組的匝間短路Fi>+/-1,I/F平衡——同相繞組中的線圈間短路（層間短路）Fi平衡,I/F>+/-2——相間短路此結(jié)論與電機(jī)大小無(wú)關(guān)電阻~+/-5%精確區(qū)分匝間/層間/相間故障匝間線間相間IEEEPENROSE定理第十七頁(yè)，共47頁(yè)。將轉(zhuǎn)子一周看成時(shí)鐘的12等分，在每個(gè)位置分別測(cè)試每相的電感量L，利用Exel得出以下圖形，反映轉(zhuǎn)子的故障類型：鑄造缺陷或斷條；精密分析轉(zhuǎn)子電磁特性轉(zhuǎn)子完好鑄造缺陷導(dǎo)致不平衡氣隙第十八頁(yè)，共47頁(yè)。3000hpAlternator交流電機(jī)的轉(zhuǎn)子電磁特性靜態(tài)測(cè)試斷條！第十九頁(yè)，共47頁(yè)。三相相角Fi與I/F不平衡，電機(jī)仍在運(yùn)行，但隨時(shí)會(huì)發(fā)生停機(jī)事故。測(cè)試結(jié)果反映出定子繞組的故障（匝間短路）。

T1-T2T1-T3T2-T3偏差R0.9541.0540.96510%Z52965646%L20192214%相角Fi8083855I/F-44-39-395絕緣99M

第二十頁(yè)，共47頁(yè)。300KW,3600RPM連續(xù)多次發(fā)生軸承失效；存在鑄造缺陷，同時(shí)存在偏心，最大的可能是軸套定位偏差。第二十一頁(yè)，共47頁(yè)。例三：

轉(zhuǎn)子斷條振動(dòng)分析、電流分析檢測(cè)，都因信號(hào)太弱而沒(méi)有發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。R、Fi、I/F均無(wú)大的偏差，而Z、L偏差很大，轉(zhuǎn)子測(cè)試發(fā)現(xiàn)斷條。三相電感圓周分布圖第二十二頁(yè)，共47頁(yè)。直流電機(jī)測(cè)試可進(jìn)一步檢測(cè)換向器第二十三頁(yè)，共47頁(yè)。例四：

410KW直流機(jī)車牽引電機(jī)電樞污染新電機(jī)大面積短路第二十四頁(yè)，共47頁(yè)。電阻R:5%（>0.250

）

7.5%（<0.250）阻抗Z：5%電感L：5%相角Fi：+/-1度I/F：+/-2與原始數(shù)據(jù)的偏差應(yīng)格外注意IEEE

變壓器診斷標(biāo)準(zhǔn)（三相偏差）第二十五頁(yè)，共47頁(yè)。8-9使用時(shí)間，噪音很大例五：

150KVA干式變壓器第二十六頁(yè)，共47頁(yè)。例六：絕緣降低且輕微匝間短路的變壓器第二十七頁(yè)，共47頁(yè)。建立數(shù)據(jù)庫(kù)管理，實(shí)現(xiàn)趨勢(shì)分析與預(yù)測(cè)第二十八頁(yè)，共47頁(yè)。EMCAT專家診斷第二十九頁(yè)，共47頁(yè)。IEEE推薦的電機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)時(shí)間間隔：預(yù)知維修與監(jiān)測(cè)進(jìn)程第三十頁(yè)，共47頁(yè)。四、MCSA電機(jī)電流信號(hào)分析技術(shù)第三十一頁(yè)，共47頁(yè)。電流頻譜分析

