电机故障检测技术(美国桑美AT345)

T2-T3 0.082 1 0 19 -30
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电机MCA诊断技术应用
建立数据库管理，实现趋势分析与预测
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电机MCA诊断技术应用
EMCAT 专家诊断
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电机MCA诊断技术应用
预知维修与监测进程
IEEE推荐的电机状态监测时间间隔：
电机类别 三相非重要电机 三相生产电机 三相关键电机 DC 电机 变压器 干净、干燥 12 个月 6 3 6 12 适中 9 6 2 6 9 脏、潮湿 6 3 1 3 6
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电机MCA诊断技术应用
直流电机测试
电阻 R 电感 L 阻抗 Z I/F 相角 Fi 绝缘 励磁 0.012 2 4 -23 27 >99M 电枢一次 电枢二次 0.088 0.088 4 4 9 9 -48 -48 65 65 >99M
可进一步检测换向器
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以上标准已经 美国能源部 及 IEEE 的15年考核，被认为阻抗测试 较直阻R的测试更精确，I/F用于评估故障源于定子还是转子，且能够 诊断早期匝间短路等故障。如今这一标准已成为美能源部推荐的电机 质量评判依据。
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电机MCA诊断技术应用
快速诊断各类故障
• 绕组短路 – 相角 Fi 与 I/F • 接头松动 – 电阻 R • 绕组污染或过热 – 电感 L 与 阻抗 Z • 转子状态与细化分析 – 电感或阻抗波形
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电机MCA诊断技术应用
电机故障诊断技术与应用
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何为电机系统 ?
交流电源
电机系统结构图
Process Mechanical and Electrical Feedback
电机驱动系统
1200 rpm
机械系统
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电机MCA诊断技术应用
例四： 410KW直流机车牵引电机
测试参数 02/10/30 13:53 410kW 电阻 R 阻抗 Z 倍频测试 I/F 阻抗角Φ 绝缘
测试参数 02/10/30 13:53 410kW 电阻 R 阻抗 Z 倍频测试 I/F 阻抗角Φ 绝缘
测试参数 03/03/13 10:35 410kW 电阻 R 阻抗 Z 倍频测试 I/F 阻抗角Φ 绝缘
▼ 三相相角Fi与 I/F 不平衡，电机仍在运行，但随时会发生停机事故。 ▼ 测试结果反映出定子绕组的故障（匝间短路）。
T1-T2 0.954 52 20 80 -44 99M T1-T3 1.054 96 19 83 -39 T2-T3 0.965 56 22 85 -39
偏差
10% 46% 14% 5 5
I/F Fi I/F Fi I/F Fi -45 67 -45 67 -45 68 -45 68 -45 68 -45 68 -42 64 -44 64 -42 68
匝间 线间 相间
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电机MCA诊断技术应用
精密分析转子电磁特性
▼ 将转子一周看成时钟的12等分，在每个位置分别测试每相的电 感量L，利用 Exel 得出以下图形，反映转子的故障类型：铸造
阻抗 的平衡测试解决以下问题：
转子故障：铸件缺陷、气隙不均衡、偏心、断条断环； 定子绕组故障：匝间、线间（层间）、相间短路；绝缘缺陷（将磁通集
中点转向至缺陷点）。
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电机MCA诊断技术应用
MCA技术的核心 —— I/F倍频测试
对于某相绕组，测试频率加倍前后，看电流的变化：
使用匝间耐压试验仪？
1) 2) 3) 4)
破坏性试验； 波形复杂，难以分析； 有些匝间短路的情况在波形上无反映; 设备笨重。
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二、MCA诊断技术原理
MCA 基本原理将电机看成是包含电阻、电感、电容的复杂电路。
定子
转子
电机绕组的重要参数包括： ◆ ◆ ◆ ◆ ◆
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例五： 150KVA 干式变压器
Resistance Impedance Inductance Phase Angle I/F Insulation
T1-T2 0.02 1 0 18 -29
T1-T3 0.031 1 0 19 -33 #.#
T2-T3 0.041 1 0 18 -29
8-9 使用时间，噪音很大
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例六： 绝缘降低且轻微匝间短路的变压器
Resistance Impedance Inductance Phase Angle I/F Insulation
T1-T2 0.053 1 0 19 -29
T1-T3 0.062 1 0 19 -29 2.202
106 Rotor Position
转子完好
铸造缺陷导致不平衡气隙
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交流电机的转子电磁特性静态测试
Basic Data Interpretation
断条！
3000 hp Alternator
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例一：11KW交流电机
交流电机测试 R Z L I/F Phase Angle 绝缘 T1-T2 1.511 168 66 -44 81
