張鵬

摘 要：隨著我國生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴大，對電氣機械設備的依賴程度也越來越大，采用機械設備進行生產(chǎn)活動是提高產(chǎn)量的保證。電氣機械設備的電機在運行過程中會隨著運作強度的增大而出現(xiàn)故障，有些故障通過常規(guī)的方法就能診斷出來，但有些故障則難以通過常規(guī)方法診斷出來。文章主要介紹了振動頻譜技術在電機運行故障診斷中的應用。

關鍵詞：電機運行；振動頻譜；故障診斷

1 振動頻譜技術的應用范圍

1.1 振動頻譜在電氣故障診斷中的應用

振動頻譜在電氣故障中的應用主要是體現(xiàn)在：在對電氣的電機設備進行常規(guī)的檢查和故障診斷時，對電機設備的振動數(shù)據(jù)進行采集和分析，并定義設置一定的頻譜寬度，通過觀察振動頻譜圖象就可以對電機轉(zhuǎn)速故障、各項機械零件的故障表現(xiàn)和發(fā)生的頻率進行分析。振動頻譜診斷技術可以有效提高對電氣電機設備診斷的精密度，并而能夠幫助很好的對故障問題進行分析和處理解決。

1.2 振動頻譜在機械故障診斷中的應用

振動頻譜在機械故障中的診斷應用主要常規(guī)譜圖頻率分辨，在振動頻譜分辨率比較低的情況下，通過利用頻譜細化措施可以對電機設備出現(xiàn)的故障進行分析并合理細化和分析振動頻譜。在進行頻譜細化的時候要合理采用數(shù)幅值，避免出現(xiàn)環(huán)繞丟失情況。此外，在確保能提升電機機械穩(wěn)定性的前提下進一步提升振動頻譜在機械故障中的應用效果。

2 電機運行故障診斷技術分析

2.1 頻譜細化識別技術

一般情況下，在對電氣設備和機械設備進行例行故障檢查和診斷的時候，在收集設備振動數(shù)據(jù)之前需要按照采集定義設置頻譜的頻帶寬，一般是在兩千HZ，只需要八百條譜線就夠。如果只是了解電機轉(zhuǎn)動頻率的半倍頻、單倍頻、雙倍頻或是多倍頻以及滾動軸承機械故障的特征頻率時，就能在上面設置的常規(guī)頻譜圖上反映出來了。但是，由于大部分的電氣電機出現(xiàn)故障時，它們所反映出來的頻率主要是集中在2倍頻上，也即是100HZ，而大多數(shù)的電機額定轉(zhuǎn)數(shù)是在2970r/Min左右，它的轉(zhuǎn)數(shù)2倍頻和電源的2倍頻很接近，所以要從常規(guī)頻譜上分辨出是轉(zhuǎn)數(shù)2倍頻還是電源2倍頻有一定難度。所以，需要通過頻譜細化技術來解決頻譜分辨率低的問題，對電源頻率、轉(zhuǎn)子條數(shù)、轉(zhuǎn)速頻率諧波頻率或基頻做細化的分析，而且需要采用對數(shù)幅值，防止環(huán)繞在1X轉(zhuǎn)速頻率和電源頻率、2X電源頻率尖峰兩側(cè)的極通過頻率邊帶的丟失。

2.2 常規(guī)譜和細化譜的比較分析

比如，對一臺機泵進行檢查，發(fā)現(xiàn)機泵運行聲響和振動值都比較大。通過分析，可以發(fā)現(xiàn)頻譜的能量主要位于101HZ處，3.26mm/s，同時呈現(xiàn)出1倍頻、3倍頻、多倍頻等頻率分量，轉(zhuǎn)速2975r/min，轉(zhuǎn)頻49.58Hz，2倍頻99.17Hz，電源2倍頻100Hz。如果把該頻譜能量轉(zhuǎn)為2倍頻能量來考慮的話，初步判斷振源應該是來自于聯(lián)軸器對中不好或是電機軸承安裝偏心等。如果把該頻譜能量作為2倍頻能量來考慮，則振源可能來自轉(zhuǎn)子、定子偏心或氣隙不均勻等故障。所以，要準確的判斷到底故障發(fā)生在哪個位置，就需要知道這個頻率是轉(zhuǎn)速2倍頻還是電源2倍頻。所以，為了能夠準確找出電機故障發(fā)生的位置就必須要比較分析常規(guī)譜和細化譜，重新修改采集定義頻帶寬。

2.3 電機振動信號分析

振動是電機運行過程各種運行狀態(tài)的重要載體，它是判斷電機運行狀態(tài)的重要信息來源，振動特征反映了電機運行狀態(tài)的特征。電機無論是在運行狀態(tài)還是故障狀態(tài)下都會發(fā)生振動，不同運行狀態(tài)下的振動形式各不相同，發(fā)生振動的所在位置也不一樣，所以可以通過檢測電機振動的情況來判斷電機發(fā)生故障的位置和類型。具體診斷操作方法如下：采用試驗模態(tài)分析方法對電機的模態(tài)進行測試，然后將測試得到的模態(tài)參數(shù)跟該型號電機的振動特征數(shù)據(jù)庫進行比照，就可以找出故障的類型和部位。其中，振動特征數(shù)據(jù)庫的建立非常重要，需要在電機正常運轉(zhuǎn)的狀態(tài)下對其振動各階的頻率和振型進行測試，而且也要模擬電機發(fā)生故障，在模擬故障狀態(tài)下進行模態(tài)測試，測試在模擬故障狀態(tài)下的各階模態(tài)參數(shù)，最終把這兩者匯總起來建立一個簡易的數(shù)據(jù)庫，當故障真正發(fā)生時通過測試表現(xiàn)出來的各階的參數(shù)就可以診斷出故障。

