1、一、診斷電動機故障現(xiàn)在我們再來看看與交流同步和感應電動機，以及直流電動機有關(guān)的故障。當使用電動機帶動其它旋轉(zhuǎn)機械時，會受到不平衡和不對中的影響。在這部分我們將檢查它的電氣特性，以及相關(guān)的故障。有兩種不同類型的交流電動機：同步電機和感應電機，它們都可能使用單相或3相電流供電。在工業(yè)生產(chǎn)中，3相電機由于其大功率而得到廣泛應用。此外，感應電機的使用比同步電機更加廣泛。交流電動機的定子由許多線圈纏繞在定子槽上組成。定子上的槽數(shù)多于線圈數(shù)，因此線圈可以用很復雜的方式纏繞。當線圈通電后，會在定子內(nèi)部形成一個旋轉(zhuǎn)磁場。其轉(zhuǎn)速依賴于線圈的匝數(shù)和磁極數(shù)量。在三相電動機中，三個線圈由于電流的作用將形成2個磁極，它

2、們之間的相位差為120度。如果行頻為60Hz，定子中有2個磁極，則對應的磁場轉(zhuǎn)速為每秒鐘60轉(zhuǎn)，或3600RPM。如果定子有4個磁極（6個線圈），則磁場轉(zhuǎn)速為1800RPM，依次類推。當然，如果電流的頻率為50Hz，2磁極的電動機磁場轉(zhuǎn)速為3000RPM，四磁極電動機轉(zhuǎn)速在1500RPM左右。二、同步電動機如果將永磁性的圓形轉(zhuǎn)子放在定子中，它會在磁力作用下以旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，這被稱為同步轉(zhuǎn)速，這種電動機被稱為同步電動機。三、感應電動機感應電動機與同步電動機的區(qū)別在于沒有使用永久磁鐵，而是采用電磁鐵。在轉(zhuǎn)子表面的槽上橫向安裝了很多均勻分布的導電銅條。所有的銅條在轉(zhuǎn)子的末端通過一個圓環(huán)相連，該圓環(huán)

3、與所有銅條的末端焊接在一起。由于形狀類似于用來訓練寵物鼠的小圓籠，因此有時也被叫做“鼠籠”，感應電動機也叫做鼠籠式電動機?，F(xiàn)在我們將簡要的為您介紹這類電動機的工作原理，從而使你能夠理解滑差頻率、同步轉(zhuǎn)速等術(shù)語。每對銅條實際上就是一個簡單磁性回路。轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)子銅條中的感應電流作用下被磁化，該感應電流是由定子的旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生的。當定子磁場經(jīng)過轉(zhuǎn)子銅條時，變化的磁場感應產(chǎn)生了大量的電流，從而使銅條形成了自己的磁場。轉(zhuǎn)子感應磁場與產(chǎn)生它的定子磁場相互排斥，從而產(chǎn)生轉(zhuǎn)動力矩使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)起來。由于感應電動機通過磁場的排斥作用而不是像同步電動機那樣靠吸引力來工作，因此它也被稱為“排斥感應”電動機。如果系統(tǒng)中沒有摩

4、擦力作用，那么轉(zhuǎn)子將以同步速度運行，但電動機會產(chǎn)生一些無效的轉(zhuǎn)矩。在這種情況下轉(zhuǎn)子銅條和定子磁場間沒有相對運動，因此也不會產(chǎn)生感應電流。電動機一旦加載了負荷，其速度就會降低，轉(zhuǎn)子銅條會切割定子磁場的磁力線，并在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生排斥力。轉(zhuǎn)子中的感應磁場沿著轉(zhuǎn)動的反方向移動，其速度取決于外加負載的大小。也就是說RPM（轉(zhuǎn)速）總是低于同步轉(zhuǎn)速。實際轉(zhuǎn)速與同步轉(zhuǎn)速之差叫做滑差?；钤酱筠D(zhuǎn)子銅條中的感應電流就越強，輸出的扭矩就越大。為了在轉(zhuǎn)子銅條中產(chǎn)生更大的電流，定子繞組中的電流也需要增大。因此，感應電動機的實際速度總是依賴于負載。四、電動機中的振動源在電動機中兩倍線性頻率（100Hz或120Hz）處總可測到

5、振動分量。轉(zhuǎn)子與定子間的吸引力也隨著該頻率變化，并且在變化磁場中由于“磁彈性”作用，磁鐵自身的尺寸也會發(fā)生變化。磁彈性就是磁場中的磁性物質(zhì)的變形，常常引起電氣裝置在100Hz或120Hz處產(chǎn)生振動，例如電動機、發(fā)電機、變壓器等等，如圖6.14.1所示。對于電動機而言，在轉(zhuǎn)子和定子之間存在以100或120Hz變化的磁性吸引力。這也常常引起定子在100Hz或120Hz的振動。對于兩磁極的電動機（同步轉(zhuǎn)速為3000CP或3600CPM），有時很難區(qū)分100或120Hz（兩倍行頻）處的波峰和頻譜中的2×波峰。這就是我們使用高分辨率來采集頻譜的一個重要原因。 圖 磁彈性時的頻譜你可以通過測試來