傳送帶通過(guò)頻率扇葉通過(guò)頻率齒輪嚙合頻率軸承故障頻率傳送帶拍頻電源故障

轉(zhuǎn)頻定子槽頻轉(zhuǎn)子條頻電機(jī)電氣故障電機(jī)機(jī)械故障

高次諧波第三十二頁(yè)，共47頁(yè)。轉(zhuǎn)子裂條鑄造缺陷或軟齒電流譜分析——轉(zhuǎn)子故障第三十三頁(yè)，共47頁(yè)。電流譜分析——偏心±150Hz±50HzCF=973.2Hz±150Hz±50Hz±24.33Hz靜態(tài)偏心動(dòng)態(tài)偏心第三十四頁(yè)，共47頁(yè)。電流譜分析——軸承故障NTN6305BrgBPOR=4.394BPIR=2.6062×BSF=0.372FTF=1.831×2×3×4×BPOR106.9213.8320.7427.6BPIR63.4126.8190.2253.62×BSF9.0518.127.1536.2FTF44.589.0133.6178.1±50Hz320.7Hz427.6Hz外環(huán)故障第三十五頁(yè)，共47頁(yè)。電流譜分析——潛水泵電機(jī)靜、動(dòng)態(tài)偏心，多重諧波峰，同時(shí)存在較高的噪聲帶轉(zhuǎn)子磨碰第三十六頁(yè)，共47頁(yè)。電流譜分析——直流電機(jī)多重電源諧波+多重觸發(fā)諧波CSR故障或觸發(fā)斷路第三十七頁(yè)，共47頁(yè)。電流譜分析——同步電機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞阻故障低頻段：電源頻率LF(50Hz)的多重邊頻高頻段：動(dòng)態(tài)偏心第三十八頁(yè)，共47頁(yè)。電流譜分析——變頻裝置變頻裝置故障波形、低頻段、高頻段第三十九頁(yè)，共47頁(yè)。電流譜分析——沖床10秒內(nèi)的三次沖壓過(guò)程，B點(diǎn)存在問(wèn)題磨碰或過(guò)阻尼第四十頁(yè)，共47頁(yè)。MCSA參量分析第四十一頁(yè)，共47頁(yè)。轉(zhuǎn)子RSL評(píng)判

RSL轉(zhuǎn)子狀態(tài)應(yīng)對(duì)措施1極佳無(wú)2好無(wú)3小問(wèn)題繼續(xù)監(jiān)測(cè)4轉(zhuǎn)子條裂紋發(fā)展或存在條間高阻增加監(jiān)測(cè)頻率5單條或兩條裂紋，產(chǎn)生高阻增加監(jiān)測(cè)頻率，測(cè)振動(dòng)6多條裂紋或存在斷條與斷環(huán)盡快檢修7存在多處斷條或斷環(huán)立即檢修或更換第四十二頁(yè)，共47頁(yè)。電流（I）參量分析參量數(shù)值分析

變壓器諧波衰減因子（THDF）97.5%—105%OK，波形為正弦<97.5%存在沖擊，電源須核查>105%存在削波，電源須核查電流偏差ΔI<2%OK2—3%注意3—5%注意溫升與振動(dòng)，應(yīng)加以檢查5—10%應(yīng)停機(jī)檢查，否則將產(chǎn)生過(guò)熱及更嚴(yán)重后果>10%必須停機(jī)峰值因子CF<1.35存在削波，電源須核查>1.45存在沖擊及尖峰，電源須核查1.35—1.45OK，波形為正弦第四十三頁(yè)，共47頁(yè)。電壓（V）參量分析參量數(shù)值分析

電壓偏差因子VDF<75%須停機(jī)相電壓>1.06倍額定電壓存在沖擊，電源須核查<0.875倍額定電壓存在衰減，電源須核查相電壓峰值>1.5倍額定電壓存在尖峰，電源須核查三相平均電壓

>1.06倍額定電壓超出最大允許值，存在沖擊，電源須核查<0.875倍額定電壓低于最小允許值，存在衰減，電源須核查峰值因子CF<1.35存在削波，電源須核查>1.45存在沖擊及尖峰，電源須核查1.35—1.45OK三相電壓平衡

>3%應(yīng)核查>5%須停機(jī)第四十四頁(yè)，共47頁(yè)。諧波失真（THD）參量分析THD<5%OK，無(wú)諧波失真

奇波THD>5%可能出現(xiàn)3或5次強(qiáng)諧波:3次——較大不平衡電流及零線電流，可能源于供電電源，導(dǎo)致定子繞組過(guò)熱；5次——疊加在基波上產(chǎn)生擾動(dòng)的非線性波形。

正序諧波（+veseq：4，7，10……）>5%速度上升，同時(shí)存在溫升。

逆序諧波（-veseq：2，5，8……）>5%阻尼加大，導(dǎo)致過(guò)熱，基波必須增長(zhǎng)以抵消，從而引發(fā)軸承、耦合、轉(zhuǎn)子等多種故障。零序諧波（0seq：3，6，9……）>5%繞組發(fā)熱，不會(huì)影響轉(zhuǎn)動(dòng)或扭矩；星型系統(tǒng)：產(chǎn)生大量非線性負(fù)荷，零線電流劇增，由于相保護(hù)斷路器不動(dòng)作而導(dǎo)致過(guò)熱；角型系統(tǒng)：零序諧波電流產(chǎn)生回路，導(dǎo)致發(fā)熱，增加電流負(fù)荷，導(dǎo)致斷路器動(dòng)作。第四十五頁(yè)，共47頁(yè)。供電電壓參量分析供電電壓低于額定

-15%—0效率變化：–4.5%—0工作電流：+7%—0