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(2009)10—0083—03
某厂新购一台功率1 288kW额定转速2 984rmp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 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 额定转速运行状态下振动时域、频域图(如图1～6)。
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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
转速2 984rmp时对应的转频为49.7Hz；转速2 800rmp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，直到下降到1 000rmp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：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］
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