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  • 壓瓦機電動機故障診斷技術探讨

      定子是壓瓦機電動機最常出現故障的部位,其中最主要的是定子繞組故障,該故障主要是因絕緣破壞而引起的各種表現形式的故障,如匝間短路、單相對地短路、相間短路和局部放電等。

    一、電動機常見故障類型及原因

    1、定子故障

    定子是壓瓦機電動機最常出現故障的部位,其中最主要的是定子繞組故障,該故障主要是因絕緣破壞而引起的各種表現形式的故障,如匝間短路、單相對地短路、相間短路和局部放電等。其中匝間短路故障約占定子繞組故障的50%以上,造成定子繞組匝間短路故障的主要原因:在電動機開關過程中,匝間絕緣承受暫态過電壓;電動機定子繞組溫度過高導緻匝間絕緣性能惡化;定子線圈承受電磁力發生振動,導緻匝間絕緣破損;電動機長期在潮濕、高溫等惡劣環境下運行等。當定子繞組短路匝數較少時,故障特征表現不明顯;但如果長期運行會燒毀線圈和定子鐵芯。

    2、轉子故障

    轉子斷條故障是最主要的轉子故障,是指籠型感應電動機轉子導條斷裂故障。籠型感應電動機在頻繁啟動和過載運行中,轉子導條受到極大的徑向交變應力作用,以及轉子制造存在某此缺陷都會導緻斷條故障。發生輕微故障時,通常會引起電動機的轉差率、定子電流和輸人功率增大;當導條斷裂嚴重時,會延長電動機啟動時間,甚至不能啟動。導條斷裂還會引起相鄰導條斷裂,甚至造成定子繞組絕緣故障。

    3、軸承故障

    軸承故障主要是因負載過重、潤滑不良和異物進人等原因引起的軸承磨損、表面剝落、腐蝕、碎裂和膠合等故障。軸承出現故障後,将會引起電動機的振動。該振動頻率較低,一般在幾赫茲到幾百赫茲,成為軸承故障檢測的重要特征信息。

    4、氣隙偏心故障

    氣隙偏心故障主要由生産裝配不正确、軸承彎曲或磨損、電動機轉速過高所導緻。氣隙偏心分為靜态和動态2種。靜态偏心是指轉子與定子之間不均勻氣隙的位置不随壓瓦機電動機轉子轉動而改變,通常由定子鐵芯内徑的橢圓度或不正确的裝配方式造成。動态偏心是指轉子與定子之間不均勻氣隙的位置随轉子的旋轉而變化,通常由轉軸彎曲、軸承磨損等原因造成。

    二、基于信号處理的診斷方法

    1、短時傅裡葉變換

    采用短時傅裡葉變換對降噪後的電動機振動信号進行分析計算,獲取振動信号幅值,從而可根據電動機振動信号幅值的變化情況診斷電動機故障。短時傅裡葉變換在一定程度上克服了傅裡葉變換不具有局部分析能力的缺陷,但當窗函數确定後,時頻平面上矩形窗口的形狀随之确定,隻能改變窗口在時頻平面上的位置。短時傅裡葉變換實質上是一種單一分辨率的信号分析方法,若要改變分辨率,則必須重新選擇窗函數。

    2、小波變換

    小波變換是信号的時間一尺度分析方法,具有多分辨率分析的特點,且在時頻域都具有表征信号局部特征的能力,是一種窗口大小固定不變但其形狀可變的時頻局部化分析方法。提出了基于小波變換及三相電流間相位對稱度檢測的定子繞組匝間短路故障在線檢測方法,能有效檢測匝間短路故障,并且大大提高了診斷精度。通過采集故障電動機的定子電流信号,用傅裡葉變換和小波變換分别對其進行分析,得出小波變換更适用于對異步電動機轉子斷條故障進行分析的結論。在小波變換的基礎上,提出了基于頻率切片小波變換時頻分解的故障特征分離提取方法,可從噪聲信号中分離出有效的特征分量。根據小波變換研究振動信号局部奇異特點,對小波變換降噪功能進行定量分析,通過實驗表明小波降噪方法非常适用于低信噪比隋況下的滾動軸承微弱振動信号的故障頻率檢測。但由于小波變換的尺度按二進制變化,所以在高頻頻帶其頻率分辨率較差,而在低頻頻帶其時間分辨率較差,即小波變換方法是對信号的頻帶進行指數等間隔劃分。

    3、小波包變換

    為了提高高頻區域中小波變換的分辨率,在多分辨率分析的基礎上提出小波包變換。小波包變換是基于小波變換提取小波函數線性區域的分析方法,可看成是函數空間逐級正交剖分的擴展,能夠為信号提供一種更加精細的分析方法。引人能量值方法,對小波包分解信号進行分層分段能量計算,組成能量特征矩陣,求得矩陣特征值作為振動信号特征參數,利用故障旱期模式識别的對應系數相乘方法對電動機的軸承故障進行了有效診斷。使用小波包分析技術提取了故障電動機的振動信号特征值,對直流電動機的轉子不對中、外殼破裂等故障進行了診斷。

    4、EMD

    EMD适合于非線性、非平穩的信号序列處理。利用EMD對異步電動機轉子故障進行了分析和檢測。将EMD方法和奇異值差分譜理論相結合用于診斷軸承故障,能夠準确判斷故障類型和故障部位提出了基于EMD的相關降噪算法,該算法利用EMD對含噪聲的電動機信号進行分解,得到各階本征模态函數分量,然後對高頻IMF分量用小波相關濾波降噪方法進行處理,保留低頻IMF分量,最後将處理的高頻IMF分量和低頻IMF分量進行信号重構,得到降噪後的振動信号,有效獲得旱期軸承故障信号的特征值。采用EMD和小波包分解2種方法提取了故障數據的特征向量,通過仿真實驗得出EMD在故障特征提取上比小波包變換有優勢。

    三、相異步電動機的維護措施

    1、做好日常清潔和保養工作

    由上文分析可見,壓瓦機電動機的很多故障都是由電機的保養不當引起的,因此,應該積極做好電機的日常清潔和保養工作,注意以下幾點:首先,維持電動機表面清潔,定期清掃除塵,避免因灰塵過多造成的絕緣損壞、電機異常振動和發熱情況。其次,控制電動機的負載在合适範圍内,避免長期連續過負荷。定期對電動機的部件和軸承進行檢查,應該及時更換軸承的潤滑油,檢查軸承是否存在異常發熱或漏油,如果電機軸承運行時間過長或存在故障,會引起電動機噪音過大或異常振動。此外,對于長期擱置不使用的電動機,應定期進行通電空載試驗,确保電機絕緣情況良好。

    2、加強運行中的監視與維護

    電動機運行過程中,應加強日常運行和巡視工作,做好電機故障的頂防工作。通過聽聲、聞氣味、檢查溫度等方式,密切監視電動機的運行情況,包括螺栓是否緊固、觸頭接觸是否良好、有無存在燒傷或氧化的痕迹等;定期檢查電機的絕緣電阻,一日_發現絕緣異常立即進行故障排查;甸隔一段時間對電動機進行停電檢修,徹底全面地檢查、維護、保養電動機,清洗電動機軸承,檢查磨損情況,對電動機中缺損壞零部件進行及時的增補和替換。

    三相異步電動機在工農業生産中發揮着重要作用,在生産過程中,降低三相異步電動機事故的最有效方法,就是實時掌握電動機的運行情況,對電機故障進行準确的診斷并及時排除,并對電動機進行有針對性的檢查、維護和保養。


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