异步电机故障诊断方法介绍

第七章异步电机故障诊疗方法

第一节感应电机故障诊疗研究现实状况与发展趋势第二节感应电动机常见故障及处理第三节笼型异步电机故障第四节转子断条故障诊疗异步电机故障诊断方法介绍第1页第一节感应电机故障诊疗研究现实状况与发展趋势感应电机故障诊疗技术主要分为基于模型、基于信号分析两种类型。基于模型故障诊疗方法需要准确感应电机模型，但对非线性、强耦合、多变量感应电机来说，建立准确数学模型并非易事，而且在运行中，感应电机很多物理量都会发生一定改变。基于信号分析故障诊疗方法是经过一定信号处理技术从信号中提出故障特征，然后经过模式识别来判断是否存在故障、故障类型和故障严重程度。基于信号分析感应电机故障诊疗理论和方法研究现实状况发展趋势有以下。异步电机故障诊断方法介绍第2页一、感应电机故障类别

感应电机故障依据电机主要组成部分分为：定子部分故障，转子部分故障，轴承故障和气隙偏心等故障。

轴承是感应电机最轻易发生故障部分，占感应电机故障总数百分之41。感应电机轴承故障主要是因为过载、润滑不良、安装不正、轴电流以及异物进入等原因引发轴承磨损，表面剥落、腐蚀甚至碎裂等。轴承故障能在机械振动信号和其它传感器信号（如电流）中产生特征频率部分，对这些信号进行分析能确定轴承故障。异步电机故障诊断方法介绍第3页几乎40%感应电机故障都属于定子故障，主要是由线圈中相邻绕组间绝缘故障引发，即匝间短路。由此产生感应电流造成过热和气隙磁场不平衡。假如不及时检测，局部过热将造成更大定子绝缘损害，甚至造成灾难。

大约有10%感应电机故障属于转子故障。普通电机机械故障为转子断条或端环断裂，这些将使电机在运行过程中发烧，使导条和端环受到循环热应力和变形，造成故障深入扩大。转子偏心将在定子中产生不均衡气隙，引发轴承故障和机械故障。异步电机故障诊断方法介绍第4页二、故障信号选择

电机是高度对称，各种形式故障都影响他对称性。这造成定子、转子之间磁通产生对应改变，从而改变定子电流、电压、磁场和机械振动。经过对这些信号分析，能对感应电机健康状态进行分析并判断故障严重程度（如表1）。如经过电流信号能识别感应电机全部故障，振动信号分析能识别转子故障、轴承以及气隙偏心等故障，而轴磁通则能识别除轴承意外其它故障，与之相反，润滑油则只能识别轴承故障。异步电机故障诊断方法介绍第5页异步电机故障诊断方法介绍第6页检测机械振动信号是一个传统技术，在机械故障诊疗方面有着广泛应用。通常在旋轴上安装一个压电传感器，因为其产生电压信号正比于加速度，所以它能很好地反应旋转机械振动信息。但加速度传感器存在价格昂贵、安装不便以及可靠性较差缺点。定子电流信号是另一个惯用分析信号，通惯用霍尔电流探测针来测量，相对机械振动信号，它含有安装简单、价格廉价、非侵入式以及与电机控制系统共享电流信号特点，已成为感应电机故障诊疗信号分析热点。另外，电磁转矩、Park矢量、轴向磁通、润滑油以及温度等物坦量，也可用于故障诊疗。异步电机故障诊断方法介绍第7页三、信号处理技术

信号处理技术就是处理检测到信号，以产生和展现故障和不明故障相关特征值或参数（如与故障相关频率组成部分）。异步电机故障诊断方法介绍第8页1时域分析

惯用时域特征提取方法，如时间序列模型法，它经过对信号进行分析，建立它时间序列模型，模型参数既能反应系统固有特征，又反应系统在外界作用下输出特征。其中常见模型有AR模型、ARMA模型。异步电机故障诊断方法介绍第9页2频域分析

