第9章电动机故障诊断分解

图9—6 交流感应电机（P=2，ZR =40，ZS =48） 的声音频谱图
图9—6是对这台电机在距其一米的位置，用电容式传声器测试的声音 信号的频谱。其中，fk0=1000Hz，fk1=1100Hz的频率成分能明确地看出来 ，此时，前述的fk1=1100Hz是占主要的，而fk2=900Hz则看不出来。 （ Zs>ZR ）

9．1 电动机类型特点与测定标准
一、电机的主要部件： 1.定子。是输入电功率，产生磁场的静止部件。 2.转子。是产生一个与定子磁场相对运动的磁场， 并输出机械功率的重要部件。 3.集电环和换向器。是构成旋转部分导电，建立相 对运动磁场的滑动接触机构。 4.轴承装置。是支撑转子旋转，保持定子、转子相 对位置的机械结构。
电动机振动速度有效值的极限标准（mm／s）
弹性悬置 45≤H≤132 132<H≤225 225<H≤400 1.8 2.8 刚性安装 H>400 2.8
1800<n≤3600
1.8
2.8
4.5
2.8
9．2 电磁耦合系统的振动原理
9．2．1 交流感应电动机的电磁振动
一、基频磁通的电磁振动 在电机气隙中磁通密度是沿着转子的圆周的空间而随着 时间按正弦波分布，可以用下式表示： B B sinP t （9—2）
图9—8 电磁振动发生机理 a) 2极电机定、转子和磁通 b) 定子所受电磁力和旋转力波 c) 旋转磁场波形 d) 磁拉力变化波形 e) 电磁振动的波形
定子电磁振动特征频率
因电磁振动在空间位置上和旋转磁场是同步的，定子电磁 振动频率应为旋转磁场频率(f0／P)和电磁力极数(2P)之乘 积2f0，也就是2倍的电源频率。 由此可知，电机在正常工作时，机座上受到一个频率为电 网频率2倍的旋转力波的作用，而可能产生振动，振动大小 则和旋转力波大小和机座刚度直接有关。
二、电机振动的限值 根据国家标准GBl0068．2-88《旋转电机振动测定方 法及振动限值》的规定，对不同轴中心高和转速的单台电 机，在按GBl0068．1规定的方式测定时，其振动速度有效 值应不超过表9-1的规定。
表9—1
安装方式 轴中心高（mm） 标准转速 r／min 600≤n≤1800 1.8
二、高频磁通的槽振动
由于槽的磁导率变化等原因，产生高频槽振动，在它 引起的槽齿谐波中，特别要注意的频率成分是：
ZR (1 s )} f P Z f k1 { R (1 s ) 2} f P ZR f k 2 { (1 s ) 2} f P fk0 {
（9—4）
（9—5）
第九章 电动机故障诊断
主讲：王林鸿教授、博士 机械与汽车工程学院
电动机故障诊断特点
电动机是机械设备最常用的动力源，其内部能 量转换分为三个环节：电气环节、磁耦合环节、 机械环节，其振动组成十分复杂，故障电机振 动信号包含有机械振动、电磁振动及其多次谐 波、冷却流体振动等； 本章主要讲述磁耦合环节的故障诊断技术，而 且主要讲述交流感应异步电动机，突出重点。
K Z R Z s 2P
根据经验：Zs>ZR 时，频率成分以fk1为主； Zs<ZR 时， 频率成分以fk2为主。
电磁力的各阶模态
根据K值，电磁力的各阶模态呈如图9—5所示的形状。
图9—5 电磁力的各阶模态
这种电磁力是一种径向力波(又称旋转波)，并且是单位 面积上的力，当这些力波频率以及其阶次与定子对应的固有 频率及其模态阶次接近或一致时，将发生共振效应，此时， 电机的振动和噪声将特别大。
0
由于磁通密度的作用力与磁通密度B的平方成正比：
F ( B0 )
2
1 2 0
（9—3） {1 cos2( P t ) }
根据上式可知基波电磁力具有以下特点： ① 频ห้องสมุดไป่ตู้为电源频率的两倍，即2f=100Hz； ② 以正弦波规律在圆周上分布； ③ 随时间以角速度ω回转。
基波电磁振动
高频磁通的槽振动示例
例如，一台四极电机，P=2，转子的槽数ZR =40，定子槽数ZS =48， 先计算其模态阶数K： K0=|ZR－ZS |=|40－48|=8 K1=|ZR－ZS＋2P|=|40－48＋4|=4 K2=|ZR－ZS－2P|=|40－48－4|=12
fk0 { 40 (1 0)} 50 1000 Hz 2 40 f k1 { (1 0) 2} 50 1100 Hz 2 40 f k 2 { (1 0) 2} 50 900 Hz 2
基波电磁振动发生的场合： ① 空气隙长度和磁路不平衡时； ② 一次电压不平衡时； ③ 转子绕组不平衡(断条和接触 不良)时。 这一振动，在转子受椭圆形电 磁力的两极电机中特别明显地表现 出来。 图9—4表示了基波电磁力F 的圆周方向的分布情况。
图9—4 基波电磁力分布
基波电磁振动的重要性
二倍电源频率的振动，它是电机中的主要振动分 量之一，尤其是在大型电机中，由于定子的固有 频率较低，这种频率的振动分析和研究显得特别 重要。 基波电磁力不仅作用于转子，也同时作用于定子。 是造成定子槽内线包松动等故障的原因之一。
定子电磁振动异常主要原因及特点
定子电磁振动异常的主要原因 （1）定子三相磁场不对称。如电网三相电压不平衡， 因接触不良造成单相运行，定子绕组三相不对称等原因， 都会导致定子磁场的不对称，而产生异常振动。 （2）定子铁心和定子线圈松动，将使定子电磁振动和 电磁噪声加大，在这种情况下，振动频谱图中，电磁振动 除了2f0的基本成份之外，还可以出现4 f0、6 f0、8 f0的 谐波成分。 （3）电动机座底脚螺钉松动，其结果相当于机座刚度 降低，使电动机在接近2f0的频率的范围发生共振，因而 使定子振动增大，结果产生异常振动。
9．3 电动机的故障特征
9．3．1 定子异常产生的电磁振动
由于定子三相绕组产生的是一个旋转磁场，它在定、转子气隙中以同步速 度n0旋转。若电网频率为f0，则同步速度n0=60 f0/P。 机座上受力部位是随磁场的旋转而在不断改变位置。从图9—8c)至e)中可 以看出，当旋转磁场回转一周，磁拉力和电磁振动却变化两次（2极电机） 。