基于頻譜分析技術(shù)大型異步電動(dòng)機(jī)的故障診斷
摘 要： 文章對(duì)電動(dòng)機(jī)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行了頻譜分析，并分析了頻譜結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，結(jié)合電動(dòng)機(jī)振動(dòng)特點(diǎn)和 故障機(jī)理，根據(jù)振動(dòng)特征與故障之間的一定關(guān)系進(jìn)行綜合分析對(duì)比，采用逐個(gè)排除的方法， 縮小范圍進(jìn)一步認(rèn)定產(chǎn)生振動(dòng)故障的根源，從而保證診斷的準(zhǔn)確可靠。
關(guān)鍵詞：電動(dòng)機(jī)；頻譜分析；故障診斷
中圖分類(lèi)號(hào)：TM343 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編 號(hào)：1007—6921(2009)10—0083—03
某廠新購(gòu)一臺(tái)功率1 288kW額定轉(zhuǎn)速2 984rmp大型三 相異步電動(dòng)機(jī),連續(xù)運(yùn)行一年后開(kāi)始出現(xiàn)持續(xù)性的較大振動(dòng)。振動(dòng)特征表現(xiàn)為：①起車(chē)后某 一時(shí)段(最短5min,最長(zhǎng)2h)振動(dòng)很小,之 后振動(dòng)明顯增大,異常振動(dòng)與負(fù)荷無(wú)關(guān)；②一旦振動(dòng)起來(lái)持續(xù)不斷，突然斷電后振動(dòng)仍然存 在；③熱車(chē)停車(chē)后再起車(chē)，振動(dòng)很快又出現(xiàn)；④從起車(chē)到出現(xiàn)振動(dòng)的時(shí)間有越來(lái)越短的趨勢(shì) ；⑤振動(dòng)有加重的趨勢(shì)。對(duì)電機(jī)整個(gè)轉(zhuǎn)子(包括電機(jī)自由端的冷卻風(fēng)扇)在專(zhuān)用動(dòng)平衡機(jī)進(jìn)行 動(dòng)平衡并仔細(xì)重新安裝調(diào)整后異常振動(dòng)情況依然存在。
1 振動(dòng)信號(hào)測(cè)試方法
將電機(jī)已從現(xiàn)場(chǎng)拆下,放置到專(zhuān)門(mén)檢修電機(jī)的電修車(chē)間，電修車(chē)間有良好的安裝基礎(chǔ)和 實(shí)驗(yàn)條件。采用下列方案進(jìn)行試驗(yàn)：①空載下進(jìn)行；②測(cè)試電機(jī)起車(chē)過(guò)程振動(dòng)、額定轉(zhuǎn) 速下的振動(dòng)和斷電時(shí)的振動(dòng)信號(hào)；③電機(jī)基礎(chǔ)不固定和基礎(chǔ)良好固定條件下分別測(cè)試。振 動(dòng)信號(hào)拾取采用具有良好高頻特性的ICP壓電式加速度傳感器，有利于提高信噪比。安裝在 電機(jī)輸出軸端軸承座的三個(gè)方向上，分別測(cè)量水平徑向、垂直徑向、軸向的振動(dòng)。采用美國(guó) Iotech公司ZonicBook/618E型振動(dòng)信號(hào)采集分析儀器, 主要技術(shù)指標(biāo)：8通道動(dòng)態(tài)信號(hào)輸入 ；16位A/D轉(zhuǎn)換;最大采樣頻率1MHz;分析頻率10Hz～20KHz。
2 電機(jī)振動(dòng)波形與頻譜圖
2.1 額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行狀態(tài)下振動(dòng)時(shí)域、頻域圖(如圖1～6)。
2.2 在額定轉(zhuǎn)速下斷電各測(cè)點(diǎn)的時(shí)域、頻域圖(如圖7～12)。
3 診斷分析與結(jié)論
轉(zhuǎn)速2 984rmp時(shí)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)頻為49.7Hz；轉(zhuǎn)速2 800rmp時(shí)對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)頻為46.7Hz。