傅里叶变换将信号由时域转换到频域，使时域内极难观察到现象和规律，在频域内能得到很好反应。采取傅里叶变换频率分析是惯用感应电机故障信号处理方法。但因为傅里叶变换是完全在频域展开，没有包含时域信息，其积分平滑了信号中突变非平稳部分，在处理时变（非平稳）感应电机故障信号时，无法获知突变时刻故障信号频率部分。异步电机故障诊断方法介绍第10页3时频分析方法

惯用频率分析方法中傅里叶转换是假设频谱在采样时间内不变。因为感应电机负载扰动、电源电压交化等，感应电机故障信号是非平稳信号。显然，单纯采取傅里叶变换无法到达良好效果。

时一频技术可分为线性和非线性时频表示两种，线性主要有短时傅立叶变换、小波变换，非线性主要有Wigner-Ville分布等。异步电机故障诊断方法介绍第11页4高阶统计

有些文件中采取功率谱分析，它是二阶统计量分析，给出信号不一样频率成份下能量分布情况，当感应电机出现故障时，频谱能量分布会有所改变。不过功率谱分析不包含频率成份间相位信息，无法处理非最小相位系统和非高斯信号。有文件对感应电机振动信号进行双谱分析，提取故障特征信息，还有文件[则提出两种基于HOS非参数相位分析方法和参数线性和非线性模型方法，对感应电机故障进行诊疗，取得很好效果。高阶统计方法含有对Gaussian分布测量噪声不敏感优良品质。异步电机故障诊断方法介绍第12页四、故障状态识别方法

故障诊疗关键步骤是依据提取特征或故障参数，来决定是否存在故障、故障类别以及故障严重程度。一个可靠故障诊疗和分类策略离不开大量“健康”和故障状态参考数据。故障诊疗准确性往往受刭参考数据大小、长度以及数量限制。

当前，用于故障诊疗状态识别方法主要有基于统计模式识别方法和人工神经网络方法。异步电机故障诊断方法介绍第13页五、发展趋势1

多传感器数据融合

当前，大部分研究都采取单一信号处理技术来做故障诊疗，但因为感应电机本身复杂性和恶劣运行环境，信号难免会受到电源电压波动和负载扰动影响。所以，探讨从多传感器中提取综合信号并处理能提升故障诊疗准确性。异步电机故障诊断方法介绍第14页2混合故障诊疗

对感应电机几个基本故障，都能从相关文件中找到他们特征频率，如定子绕组匝间短路、转子断条以及轴承故障等。但当感应电机存在各种故障时，则可能相互依赖以及故障特征值相互影响从而增加故障复杂性。所以，怎样研究多类型故障诊疗是未来发展热点问题。异步电机故障诊断方法介绍第15页3基于交流调速、负载扰动故障诊疗

当前，相关感应电机故障诊疗主要集中在空载状态下故障诊疗。但伴随交流调速技术发展，感应电机已成为工业中主要能量转换设备。所以，研究基于交流调速感应电机故障诊疗现实意义十分显著。但交流调速系统感应电机故障诊疗却远比单个感应电机复杂，其主要原因在于逆变器开关频率噪声对故障诊疗系统影响。负载扰动情况下，故障特征信息受到影响，怎样消除故障信息中影响，是值得研究问题。异步电机故障诊断方法介绍第16页4先进故障诊疗方法引入和融合

伴随信号处理技术、计算机技术以及人工智能发展，许多先进技术都被引入到感应电机故障诊疗中。但许多先进技术和理论并没完全成熟，怎样深入提升这些方法有效性尚待深入研究，怎样融合先进方法，充分发挥各自优点，也是故障诊疗技术发展方向之一。异步电机故障诊断方法介绍第17页六、结语

感应电机故障诊疗研究和发展含有主要现实意义。常见故障诊疗系统主要包含信号提取、信号处理以及故障状态识别三个部分。异步电机故障诊断方法介绍第18页第二节感应电动机常见故障及处理异步电机故障诊断方法介绍第19页．一、电动机温升过高原因及处理

