潘葉飛

摘 要：電機(jī)作為一種復(fù)雜的旋轉(zhuǎn)機(jī)械.具有復(fù)雜的電磁、機(jī)械特性，其故障也表現(xiàn)為多樣性、復(fù)雜性，征兆多種多樣，既有機(jī)械故障的一般特性，又有電氣部件、磁場(chǎng)等故障特性。大量故障結(jié)果的統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，電機(jī)故障按其原因分：軸承類占38.5%，繞組類占39%。兩者之和占77.5%。因此，為使電機(jī)的安全可靠運(yùn)行，對(duì)電機(jī)故障機(jī)理的分析、對(duì)電機(jī)故障診斷方法的研究，以及對(duì)電機(jī)故障診斷裝置的開發(fā)都是十分必要的，不但具有重大的理論意義，而且具有相當(dāng)?shù)墓I(yè)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)價(jià)值。希望本文能豐富電機(jī)故障診斷理論，適合社會(huì)的需求，為社會(huì)的經(jīng)濟(jì)和工業(yè)發(fā)展作出一點(diǎn)貢獻(xiàn)。

關(guān)鍵詞：電機(jī)故障；診斷；分析

電機(jī)設(shè)備故障診斷原理

電機(jī)設(shè)備的工作原理都是基于電磁理論，其主要由電路（繞組）和磁路（鐵心）兩大部分組成，變壓器為靜止設(shè)備，它們的故障形成過程和表現(xiàn)形式在許多方面都有相同之處：如設(shè)備的繞組過熱，絕緣老化，鐵心變形及電機(jī)轉(zhuǎn)子偏心等。目前電機(jī)設(shè)備故障診斷的基本原理有：（1）電流分析法：通過頻譜等信號(hào)分析方法對(duì)負(fù)載電流的波形進(jìn)行檢測(cè)從而診斷出電機(jī)設(shè)備故障的原因和程度；（2）絕緣診斷法：利用各種電氣試驗(yàn)裝置和診斷技術(shù)對(duì)電機(jī)設(shè)備的絕緣結(jié)構(gòu)、工作性能是否存在缺陷做出判斷，并對(duì)絕緣壽命做出預(yù)測(cè)；（3）溫度檢測(cè)方法：采用各種溫度測(cè)量方法對(duì)電機(jī)設(shè)備各個(gè)部位的溫升進(jìn)行監(jiān)測(cè)，電機(jī)的溫升與各種故障現(xiàn)象有關(guān)；（4）振動(dòng)與噪聲診斷法：通過對(duì)電機(jī)設(shè)備與噪聲的檢測(cè)，并對(duì)獲取的信號(hào)進(jìn)行處理，診斷出電機(jī)產(chǎn)生故障的原因和部位，尤其是對(duì)機(jī)械上的損壞診斷特別有效。

2電機(jī)機(jī)械故障的分析與處理

2.1轉(zhuǎn)子與定子碰擦

異步電動(dòng)機(jī)定子、轉(zhuǎn)子之間氣隙很小，由于軸承損壞、軸彎曲以及軸承嚴(yán)重超載及端蓋內(nèi)孔磨損或端蓋止口與機(jī)座止口磨損變形，使機(jī)座、端蓋、轉(zhuǎn)子三者不同軸心等原因致使定子、轉(zhuǎn)子碰擦（俗稱掃膛）。出現(xiàn)這種故障時(shí)，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)電流增大，并發(fā)出“察察”聲，容易引起鐵芯溫度急劇上升，燒毀槽絕緣、匝間絕緣，從面造成繞組匝間短路或?qū)Φ亍胺排凇薄?yán)重時(shí)會(huì)使定子鐵芯倒槽、錯(cuò)位、轉(zhuǎn)軸磨損、端蓋報(bào)廢等。如發(fā)現(xiàn)此種情況時(shí)應(yīng)及時(shí)更換軸承、對(duì)端蓋進(jìn)行更換或刷鍍處理。

2.2電機(jī)振動(dòng)

