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  • 压瓦机电动机故障诊断技术探讨

      定子是压瓦机电动机最常出现故障的部位,其中最主要的是定子绕组故障,该故障主要是因绝缘破坏而引起的各种表现形式的故障,如匝间短路、单相对地短路、相间短路和局部放电等。

    一、电动机常见故障类型及原因

    1、定子故障

    定子是压瓦机电动机最常出现故障的部位,其中最主要的是定子绕组故障,该故障主要是因绝缘破坏而引起的各种表现形式的故障,如匝间短路、单相对地短路、相间短路和局部放电等。其中匝间短路故障约占定子绕组故障的50%以上,造成定子绕组匝间短路故障的主要原因:在电动机开关过程中,匝间绝缘承受暂态过电压;电动机定子绕组温度过高导致匝间绝缘性能恶化;定子线圈承受电磁力发生振动,导致匝间绝缘破损;电动机长期在潮湿、高温等恶劣环境下运行等。当定子绕组短路匝数较少时,故障特征表现不明显;但如果长期运行会烧毁线圈和定子铁芯。

    2、转子故障

    转子断条故障是最主要的转子故障,是指笼型感应电动机转子导条断裂故障。笼型感应电动机在频繁启动和过载运行中,转子导条受到极大的径向交变应力作用,以及转子制造存在某此缺陷都会导致断条故障。发生轻微故障时,通常会引起电动机的转差率、定子电流和输人功率增大;当导条断裂严重时,会延长电动机启动时间,甚至不能启动。导条断裂还会引起相邻导条断裂,甚至造成定子绕组绝缘故障。

    3、轴承故障

    轴承故障主要是因负载过重、润滑不良和异物进人等原因引起的轴承磨损、表面剥落、腐蚀、碎裂和胶合等故障。轴承出现故障后,将会引起电动机的振动。该振动频率较低,一般在几赫兹到几百赫兹,成为轴承故障检测的重要特征信息。

    4、气隙偏心故障

    气隙偏心故障主要由生产装配不正确、轴承弯曲或磨损、电动机转速过高所导致。气隙偏心分为静态和动态2种。静态偏心是指转子与定子之间不均匀气隙的位置不随压瓦机电动机转子转动而改变,通常由定子铁芯内径的椭圆度或不正确的装配方式造成。动态偏心是指转子与定子之间不均匀气隙的位置随转子的旋转而变化,通常由转轴弯曲、轴承磨损等原因造成。

    二、基于信号处理的诊断方法

    1、短时傅里叶变换

    采用短时傅里叶变换对降噪后的电动机振动信号进行分析计算,获取振动信号幅值,从而可根据电动机振动信号幅值的变化情况诊断电动机故障。短时傅里叶变换在一定程度上克服了傅里叶变换不具有局部分析能力的缺陷,但当窗函数确定后,时频平面上矩形窗口的形状随之确定,只能改变窗口在时频平面上的位置。短时傅里叶变换实质上是一种单一分辨率的信号分析方法,若要改变分辨率,则必须重新选择窗函数。

    2、小波变换

    小波变换是信号的时间一尺度分析方法,具有多分辨率分析的特点,且在时频域都具有表征信号局部特征的能力,是一种窗口大小固定不变但其形状可变的时频局部化分析方法。提出了基于小波变换及三相电流间相位对称度检测的定子绕组匝间短路故障在线检测方法,能有效检测匝间短路故障,并且大大提高了诊断精度。通过采集故障电动机的定子电流信号,用傅里叶变换和小波变换分别对其进行分析,得出小波变换更适用于对异步电动机转子断条故障进行分析的结论。在小波变换的基础上,提出了基于频率切片小波变换时频分解的故障特征分离提取方法,可从噪声信号中分离出有效的特征分量。根据小波变换研究振动信号局部奇异特点,对小波变换降噪功能进行定量分析,通过实验表明小波降噪方法非常适用于低信噪比隋况下的滚动轴承微弱振动信号的故障频率检测。但由于小波变换的尺度按二进制变化,所以在高频频带其频率分辨率较差,而在低频频带其时间分辨率较差,即小波变换方法是对信号的频带进行指数等间隔划分。

    3、小波包变换

    为了提高高频区域中小波变换的分辨率,在多分辨率分析的基础上提出小波包变换。小波包变换是基于小波变换提取小波函数线性区域的分析方法,可看成是函数空间逐级正交剖分的扩展,能够为信号提供一种更加精细的分析方法。引人能量值方法,对小波包分解信号进行分层分段能量计算,组成能量特征矩阵,求得矩阵特征值作为振动信号特征参数,利用故障旱期模式识别的对应系数相乘方法对电动机的轴承故障进行了有效诊断。使用小波包分析技术提取了故障电动机的振动信号特征值,对直流电动机的转子不对中、外壳破裂等故障进行了诊断。

    4、EMD

    EMD适合于非线性、非平稳的信号序列处理。利用EMD对异步电动机转子故障进行了分析和检测。将EMD方法和奇异值差分谱理论相结合用于诊断轴承故障,能够准确判断故障类型和故障部位提出了基于EMD的相关降噪算法,该算法利用EMD对含噪声的电动机信号进行分解,得到各阶本征模态函数分量,然后对高频IMF分量用小波相关滤波降噪方法进行处理,保留低频IMF分量,最后将处理的高频IMF分量和低频IMF分量进行信号重构,得到降噪后的振动信号,有效获得旱期轴承故障信号的特征值。采用EMD和小波包分解2种方法提取了故障数据的特征向量,通过仿真实验得出EMD在故障特征提取上比小波包变换有优势。

    三、相异步电动机的维护措施

    1、做好日常清洁和保养工作

    由上文分析可见,压瓦机电动机的很多故障都是由电机的保养不当引起的,因此,应该积极做好电机的日常清洁和保养工作,注意以下几点:首先,维持电动机表面清洁,定期清扫除尘,避免因灰尘过多造成的绝缘损坏、电机异常振动和发热情况。其次,控制电动机的负载在合适范围内,避免长期连续过负荷。定期对电动机的部件和轴承进行检查,应该及时更换轴承的润滑油,检查轴承是否存在异常发热或漏油,如果电机轴承运行时间过长或存在故障,会引起电动机噪音过大或异常振动。此外,对于长期搁置不使用的电动机,应定期进行通电空载试验,确保电机绝缘情况良好。

    2、加强运行中的监视与维护

    电动机运行过程中,应加强日常运行和巡视工作,做好电机故障的顶防工作。通过听声、闻气味、检查温度等方式,密切监视电动机的运行情况,包括螺栓是否紧固、触头接触是否良好、有无存在烧伤或氧化的痕迹等;定期检查电机的绝缘电阻,一日_发现绝缘异常立即进行故障排查;甸隔一段时间对电动机进行停电检修,彻底全面地检查、维护、保养电动机,清洗电动机轴承,检查磨损情况,对电动机中缺损坏零部件进行及时的增补和替换。

    三相异步电动机在工农业生产中发挥着重要作用,在生产过程中,降低三相异步电动机事故的最有效方法,就是实时掌握电动机的运行情况,对电机故障进行准确的诊断并及时排除,并对电动机进行有针对性的检查、维护和保养。


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