（1）电动机长久过载。电动机过载时流过各绕组电流超出了额定电流，会造成电动机过热。若不及时调整负载，会使绕组绝缘性能变差，最终造成绕组短路或接地，使电动机不能正常工作。

（2）未按要求运行。电动机必须按要求运行，比如，“短时”和“断续”电动机不能长久运行，因其绕组线径及额定电流均比长久运行电动机小。（3）电枢绕组短路。可用短路侦察器检验，若短路点在绕组外部，可进行包扎绝缘；若短路点在绕组内部，标准上要拆除重绕。（4）主极绕组断路。可用检验灯检验绕组，若断路点在绕组外部，可重新接好并包扎绝缘；若断路点在绕组内部，则应拆除重绕。异步电机故障诊断方法介绍第20页（5）电网电压太低或线路压降太大（超出10%）。如电动机主回路某处有接触不良或电网电压太低等造成电动机电磁转矩大大下降，使得电机过载。检验主回路消除接触不良现象或调整电网电压。（6）通风量不够。如鼓风机风量、风速不足，电动机内部热量就无法排出而过热，应更换适当通风设备（7）斜叶风扇旋转方向不妥与电动机不配合。此时应调整斜叶风扇使其与电动机相配全。从理论上讲电动机均可正反转，但有些电动机风扇有方向性，如反了，温升会超出许多。（8）电枢铁心绝缘损坏。此时应重新更换绝缘。（9）风道阻塞。此时应用毛刷将风道清理洁净异步电机故障诊断方法介绍第21页二、三相异步电动机运行中故障及主要原因1）机械故障（1）轴承过热。可能是因为润滑脂不足或过多，转轴弯斜，转轴磨擦过大，润滑脂内有杂质及外来物品以及钢珠损坏等所引发。（2）电动机振动。机组轴线没有对准，电动机在底板上位置不正，转轴弯曲或轴颈振动，联轴器配合不良，转子皮带盘及联轴器平衡不良，鼠笼转子导条或短路环断路，转子铁心振动，底板不均匀下沉，底板刚度不够，底板振动周期与电动机（机组）振动周期相同或靠近，皮带轮粗糙或皮带轮装置不正，转动机构工作不良及有碰撞现象等引发。（3）转子偏心。可能是因为轴衬松掉，轴承位移，转子及定子铁心变形，转轴弯曲及转子平衡不良等引发异步电机故障诊断方法介绍第22页2）电气故障（1）起动时故障。因为接线错误、线路断路、工作电压不对、负载力矩过高或静力矩过大、起动设备有故障等所引发。（2）过热原因。因为线路电压高于或低于额定值、过负荷、冷却空气量不足、冷却空气温度过高、匝间短路及电机不清洁等所引发。（3）绝缘损坏。可能是因为工作电压过高，酸性、碱性、氯气等腐蚀性气体损坏、太脏、过热，机械碰伤、湿度过高，在温度低于0℃下保留和水分侵入等所引发。（4）绝缘电阻低原因。因为不清洁、湿度太大，因温度改变过大、以至表面凝结水滴，绝缘磨损和老化等所引发。异步电机故障诊断方法介绍第23页三、运行中电动机会有哪些异常现象？怎样处理（1）异声处于正常状态电动机，在距离稍远地方听起来是一个均匀而单调声音，并带一点排风声，靠近电机后，尤其是用螺丝刀顶住电机各部位时，就能够清楚听到风扇排风声、轴承滚动声、微微振动声，其声音一样使人感到单调而均匀，假如在这种单调而均匀声音中夹杂着一个不正常声响，此既为异声。（2）气味电动机运行时，如闻到电动机发出焦灼气味，说明电动机已经有故障，应马上采取办法。异步电机故障诊断方法介绍第24页（3）电流、温度异常电动机工作电流不应该超出其铭牌要求，三相电流不平衡不应超出10%；各部位温升在允许范围内（轴承A级60℃，E级55℃）。不然应视情况采取必要办法。（4）电压异常电动机正常运行时，三相电压同时升降，变动在353V～406V之间。若三相电压升高不相等，说明出现故障应检验处理。异步电机故障诊断方法介绍第25页四、电动机外壳带电原因及排除（1）电动机绕组引出线或电源线绝缘损坏在接线盒处碰壳，使外壳带电。应对引出线或电源线绝缘进行处理。（2）电动机绕组绝缘严重老化或受潮，使铁心或外壳带电。对绝缘老化电动机应更换绕组；对电动机受潮应进行干燥处理。（3）错将电源相线看成接地线接至外壳，使外壳直接带有相电压。