试论电动机故障诊断中电气特征分析技术的应用

试论电动机故障诊断中电气特征分析技术的应用

金乔戚明亮刘鑫陈大虎杨明耀

(中石油乌鲁木齐石化公司新疆乌鲁木齐830019)

摘要：随着技术的发展，电气特征分析技术在电动机的故障诊断中得到了越来越广泛的应用，电气特征分析技术不仅能对电动机进行实时状态检测和故障检测，还可以对电动机所驱动的设备例如风机等进行故障诊断。电气特征分析技术可以对电动机的电流和电压数据进行检测，从而对电动机的多种故障例如定子线圈电压不平衡、转子故障等进行诊断。本文针对电动机故障诊断中电气特征分析技术的具体应用展开分析，目的在于提高读者对电气特征分析技术的认识，提高企业的维修效率，以供参考。

关键词:电动机；故障诊断；电气特征分析技术；应用

一．电气特征分析技术基本介绍

电气特征分析技术即ESA，最初出现于20世纪七十年代，发展至今已经是一项非常成熟的技术，这一技术在多个领域例如电力、钢铁等都得到了非常广泛的应用，在电动机故障诊断中电气特征分析技术的应用尤为突出，电气特征分析技术能对电动机的电气故障和设备故障等多种故障类型进行诊断，包括定子线圈电压不平衡等问题、轴承故障、转子故障、静态以及动态偏心问题等。与传统的电动机故障诊断技术相比，电气特征分析技术拥有高效性、准确性、诊断过程较为可控且明确等多种优点。

电气特征分析技术的特点包括以下几个方面：首先是可以在电动机的运行过程中进行实时在线分析，不需要关闭电动机，这就避免了电动机运行效率的降低；其次，通过电气特征分析技术可以对电动机进行远程监测，提高了便利性；电气特征分析技术的故障诊断准确性也较高，对电气和机械问题的检测非常准确；并且电气特征分析技术的检测范围较广，可以用于感应式电动机、直流电动机、发电机以及VFD电动机等各种类型，尤其是在传统方法不便于开展振动测试时的作用最大因此电气特征分析技术值得进行应用和推广。

本文即针对电动机故障诊断中电气特征分析技术的应用进行了详细分析，主要涉及的电动机种类为交流感应电动机，其它种类的电动机例如变频驱动电动机从运行基本原理和电动机结构上来讲与交流感应电动机的差别并不大，也可以以此作为参考。

二．电动机故障说明

电动机的故障包括四种基本类型，即轴承故障、定子问题、转子不对中问题和转子故障，其中轴承故障与定子故障是最常见的问题，在总故障中分别占比百分之四十一和百分之三十七，转子不对中和其它转子故障占比百分之十二和百分之十。

1.轴承故障

轴承故障一般而言包括摩擦故障和风阻损耗，其出现原因是多方面的，包括由于电压不平衡异常升温而引起的电动机轴承过度摩擦而过热、对轴承的润滑不恰当从而出现润滑不足或者过润滑问题、轴承受到工业油脂或环境的污染、轴承运行负荷过大超出了限度等。

2.定子问题

定子问题与电流和电压密切相关，包括电流不平衡和电压不平衡，二者是相互联系的，电压不平衡会导致大的运行电流失衡，从而出现电动机异常升温问题，电流和电压的不平衡会导致电动机铜损耗和额外能耗增加，也会导致电动机的运行稳定性大大减少。除此之外，定子问题的产生原因还包括环境湿度过大或者粉尘浓度过大而影响了线圈的散热或者绝缘性能等。

3.转子不对中问题

转子不对中是电动机的典型故障，指相邻两个转子的轴心线和轴承中心线相比出现了一定的倾斜或者位置的异常偏移等。此问题产生的原因一般为硬件和人为因素，包括在对联轴器进行加工时会由于工艺或者测量问题导致转子偏移或者在电动机的转子安装过程中对中不当。转子不对中会使电动机的机械应力明显增加从而增加电动机的运行能耗、减少电动机的寿命。