3 電機故障類型振動頻譜分析

電機發(fā)生故障的類型多種多樣，不同位置發(fā)生故障后所顯示出來的振動頻譜圖也不一樣，所以需要了解掌握不同電機故障類型的振動頻譜特征，以便判別故障類型。

3.1 軸承故障類型

軸承會由于經(jīng)受高負荷運行、缺乏潤滑、異物進入等因素的影響造成軸承磨損、剝落、腐蝕、碎裂等故障現(xiàn)象，一旦出現(xiàn)故障就會產(chǎn)生異樣的電機振動。另外，電動機轉(zhuǎn)子質(zhì)量分布不均勻或是拖動過程中造成裝置的軸心偏離對中位置，重心偏移，偏移會引起轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生單邊離心力和不對稱的電磁拉力，只是轉(zhuǎn)子的支撐力出現(xiàn)變化，最終導致機械振動異常，故障也因此而產(chǎn)生。軸承發(fā)生故障會表現(xiàn)獨特的頻率譜圖，通過判斷故障頻譜的峰值大小就可以判斷出軸承內(nèi)圈、外圈、滾動體的故障。

3.2 轉(zhuǎn)子偏心故障類型

當轉(zhuǎn)子發(fā)生偏心故障時，它會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)可變的氣隙，引起脈沖振動，一般情況下是在2FL與轉(zhuǎn)速的諧波頻率之間，所以需要從細化譜中分離出2FL與轉(zhuǎn)速諧波頻率以及2FL兩側(cè)的FP，F(xiàn)P的正常值在0.3Hz到2Hz之間。靜態(tài)偏心的振動頻譜特征是：電磁振動頻率是電源頻率FL的2倍；轉(zhuǎn)子偏心的程度越嚴重，電磁振動就越大；動態(tài)偏心振動頻譜的特征是：轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)頻率和旋轉(zhuǎn)磁場同步轉(zhuǎn)速頻率的電磁振動會同時出現(xiàn)；電磁振動的脈動周期一般為1/2sFL，并隨著電動機負載的增大，脈動的節(jié)奏也會加快；電動機會發(fā)出和脈動節(jié)奏一樣的電磁噪聲。

3.3 定子繞組故障類型

定子偏心或是鐵芯發(fā)生短路和松動故障等情況都會產(chǎn)生2FL振動，如果將電源切斷，2FL頻率下的振動也會消失。當定子鐵芯和定子線圈發(fā)生松動時，定子所發(fā)出來的電磁振動和電磁噪聲也會變大，這時候表現(xiàn)在振動頻譜圖中的會有2FL基本成分，同時還會有4FL/6FL/8FL等諧波成分。定子發(fā)生異常振動時的表現(xiàn)是：振動頻率高于電源頻率雙倍；電源一切斷，電磁振動也會消失。

3.4 轉(zhuǎn)子導條斷裂或松動故障類型

轉(zhuǎn)子條和末端處發(fā)生斷裂或是接觸不良以及轉(zhuǎn)子的鐵芯發(fā)生短路時都會產(chǎn)生單倍轉(zhuǎn)速頻率的振動及其兩側(cè)的極通過頻率邊帶，同時也會產(chǎn)生轉(zhuǎn)頻的二、三、四、五階諧波兩側(cè)的極通過頻率邊帶。如果轉(zhuǎn)子條通過頻率和其諧波頻率兩側(cè)的2FL邊帶則說明轉(zhuǎn)子條存在松動或開脫的情況，在這種情況轉(zhuǎn)子條松動與端環(huán)間的電弧會顯示出高幅值的2RBPF，但震動幅度不會變大。轉(zhuǎn)子由于受熱過度會發(fā)生彎曲，彎曲的轉(zhuǎn)子會和定子發(fā)生摩擦，導致電磁力越來越大、不平衡力越來越嚴重，熱量也會越聚越多，導致轉(zhuǎn)子的彎曲度越嚴重，振動幅度值受定子電流影響會很明顯。

4 結(jié)束語

電氣設備和機械設備的電機在運行過程中，由于各種因素的影響，總是會發(fā)生各種各樣的故障問題，某些比較明顯的故障通過簡單的方法就可以查出來，而有些比較隱蔽的故障則需要通過特殊的方法才可以檢測出來。振動頻譜技術在診斷一些特殊故障的時候，有著它的獨特性，能發(fā)揮有效的檢測作用，所以要充分的挖掘這種診斷技術的潛力，有效的應用到特殊故障的電機故障診斷當中。

參考文獻

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