应找犯错接相线，按正确接线更正即可。异步电机故障诊断方法介绍第26页（4）线路中出现接线错误，如在中性点接地三相四线制低压系统中，有个别设备接地而不接零。当这个接地而不接零设备发生碰壳时，不但碰壳设备外壳有对地电压，而且全部与零线相连接其它设备外壳都会带电，并带有危险相电压。应找出接地而不接零设备，重新接零，并处理设备碰壳故障。（5）接地电阻不合格或接地线断路。应测量接地电阻，接地线必须良好，接地可靠。（6）接线板有污垢。应清理接线板。（7）接地不良或接地电阻太大。找出接地不良原因，采取对应办法给予处理异步电机故障诊断方法介绍第27页五、电动机不能起动或带负载时转速低于额定转速原因及处理（1）熔断器熔断，有一相不通或电源电压过低。检验电源电压及开关、熔断器工作情况。（2）定子绕组中或外电路有一相断开。从电源逐点检验，发觉断线并接通。（3）绕线式电机转子绕组电路不通或接触不良。消除断点。异步电机故障诊断方法介绍第28页（4）鼠笼式转子笼条断裂。修复断条。（5）△形连接电机引线接成丫形。更正接线。（6）负载过大或传动机械卡住。减小负载或更换电机，检验传动机械，消除故障。（7）定子绕组有短路或接地。消除短路、接地处。异步电机故障诊断方法介绍第29页六、电动机过热或冒烟原因及处理（1）电源电压过高或过低。调整电源电压，换粗导线。（2）检修时烧伤铁心。检修铁心，排除故障。（3）定子与转子相檫。调整气隙或车转子。（4）电动机过载或起动频繁。减载，按要求次数起动。（5）断相运行。检验熔断器、开关和电动机绕组，排除故障。异步电机故障诊断方法介绍第30页（6）鼠笼式转子开焊或断条。检验转子开焊处，进行补焊或更换铜条，铸铝转子要更换转子或改用铜条。（7）绕组相间、匝间短路或绕组内部接错，或绕组接地。查出定子绕组故障或接地处，给予修复。（8）通风不畅或环境温度过高。修理或更换风扇，去除风道或通风口，隔离热源或改进运行环境异步电机故障诊断方法介绍第31页七．电机有不正常振动和声响（1）转子、风扇不平衡。校正转子动平衡，检修风扇。（2）轴承间隙过大，轴弯曲。检修和更换轴承，校直轴。（3）气隙不均匀。调整气隙使之均匀。（4）铁心变形或松动。校正铁心，重合或紧固铁心。（5）联轴器或皮带轮安装不合格。重新校正，必要时检修联轴器或皮带轮。（6）鼠笼式转子开焊或断条。进行补焊或更换笼条。异步电机故障诊断方法介绍第32页（7）定子绕组故障。查出故障，进行修理。（8）机壳或基础强度不够，地脚螺栓松动。加固、紧固地脚螺栓。（9）定、转子相檫。硅钢片有突出要锉去，轴承损坏要更换。（10）风扇碰风罩，风道堵塞。检修风扇及风罩使之配合正确，清理通风道。（11）重绕时每相匝数不等。重新绕制，使各相匝数相等。（12）缺相运转。修复线路、绕组断线和接触不良处或更换熔丝。异步电机故障诊断方法介绍第33页八．电动机电刷冒火，滑环过热或烧坏原因及处理（1）电刷牌号或尺寸不符。更换电刷。（2）电刷压力过大或不足。调整电刷压力。（3）电刷与滑环接触面不够。打磨电刷。（4）滑环表面不平或不清洁。修理滑环和去除污垢。（5）电刷在刷握内卡住。检验排除异步电机故障诊断方法介绍第34页九．电动机三相电流不平衡原因及处理（1）三相电源电压不平衡。检验三相电源电压。（2）定子绕组匝间短路。检验定子绕组，消除短路。（3）重换定子绕组后，部分线圈匝数有错误。严重时，测出有错线圈并更换。（4）重换定子绕组后，部分线圈接线错误。校正接线。异步电机故障诊断方法介绍第35页十．电动机绝缘电阻降低原因及处理（1）电动机内受潮。进行烘干处理。（2）绕组上灰尘污垢太多。去除灰尘、油污垢，并浸漆处理。（3）引出线和接线盒接头绝缘损坏。重新包扎引出线绝缘。（4）电动机过热后绝缘老化。小容量电动机可重新浸漆处理。异步电机故障诊断方法介绍第36页十一．轴承过热原因及处理