6、檢查存在的到底是2×波峰還是100或120Hz的波峰，該測試通常在電動機運轉(zhuǎn)時進行，此時切斷電動機的電源，對應的100或120Hz波峰將會消失，而2×波峰仍舊存在（電機的轉(zhuǎn)速在降低）。五、定子故障定子故障會在兩倍行頻（100 Hz或120Hz）處產(chǎn)生強烈的振動。定子偏心會在轉(zhuǎn)子和定子間產(chǎn)生一個不均勻的氣隙，從而形成一個方向性非常強的振動源，如圖6.14.2所示。 六、基礎(chǔ)松動柔性基腳或基座偏翹都會導致偏心。通過調(diào)節(jié)螺栓改變受力狀況或修復底座能夠解決該問題。七、轉(zhuǎn)子偏心 圖 轉(zhuǎn)子偏心時的頻譜圖 極通頻率偏心轉(zhuǎn)子會導致轉(zhuǎn)子與定子間的氣隙隨著轉(zhuǎn)動不斷變化，從而產(chǎn)生一個脈動的振動源

7、。你同樣能看到兩倍行頻分量，同時還會出現(xiàn)1×波峰和該頻率處的極通頻率邊頻帶，如圖6.14.3所示。極通頻率等于滑差頻率乘以磁極數(shù)。滑差頻率是實際轉(zhuǎn)速與同步轉(zhuǎn)速之差，如圖6.14.4所示。由于滑差頻率較小，相應的極通頻率也較小，因此你必須通過高分辨率測量來區(qū)分這些邊頻帶。八、轉(zhuǎn)子故障轉(zhuǎn)子銅條損壞、破裂或腐蝕都是感應電動機非常普遍的故障模式，特別是在有負荷的情況下電機頻繁的啟動和停機的話，由于啟動電流比運轉(zhuǎn)電流強得多，從而在轉(zhuǎn)子銅條上產(chǎn)生很強的應變，并引起過熱。九、轉(zhuǎn)子彎曲由于轉(zhuǎn)子銅條上電流的不均勻分布引起轉(zhuǎn)子受熱不均導致轉(zhuǎn)子彎曲變形，同時轉(zhuǎn)子彎曲會出現(xiàn)所有的不平衡現(xiàn)象。我們可以通過檢測

8、電機冷卻時癥狀是否消失來判斷此類故障。電動機中的局部過熱嚴重時甚至會導致?lián)p壞的轉(zhuǎn)子銅條熔化后散落到氣隙中。十、轉(zhuǎn)子銅條斷裂轉(zhuǎn)子銅條斷裂會在1×處產(chǎn)生極通頻率邊頻帶以及它的諧波（2×、3×等等）。你經(jīng)常會看到一個帶有1×諧波的頻譜，同時每個諧波附近都有“裙狀”的極通邊頻帶，如圖6.14.5所示。有轉(zhuǎn)子銅條損壞的感應電動機會在電機兩倍滑差頻率處產(chǎn)生一個振幅上下緩慢變化的振動信號。這種現(xiàn)象叫拍擊，在進行測量時我們可以聽到拍擊的聲音。拍擊的振幅和頻率依賴于電動機的負載（因為它影響滑差頻率）。 圖 轉(zhuǎn)子銅條斷裂時的頻譜 轉(zhuǎn)子銅條松動時的頻譜十一、轉(zhuǎn)子銅條松動如果轉(zhuǎn)

9、子銅條松動會在銅條通過頻率（RBF=轉(zhuǎn)子銅條數(shù)×轉(zhuǎn)速）處出現(xiàn)波峰，并帶有兩倍行頻的（100或120Hz）邊頻帶。即使不知道轉(zhuǎn)子銅條數(shù)，如果看到一個高頻波峰并帶有兩倍行頻的邊頻帶，你也可以確定該故障，如圖6.14.6所示。十二、轉(zhuǎn)子松動有時轉(zhuǎn)子能在軸上滑動，通常是間歇性的，并取決于其溫度，同時它會引起很強的1×振動及其諧波。載荷或線電壓的突然變化都會導致這種情況發(fā)生，如圖6.14.7所示。十三、定子繞組松動如果電動機定子上的繞組出現(xiàn)松動，其兩倍行頻處的振幅將會增加，如圖6.14.8所示。這種情況具有相當大的破壞性，因為它會摩擦導線的絕緣層，導致短路和定子損壞。 圖 轉(zhuǎn)子松動時

10、的頻譜 定子繞組松動時的頻譜十四、疊片故障交流電動機的轉(zhuǎn)子和定子都是由一些相互獨立很薄的疊片組成。如果這些疊片發(fā)生短路，將導致局部過熱和扭曲變形。疊片短路還會引起很高幅的兩倍行頻振動。翹曲變形會導致1×振幅升高，通常還能觀察到極通邊頻帶，如圖6.14.9所示。 圖 疊片故障時的頻譜 聯(lián)接松動時的頻譜十五、聯(lián)接松動由于聯(lián)接松動引起的相位問題也會產(chǎn)生很強的兩倍行頻（100或120Hz）振動，同時伴有1/3行頻的邊頻帶（33或40 Hz），如圖6.14.10所示。十六、測量電動機電流一種常用的轉(zhuǎn)子銅條測試是測量電動機電流（只需要單相）從而得到一個高分辨率的頻譜。需要使用便攜式電流夾或變流器。輸出端通常聯(lián)接到數(shù)據(jù)采集器（或頻譜分析儀）上（查閱數(shù)據(jù)采集器手冊來設置采集參數(shù)）。你的目的是比較兩倍滑差頻率邊頻帶波峰的振幅值，并將它們與行頻（不是兩倍行頻）處的振幅進行比較。因此你應該采用超過行頻10 Hz（如60 Hz或70Hz）的1600線測量。最好是以行頻（如40到60 Hz或50到70Hz）為中心來放大，從而得到最佳的分辨率，如圖6.14.11所示。 圖 以行頻為中心放大圖 例子例如，如果同步轉(zhuǎn)速為1800RPM，實際上轉(zhuǎn)速為1760RPM，則滑差頻率等于40RPM或