振動(dòng)應(yīng)先區(qū)分是電機(jī)本身引起的，還是傳動(dòng)裝置不良所造成的，或者是機(jī)械負(fù)載端傳遞過來的，而后針對(duì)具體情況進(jìn)行處理。屬于電機(jī)本身引起的振動(dòng)，多數(shù)是由于轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡不好，以及軸承不良，轉(zhuǎn)軸彎曲，或端蓋、機(jī)座、轉(zhuǎn)子不同軸心，或者電機(jī)安裝地基不平，安裝不到位，緊固件松動(dòng)造成的。振動(dòng)會(huì)產(chǎn)生噪聲，還會(huì)產(chǎn)生額外負(fù)荷，從而縮短電機(jī)壽命。

絕緣結(jié)構(gòu)的故障診斷

電機(jī)內(nèi)絕緣結(jié)構(gòu)在運(yùn)行中由于熱、電、機(jī)械、環(huán)境等的綜合應(yīng)力作用下.逐漸老化.絕緣的電氣性能和機(jī)械性能逐漸降低，最后因降低至所必需的極限值而損壞。因此，在電機(jī)服役期內(nèi)對(duì)絕緣進(jìn)行診斷。推算其剩余擊穿電壓和壽命是不可缺少的。但是絕緣診斷的試驗(yàn)項(xiàng)目很多，每個(gè)試驗(yàn)項(xiàng)目有時(shí)又可測(cè)定幾個(gè)參數(shù)。因此.在絕緣診斷時(shí)，確定試驗(yàn)項(xiàng)目的順序和測(cè)定參數(shù)是十分重要的。測(cè)定參數(shù)：絕緣結(jié)構(gòu)中的電流。絕緣結(jié)構(gòu)上施加直流電壓，就有三種電流產(chǎn)生：（1）位移電流。在外電場(chǎng)作用下，由幾何電容和分子位移極化產(chǎn)生，一般是瞬時(shí)衰減。（2）吸收電流。是絕緣結(jié)構(gòu)中介質(zhì)極化，偶極子轉(zhuǎn)動(dòng)和離子極化所產(chǎn)生。隨時(shí)間較慢衰減。（3）漏導(dǎo)電流絕緣結(jié)構(gòu)表面和內(nèi)部的帶電粒子，在電場(chǎng)作用下向兩極移動(dòng)而產(chǎn)生，不隨時(shí)間而變化。因此，在外電場(chǎng)作用下。絕緣結(jié)構(gòu)中的電流是以上三種電流的疊加，絕緣電阻的初始值主要取決于位移電流和吸收電流，絕緣電阻的穩(wěn)定值則取決于漏導(dǎo)電流。

絕緣電阻變化規(guī)律分析絕緣結(jié)構(gòu)單純由于吸潮時(shí).其絕緣電阻值在波動(dòng)，但從長(zhǎng)期趨勢(shì)來看，其降低值極慢；當(dāng)絕緣結(jié)構(gòu)的絕緣電阻值波動(dòng)趨勢(shì)越來越低，直至無法恢復(fù)規(guī)定值，這往往是由于絕緣結(jié)構(gòu)受到污染或存在缺陷（如絕緣磨損等）。

電機(jī)設(shè)備的故障診斷方法

4. 基于信號(hào)變換的診斷方法

電機(jī)設(shè)備的許多故障信息是以調(diào)制的形式存在于所監(jiān)測(cè)的電氣信號(hào)及振動(dòng)信號(hào)之中，如果借助于某種變換對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行解調(diào)處理，就能方便地獲得故障特征信息，以確定電機(jī)設(shè)備所發(fā)生的故障類型。常用的信號(hào)變換方法有希爾伯特變換和小波變換。采用希爾伯特變換可實(shí)現(xiàn)電機(jī)軸承和感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子故障診斷。小波變換既是時(shí)間尺度分析，又是時(shí)間―頻率分析，它具有多分辨率的特點(diǎn)，且在時(shí)頻兩域具有表征信號(hào)局部特征的能力，利用小波變換的奇異點(diǎn)（如過零點(diǎn)、極值點(diǎn)）在多尺度下的綜合表現(xiàn)來檢測(cè)信號(hào)的局部突變點(diǎn)，從而進(jìn)行故障診斷。診斷結(jié)果幾乎不受負(fù)載影響，實(shí)現(xiàn)了有效可靠地進(jìn)行電機(jī)故障在線診斷。小波變換很適合于探測(cè)正常信號(hào)分析中夾帶的瞬態(tài)反?，F(xiàn)象并展示其成分，在電機(jī)設(shè)備機(jī)械故障診斷中占有重要的地位。

