电动机故障检测仪

跟踪断裂棒条的严重程度
Broken Bar Severity (dB)
0 13rd Jan'13 25th Jun'13 15th Dec'13 Date 10th Feb'14 3rd April'14 30th June'14 3rd Sept'2014
-10
-20 Broken Bar severity (dB)
*These fields are mandatory ** Number of Rotor Slots are required for measuring the AGE
使用MDSP3进行测试
在换流器下选择合适的探头: 高压电机:电机短路器一相CT处的第二个探头使用5A的，输入所需的日 数
50
MDSPPro 详细分析
两个测试的比较 证明SC绕组出现断裂
转子速滞 “s”随着电机载荷增加而增加 因此 2f1s 边带频率增加 在2个载荷下进行测试 两种载荷必须相差至少40%% 在大约50/60Hz 电流时检查边带的位置 如果 2f1s边带频率岁载荷增加过多就可以确认SC绕 组断裂发生 如果峰值移动很慢，很可能是机械问题乳齿轮箱缺 陷
转子棒条断 裂
转子连接环
通常是功率大于500马力及以上的大型电机
在焊接的转子绕组发生的棒条断裂
3500hp, 2-pole, 4160V, Boiler Feed Pump Motor
通常是功率大于500马力及以上的大型电机
有断裂的短路环(焊接的转子绕组)
短路环上的裂纹
装配式的绕组 – 通常功率大于500马力
故障特征谐波分量
预测方程式—转子偏心
Static Dynamic
1 s f ec f1 R p nws 1 s f 1 R p nws
1 s f1 p f r ; nd 1
MDSP3 设备的优势 总结
鼠笼式感应电机转子的失效机理 绕组故障 、空隙过大和转子偏心
鼠笼电机的构造
定子铁心
定子绕组
转子铁心
转子铁心
棒条断裂
1700hp, 14-pole, 4160V 引风机
转子铁心
转子棒条断裂
转子连接环
通常是功率大于500马力及以上的大型电机
断裂的棒条导致转子铁心烧毁
5300hp, 2-pole, 4160V, 锅炉给水泵电动机 转子铁心绕 灼


电动机启动噪音大并且在运行中可以听到跳动噪音 在相同负载下导致转子的滑差率和回路电流会增加 大的气隙以及棒条断裂 引起棒条非均匀膨胀，转子失衡 以及高震动 断裂的棒条从转子槽甩出 与定子摩擦引起灾难性的绕组 故障

担心转子的故障原因
二次影响


火花 在爆炸性环境中引发安全性风险
断裂棒条或连接环所携带的电流会改变路径通过铁芯以 及邻近的棒条 使铁芯产生热损伤
使用MDSP3进行测试
高压电机 5A/1V 电流探头
42
使用MDSP3进行测试
低压电机电流探针链接示意图
SCIM
Phase Leads Current Probe, n2
MDSP3
Laptop Computer
43
使用MDSP3进行测试
在数据获取条下选择要获取的测量相位和号码
选择测量模式: 标准测量每次 < 40 秒 高分辨率测量< 75 秒
跟踪气隙偏心
跟踪RSPF与边频带的平均差异 Air gap Eccentricity (dB)
0 13rd Jan'13 25th Jun'13 15th Dec'13 10th Feb'14 3rd April'14 30th June'14 3rd Sept'2014
-10
Air gap eccentricity levels (dB)
运行中的转子滑差
以下因素会决定运行 中的转子滑差率
电动机设计 电动机负载
精确预估转子滑差的方法
转速计 由电机载荷扭矩与速度曲 并在测试中将数据输入软件 线的交点位置决定

– 稳态的速滞 – 波动的速滞 – 瞬态的速滞
使用电机铭牌数据以及 CSA演算法 如果电机铭牌上的满载速度是 不正确的，也可通过以下方式 获得转速
MDSP3的目的 以下几个方面会导致气隙和偏心 - 转子与定子安装不同心 - 转子轴弯曲 - 套管轴承磨损
MDSP3的目的
MDSP3 早期检测