75 70 65
T1-T3 1.533 280 55 -44 80
T2-T3 1.535 265 52 -44 80 >99 Meg
偏差 1% 67% 27% 0 1
三相电感圆周分布图
60 55 50 45 12 3 6 9
缺陷或断条；
107 106 105 104 103 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
105 104 103 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Inductance (m H)
10.5 9.5 8.5 7.5 6.5
0 1
107
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
电枢回路 第一次测试 第二次测试 1.94 1.93 3 3 -7 -7 8 8 >99M
新电机
电枢污染
大面积短路
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IEEE 变压器诊断标准（三相偏差）
电阻 R: 5%（>0.250 ） 7.5%（<0.250 ）
阻抗 Z： 5% 电感 L： 5% 相角 Fi： +/- 1度 I/F ： +/- 2 与原始数据的偏差应格外注意
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最初: 无匝间短路发生，ωL>>R，类似“纯电感电路”； I/F趋近于 - 50% 最后: 匝间短路严重，L失效，仅剩少量 R，类似“纯电阻电路”： I/F趋近于 - 0%
匝间短路的发展趋势是 I/F值从 -50%向 -0% 三相 I/F值的比较可轻易诊断匝间短路的位置与程度！
T2-T3 74.6 208 309 -44 52 >99 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱeg
不平衡 0% 4% 5% 6 43
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电机诊断的国际标准
IEEE 电机三相平衡评判标准 测试项目 良好 缺陷 故障 5% 10% 15% 电感 L 2% 3% 5% 阻抗 Z I/F 0 2 >3 0 1 2 相角 Fi
电阻 电感 电容 相角 阻抗
R L C Fi Z2 = R2+ ( XL - XC ) 2
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简单的电阻测试不能解决匝间短路、转子问题。 交流电机真正的三相平衡是 阻抗 与 相角 的平衡。
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MCA技术的核心 —— 阻抗测试
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电机检测的误区！
摇表就可解决问题——错误！
对地绝缘问题仅占电机系统故障中 5%以下
电桥可以检测到匝间短路——错误！
1) 认为三相平衡是电阻值的平衡是错误的； 2) 运行中三相电流的平衡与否要看三相阻抗是否平衡；
3) 匝间短路的发展与阻值的降低不成正比！
定子绕组 风扇 定子铁芯 转子 轴承
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精确区分匝间/层间/相间故障
• 相角 与 I/F ： – Fi 与 I/F > +/- 2 ——同相、同绕组的匝间短路 – Fi > +/- 1, I/F 平衡 —— 同相绕组中的线圈间短路（层间短路） – Fi 平衡, I/F > +/- 2 —— 相间短路 • 此结论与电机大小无关 IEEE PENROSE 定理 • 电阻 ~ +/- 5%
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全 文 完
R Z L
相角Fi
I/F
绝缘
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例二： 300 KW电机多次轴承失效
▼ 300 KW, 3600 RPM 连续多次发生轴承失效； ▼ 存在铸造缺陷，同时存在偏心，最大的可能是轴套定位偏差。
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例三： 转子断条
▼ 振动分析、电流分析检测，都因信号太弱而没有发现问题。 ▼ R、Fi、I/F均无大的偏差，而Z、L偏差很大，转子测试发现断条。
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一、电机故障诊断的多种途径
动态电气测试 DET 电压表 安培表 功率表 数据采集器 电源质量分析仪 动态效率仪 动态电机电流分析MCSA 动态机械测试 DMT 红外分析 振动分析 超声诊断
静态电气测试 SET 欧姆表 / 毫欧表 绝缘电阻计（吸收比 / 极化指数） 高压绝缘测试仪 LCR 测试仪 浪涌测试仪 静态电机电路分析（MCA）
例如：
-44，-44，-44，完好 -42，-43，-44，良好 -40，-44，-43，短路发生，差！
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测试范例
三相交流电机，匝间短路 T1-T2 测试参数 R 74.6 Z 217 L 325 I/F -50 Phase Angle 9 绝缘
T1-T3 74.6 210 313 -49 13
I=
U R2 + (ωL1 2 ωC )
I 频率加倍 =
U 1 R2 + (2ωL- 2ωC )2
倍频测试值 I/F，即频率加倍的变化率：
I/F =
ΔI
I
=
I2－I ×100% I - 50% 即电流减少一半 - 0% 即电流不变 100% 即电流增加一倍
纯电感电路： I/F 纯电阻电路： I/F 纯电容电路： I/F
励磁回路 0.005 3 -25 26 >99M
励磁回路 0.017 3 -25 26 >99M
励磁回路 0.011 3 -25 26 >99M
电枢回路 第一次测试 第二次测试 0.055 0.053 9 9 -45 -45 63 63 >99M
电枢回路 第一次测试 第二次测试 0.472 0.630 4 4 -31 -36 33 30 0.1M