4. 基于模糊理論的診斷方法

在故障診斷領(lǐng)域，模糊屬性常常出現(xiàn)，如對(duì)征兆的描述：溫度“偏高”，振動(dòng)“厲害”等都具有模糊特征；故障與征兆的關(guān)系往往也是模糊的。模糊理論是處理這類問題的最好的工具。模糊故障診斷有兩種方法，一種是先建立征兆與故障類型之間的因果關(guān)系矩陣，再建立故障與征兆的模糊關(guān)系方程，這是基于模糊關(guān)系及合成算法的診斷方法。另一種方法是先建立故障與征兆的模糊規(guī)則庫(kù)，再進(jìn)行模糊邏輯推理的診斷過程，這是一種基于知識(shí)處理的診斷方法。

4. 基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的診斷方法

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANN）是由大量簡(jiǎn)單處理單元廣泛連接而成非線性系統(tǒng)，具有學(xué)習(xí)能力，自適應(yīng)能力，非線性逼近能力等。故障診斷的任務(wù)從映射角度看就是從征兆到故障類型的映射。用ANN技術(shù)處理故障診斷問題，不僅能進(jìn)行復(fù)雜故障診斷模式的識(shí)別，還能進(jìn)行故障嚴(yán)重性評(píng)估和故障預(yù)測(cè)，由于ANN能自動(dòng)獲取診斷知識(shí)，使診斷系統(tǒng)具有自適應(yīng)能力。將ANN應(yīng)用于電機(jī)設(shè)備故障診斷是當(dāng)前電機(jī)設(shè)備故障診斷的熱點(diǎn)之一。如采用BP網(wǎng)絡(luò)對(duì)電機(jī)設(shè)備進(jìn)行故障診斷。利用特征信號(hào)頻譜中的若干個(gè)譜峰能量值作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入樣本，以相應(yīng)的故障類型作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出樣本，對(duì)網(wǎng)絡(luò)采用BP算法進(jìn)行學(xué)習(xí)，獲取輸入樣本（特征信號(hào)）與輸出樣本（故障類型）間的映射關(guān)系，利用神網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)想記憶和分布處理功能對(duì)電機(jī)設(shè)備故障進(jìn)行診斷。

電機(jī)振動(dòng)的測(cè)量與診斷

電機(jī)產(chǎn)生振動(dòng)原因較復(fù)雜，振動(dòng)診斷分兩個(gè)層次進(jìn)行：一次診斷是簡(jiǎn)易診斷，確定電機(jī)總振動(dòng)級(jí)是否超過各種標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限值，決定是否需要進(jìn)行二次診斷：二次診斷是振動(dòng)的精密診斷，診斷的目的是要確定產(chǎn)生故障的部位和振動(dòng)產(chǎn)生的原因，首先要使用各種測(cè)量和分析儀器進(jìn)行振動(dòng)的測(cè)試和分析，同時(shí)還必須使用振動(dòng)分析軟件和依靠運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和診斷分析積累形成的診斷軟件

6 結(jié)論

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)設(shè)備對(duì)電機(jī)的安全性能提出越來越高的要求，因此電機(jī)的設(shè)備故障診斷技術(shù)受到越來越多人的關(guān)注。希望本文能豐富電機(jī)故障診斷理論，適合社會(huì)的需求，為社會(huì)的經(jīng)濟(jì)和工業(yè)發(fā)展作出一點(diǎn)貢獻(xiàn)。

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（作者單位：博思特能源裝備（天津）股份有限公司）