在鼠笼绕组断裂之前发现问题
低成本修复转子避免更换 避免更换昂贵的转子铁芯 减少停机：防止昂贵的生产损失 有计划的安排维修并减少费用 增加机械和加工的可靠性
-20
-30
鼠笼式电动机转子绕组故障和 气隙偏心故障检测仪 (MDSP3)
by Tiger Wang(wdwang@qualitrolcorp.com) 王卫东/13669189480/18629286546
目录
感应电机的失效机理 MDSP3
测量的功能


电动机电流特征分析，滑差和负荷的关系 MDSP3 的特点 使用 MDSP3 测试
MDSPPro 详细分析
不确定的转子绕组状态
载荷 <满载荷的35% : 无法区分边频带因为其频率非常接近于 50/60Hz电流波 形
MDSPPro 详细分析
未发现转子绕组故障
两次测试对比
• 由机械设备如齿轮箱产生的对称电流分量会与
由断裂棒条产生的电流分量出现在相同的频域 • 通过负荷差别40%的测试可区分鼠笼式电机转 子导条断裂 • 如果发生了鼠笼绕组断裂，重要电流分量频率 会随速滞按比例变化 • 边带电流频率会有很小的变化如果它是由机械 零件产生的

检测焊接的转子绕组中断裂的或有裂纹的转子棒

条，短路环和他们之间的连接部分 损伤的铸模转子绕组里的气孔 鼠笼式以及绕线式感应电机转子偏心的成度 适用的电动机功率≥ 50hp (37kW)
MDSP3的目的
在这些情况下鼠笼绕式转子绕组故障异常突 出
– 直接驱动高惯性载荷的电机如引风机和送风机 – 频繁启停的电机 – 鼠笼绕组生产工艺粗糙的电机
• 基于50/60HZ电流频率以及±2Sf1 边带频率两者间 的平均差值（dB） • 平均差值（小于或等于40dB）的表示转子绕组有 裂纹或棒条断裂 • dB值越小，鼠笼绕组故障越严重 • 如果已知转子棒条的数量，能对断裂棒条的数量 进行更准确的估计
预测方程式--转子偏心
1 s f ec f1 R nd p ns
1 = supply frequency/频率
s = operating slip/滑差
R = # of rotor slots/转子槽数
p = # of pole pairs/几对的磁极 nd = integer (0 or 1), dynamic eccentricity index
nωs = integer (1, 3, 5…)
• •
静态转子槽谐波分为2f1和谐波分量 动态偏心下的转子旋转频率±r 为基波周围槽谐波
转子的偏心度
a) 均匀气隙 –转子旋转时气隙无变化 b) 静态气隙转子偏心: 从定子钻孔中心与转子中心的位移 最小气隙保持在同一位置 动态偏心和静态偏心不是孤立存在的，静态偏心往往使轴 弯曲，到一定程度必然会引起动态偏心，因此二者往往同 时存在 c) 动态气隙转子偏心 转子轴弯曲, 转子最小气隙位置随时间变化
低压电动机: 采用 250A/500A/1000A 探头 around one unshielded phase cable in motor MCC or breaker.
使用MDSP3进行测试
将MDSP3 设备一段连接到PC 另一端连接到 CT. 在指示器选择“自检测”确认你已经准备开始测量