4.转子运行故障

转子运行故障指的是转子的气隙偏心问题，包括静态和动态偏心，静态偏心是定子的偏心，动态偏心是转子的偏心，导致转子气隙偏心的原因是在对转子进行铸造时出现了铸造缺陷。转子偏心会降低转子运行的效率，会导致转子出现额外的运行振动而增加了运行的不稳定性，

还会使转子和定子的运行温度过高。

电动机的故障诊断问题是相当重要的，电动机的故障诊断结果决定着电动机的最终维修方式是局部修理还是彻底更换还是局部翻新，也与企业的运行成本有着直接的关系，因此企业需要提高对电动机故障的重视程度。

三．电气特征分析技术在电动机故障诊断中的具体应用过程

1.电气特征分析技术的软件与硬件系统

电气特征分析技术在电动机故障检测中是通过两种软硬件即数据采集与数据分析软件系统来进行的，这两种软件的操作理论原理都是电气特征分析技术，这两种软件即可以作为维修平台，也可以通过它们用来评价电动机的工作状态的运行情况。

数据采集系统包括软件和硬件两方面内容，但是以硬件系统为主要特点，硬件系统中包括一个可以支持三相电流电压通过六个通道对电压情况进行同步采集的信号调理箱，并和两个振动通道相配合，对电动机故障进行全面而彻底的分析，这也是电气特征分析技术的独特硬件系统。

数据分析软件系统拥有智能化和自动化程度较高的故障诊断分析系统，可以对数据采集系统所提供的数据进行实时自动分析，并借助软件生成数据详细的文档，并且此系统也可以通过手动来进行分析，提高了系统的灵活性和便利性。

2.电气特征分析技术对电动机故障诊断的过程简述

电气特征分析技术主要是对电动机的电流和电压进行检测，根据其峰值波动和数值变化情况来确认一系列故障情况，可以对供电电源、电动机已经驱动设备的各种故障进行检测。

（1）对电动机电气故障进行检测

电气特征分析技术对电动机电气故障进行检测时，首先会对电动机的电流和电压的原始波形数据进行采集，根据对波形数据进行分析，最先可以确定的是电动机的电能质量情况，例如电动机电能的有效值波动和谐波质量等。

通过对波形数据和电流频谱进行进一步分析和比对，可以研究电动机转子的运行情况，确认电动机转子是否发生了故障，主要分析方法是对电流频谱中的频率PPF与FL处的峰值进行观察，根据峰值大小来确定转子的健康等级，转子的健康等级具体分为七级，等级越高，说明故障情况越严重，需要进行强化修理，这部分分析工作可以借助软件来进行分析，最终只对故障等级进行确认即可。此外，对PPF峰值进行分析也可以确认绕线转子的运行情况是否政策。

气隙问题也是检测的重点，气隙问题包括静态偏心和动态偏心，静态偏心是由于轴承松动等原因而引起的，分析方法也是借助电流频谱来进行的，通过对笼条通过电流频谱的工频边带进行分析来观测静态偏心的情况。动态偏心则是通过对笼条通过电流频谱的转速边带进行分析来观测的。

（2）对电动机机械故障进行检测

在使用电气特征分析技术对电动机的机械故障进行检测时是通过对调制信号进行观测来进行的，电气特征分析系统会借助算法来将工频消除掉，从而可以直接观察到调制信号，进而对电动机的机械情况进行判断。电动机机械故障包括电动机转子的不对中、轴承故障以及驱动设备出现故障等。对电动机对中问题的检测是对调制信号的峰值进行观测来确定的，对轴承故障的检测是通过对故障特征峰值的观测来确认，而对驱动设备的检测是对电流频谱的异常值例如谐波等进行观测来实现的。

总结：电气特征分析技术在电动机故障中的应用越来越广泛，发展至今，电气特征分析系统已经是一种相当成熟的电动机故障以及运行情况检测系统，能对电动机的多个硬件系统进行检测，不仅能对其存在的故障进行寻找和提醒，还可以将电动机存在的潜在问题进行挖掘和提前预警，避免了更大损失的出现，此外，电气特征分析系统还可以对电动机的性能进行综合评估，确定电动机的运行情况。因此电气特征分析技术值得进行进一步的推广和应用。

参考文献：

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