（1）轴承损坏。更换轴承。（2）润滑油脂过多或过少，油质不好，有杂质。检验油量：应为轴承容积1/3～2/3为宜，更换合格润滑油。（3）轴承与轴颈或端盖配合过紧或过松。过紧应车磨轴颈或端盖内孔，过松可用粘合剂或低温镀铁处理。异步电机故障诊断方法介绍第37页（4）轴承盖内孔偏心，与轴相檫。修理轴承盖，使之与轴间隙适当且均匀。（5）端盖或轴承盖未装平。重新装配。（6）电动机与负载间联轴器未校正，或皮带过紧。重新校正联轴器，调整皮带张力。（7）轴承间隙过大或过小。更换新轴承。（8）轴弯曲。校直转轴或更换转子。异步电机故障诊断方法介绍第38页十二．怎样检修电动机绕组断路故障若断路点在铁心槽外，又是单股线断开，能够重新焊好并处理好绝缘。若是两股以上导线断开，则要仔细查找线头、线尾，不然轻易造成人为短路。若断路是过桥线或引出线焊接不良，可套上套管，重新焊好。若断路点在铁心槽内，只好用穿绕法更换故障绕组。若绕组断路严重，必须更换整个绕组。若电动机有急用，也可象电动机短路应急检修一样，用跳接法将故障绕组首尾短接，供暂时使用。异步电机故障诊断方法介绍第39页第三节笼型异步电机故障

定子铁芯故障铁芯短路、振动…绕组绝缘故障老化、磨损、过热、受潮、污染、电晕…转子故障转子气隙偏心、笼条断裂（断条）、端环开裂…常见故障转子偏心、断条、端环开裂和绕组过热（匝间短路）

异步电机故障诊断方法介绍第40页一、转子断条和端环开裂故障

电机起动时，转子绕组内短时间流过很大电流，定子绕组电流可达（5～7）In转子导条承受冲击电动力、热应力、离心应力起动、运行、停转过程中循环热应力和变形作用因为负载改变和电压波动时，笼条又要受到交变负荷作用，轻易产生疲劳转子绕组铸造质量、导条与端环材质和焊接质量存在问题故障现象起动时间延长、滑差加大，力矩减小；振动和噪声增加，电流出现摆动等异步电机故障诊断方法介绍第41页转子断条故障特征频率

定子电流中出现边频分量：式中，转差率s＝（n1-n）/n1×100％电机磁场旋转速度n1＝60f1/p转子转速n