可能需要更换转子铁芯产生昂贵的费用
担心转子的故障原因
二次影响– 产生过多的气隙偏心


发生在2倍频的高幅值振动早期轴承故障
导致不平衡的电磁应力 会引起转子与定子之间的摩擦 灾难性故障
MDSP3的测量功能
检测鼠笼绕组中的断裂中
MDSP3的测量功能
作为预防性维护工具使用 检测鼠笼感应电机以下问题
两次测试对比 – 存在棒条断裂的电动机
偏心故障
存在严重气隙偏心的电机
转子最高通过测试频率 (fs)= -69 dB 最低频率fr=-87.5 dB 最高频率fr -79 dB • fs和 fr平均差别=
fs
fr
fr
趋势分析
软件具有跟踪测试能力 (注意:这些测量几乎在相同 的载荷进行）. 这个特征有利于分析断裂转子棒条的严重度的变化 或者断裂棒条因子和气隙转子偏心在一段时间的变 化. 测量每6个月进行一次，如果测量显示告警或问题， 测量的频率要增加到至少每月1次。
MDSP3的特征
MDSP3 Kit
•产生3个电流信号设备 •先进的硬件以及改进的信号 处理技术 •USB 驱动(不需要外部电源)
•高的动态范围 (110 dB) •轻巧，价格低
MDSP3 Kit
• MDSP3 (USB 驱动 • 2 电流探测器 5A/1V 用于高压电机 250/500/1000 A to 1V 用于低压电源 频闪式转速计 MDSP3和电流钳表的连接、连接线和电脑连接 电流探头 交流电源转直流电源供应（当需要保存笔记本电池供电能力 时使用） 包含MDSP软件包的CD
交叉部分: 存在气孔的模铸转子绕组
气孔
短路环 转子棒条
转子 轴
转子 铁心
压铸绕组 –通常是功率小于500马力及以下的小电机
由空隙偏心导致的铁心磨损
由于转子的摩擦导致定子铁心 被磨损
由于定子的摩擦导致转子铁心 被磨损
为什么担心转子的故障 二次影响 转子棒条断裂后，电动机仍然可以运行，但扭距减少了
-30
-40
-50
测量的频率(次)应该 增加
-60
-70
跟踪断裂棒条因子
Broken Bar Factor
4.5
4
3.5
3 Broken Bar Factor
2.5
2
1.5
测量的频率(次)应该 增加
1
0.5
0 13rd Jan'13 25th Jun'13 15th Dec'13 10th Feb'14 Date 3rd April'14 30th June'14 3rd Sept'2014
至少选择一个高分辨率测量
MDSPPro 详细分析
转子绕组– 鼠笼电机故障 平均差分 28 dB
2sf1 Sidebands
MDSPPro 详细分析
转子绕组 – 断裂棒条严重程度显示 (转子 线槽号码未输入时)
MDSPPro 详细分析
转子绕组 –鼠笼电机故障的早期标志
2sf1 Sidebands
利用MDSP3进行测试
使用MDSP3进行测试
安装 MDSPPro 软件. 选择“New” 建立新的数据库
使用MDSP3进行测试 下一步，在数据库中添加“Organization”
使用MDSP3进行测试 在organization 下面添加Plant
使用MDSP3进行测试 在Plant 下添加Asset


频闪观测仪
运行中的转子滑差
预测方程式-断裂的鼠笼式转子
fsb = (1 2S) f1
f1 = Supply Frequency/电 源频率
S = Rotor Slip/转子滑差
S Increases with Load 来自百度文库确的获得转子的滑差率对于检测转子是否有断条断裂现象至关 重要
鼠笼绕组断裂评估
MDSP3测量原理

通过对某阶段的负载电流取样分析电流频率成分

转子绕组出现问题，会在负载电流中产生带有可 识别频率以及类型的电流成分 每一个问题都会在电机负载电流的特定频率产生独 有的电流特征 ，可以被预测及量测 通过对使用的转子滑差 进行精确预计，可以获得正 确的故障电流频率

电动机电流特征分析/滑差以及负载关系
使用MDSP3进行测试 选择“Launch Viewer”, 启动测量收集进程
使用MDSP3进行测试 在信息页输入以下数据，大部分数据来源于 nameplate:
a) b) c) d) e) f) g) h) 满载电流 额定功率 (hp or kW) 频率* 额定定子电压 满载转速* 同相转速 无载荷电流 转子速滞号**