頻譜圖表明：不論運(yùn)行在額定轉(zhuǎn)速還是電機(jī)斷電后，電機(jī)振動(dòng)頻譜呈現(xiàn)林狀分布，頻率從 轉(zhuǎn)頻、2倍轉(zhuǎn)頻、3倍轉(zhuǎn)頻……,具有豐富的諧波，最大峰值分別出現(xiàn)在7倍轉(zhuǎn)頻、8倍轉(zhuǎn)頻， 并且4～12倍轉(zhuǎn)頻的能量占主體。根據(jù)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的故障機(jī)理，故障診斷依據(jù)與振動(dòng)特征 和敏感參數(shù)進(jìn)行綜合判定，不同的故障類(lèi)型的振動(dòng)特征、敏感參數(shù)有部分相同或相似之處， 當(dāng)異常振動(dòng)由多種原因造成時(shí)，更增加分析判斷難度。為此本文采用正向推理法，最終找到 電機(jī)異常振動(dòng)的根源。
電機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速后突然斷電，靠轉(zhuǎn)子自身慣性自行停車(chē)而不采取任何制動(dòng)，由于轉(zhuǎn) 子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很大，所以停車(chē)時(shí)間很長(zhǎng)，轉(zhuǎn)速下降很慢。在轉(zhuǎn)速緩慢下降過(guò)程中電機(jī)一直振動(dòng) 較大，直到下降到1 000rmp后振動(dòng)開(kāi)始減少。運(yùn)行在額定轉(zhuǎn)速下與斷電下一瞬間的振動(dòng) 無(wú)差別。表明電機(jī)振動(dòng)是由電機(jī)本身的機(jī)械部分引起的,與電氣無(wú)關(guān)。
電修車(chē)間有專(zhuān)用固定電機(jī)的基礎(chǔ)，不存在基礎(chǔ)松動(dòng)的問(wèn)題，可以排除基礎(chǔ)松動(dòng)因素， 振動(dòng)故障完全是由電機(jī)本身引起的。
電機(jī)從停止緩慢升到額定轉(zhuǎn)速，在額定轉(zhuǎn)速下三個(gè)測(cè)點(diǎn)的頻譜圖均表現(xiàn)為林狀譜線， 高次諧波很豐富，且均為一次轉(zhuǎn)頻的整數(shù)倍頻，頻譜圖中諧波能量較分散，基頻振動(dòng)分量不 大，時(shí)域波形為隨機(jī)信號(hào)，根據(jù)這些特征排除轉(zhuǎn)子不平衡、轉(zhuǎn)子彎曲故障的可能。
該電機(jī)使用油膜軸承，如出現(xiàn)油膜渦動(dòng)和油膜振蕩也會(huì)造成電機(jī)振動(dòng)。油膜渦動(dòng)時(shí)有 較大的徑向振動(dòng)，特別是頻譜圖中有明顯而穩(wěn)定的渦動(dòng)頻率分量 (0.43～0.48)倍轉(zhuǎn)頻，而 頻譜圖中一直未出現(xiàn)該頻率，可排除存在油膜渦動(dòng)情況。
若存在軸承間隙過(guò)小、轉(zhuǎn)子動(dòng)撓度較大等原因?qū)?dǎo)致轉(zhuǎn)子與定子件產(chǎn)生摩擦，振動(dòng)頻率會(huì)出 現(xiàn)一些高頻諧波及分?jǐn)?shù)諧波振動(dòng)，雖然在足夠高阻尼的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)中可能完全不出現(xiàn)分?jǐn)?shù)諧波 振動(dòng)，但具有兩大特征：振動(dòng)隨轉(zhuǎn)速變化不明顯以及時(shí)域波形有明顯消波。對(duì)比波形圖可以 排除電機(jī)有轉(zhuǎn)子與靜止件產(chǎn)生摩擦故障的可能。
通過(guò)以上分析和排查，產(chǎn)生故障根源的范圍初步確定為：①軸承間隙不當(dāng)?？赡苡捎?軸承瓦殼多次拆卸及振動(dòng)所致。滑動(dòng)軸承軸瓦間隙不當(dāng)也會(huì)影響到一次轉(zhuǎn)動(dòng)頻率特別是間隙 過(guò)大時(shí)4～10倍頻分量較顯著；②轉(zhuǎn)子系統(tǒng)機(jī)械松動(dòng)，瓦殼與機(jī)體之間配合松動(dòng)達(dá)不到技術(shù) 要求。該故障下振動(dòng)頻譜易產(chǎn)生精確的2倍頻，3倍頻，4倍頻……。［參考文獻(xiàn)］
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