摘    要：針對實際生產中電機出現故障難以準確判斷，常常造成不必要的人力、物資浪費，甚至影響正常生產，提出了從機、電兩方面來檢測電機不同部位的故障，以便及時、準確地排除。 
        關鍵詞：電動機　故障　診斷 

        電機故障集電氣與機械于一體，在征兆的表現上呈多樣性，既有機械故障的一般特性，也有電氣、磁場等故障特性。長期以來，人們通過大量的故障結果分析發現，電機故障按其原因分，軸承故障占38.5%,繞組故障占39%，兩者之和達77.5%。因此，要正確判斷一臺電機出現故障的原因，就要準確檢測出電機軸承、繞組的狀態，以便及時、準確地排除。現就如何準確檢測電機軸承和繞組故障加以探討。 
        一、軸承檢測 
        電機軸承故障常見的有疲勞、磨損、斷裂與點蝕，采用峰值能量法與沖擊脈沖法，能有效檢測出電機軸承的狀態。 
        1．峰值能量法 
        在轉動系統中，軸承一旦出現故障，如內、外圈裂紋、滾動體點蝕、缺油等，往往產生頻率很高的振動，這種頻率一般是轉速頻率的10-50倍，甚至更高，而其他因素，如不對中、不平衡、機座松動等，所造成的振動頻率較低，往往在基頻的5倍以內，甚至更低。因此，傳感器拾取的振動信號中，只要濾去各種低頻信號，僅拾取高頻分量，即可得到軸承的特征故障信號。峰值能量法就是利用這種機理，將振動信號加以濾波放大處理，僅拾取高頻分量，根據其能量的大小判斷軸承的損壞程度。此方法是利用軸承故障檢測儀進行軸承狀態指示，實測中，只要將儀器的探頭頂在軸承外殼或與軸承最接近剛性連接體上即可讀出狀態值。通過大量的實踐，軸承故障判定的建議標準為：新軸承0.2-0.6g′s，使用中的軸承0.5-1.Og′s，有缺陷的軸承1.0-2.5 g′s，損壞的軸承3.0-5.0 g′s。
由于電機尺寸、型號不同，以上判據可能有所變化，建議在開始階段針對不同電機軸承建立合理的“完好、缺陷、損壞”標準，作為長期檢測的故障判定經驗值，并存入設備檔案。此處給出的判定標準僅供參考。 
        2．沖擊脈沖法 
        (1)檢測原理 
        滾動軸承中有缺陷時，如疲勞剝落、裂紋、磨損和混有雜物時，就會發生沖擊，引起脈沖性振動，由于阻尼的作用，這是一種衰減性振動，沖擊脈沖的強弱反映了故障的程度，并且和軸承的線速度有關，沖擊脈沖法（SPM）就是基于這個原理。軸承的沖擊脈沖水平以沖擊分貝值dBsv來度量。軸承故障分析儀（T30S)可以由直徑和轉速計算出軸承初始沖擊值dBo，為了評價軸承的質量，一般用標準沖擊值dBn度量軸承狀態（將測得的沖擊分貝值dBsv扣除初始沖擊值dBo，dBo一般取lOdBsv )。如圖1所示，軸承故障分析儀可以從采集到的某段時期的沖擊脈沖中采樣，并在屏幕上顯示。少量強沖擊脈沖相關的最大值dBm，與大量弱沖擊脈沖相關的最小值dBc，它們的差值δ可用于分析軸承是否品質降低或損壞一個好的軸承，其沖擊脈沖最大值dBm應小于20dBn，并且δ值應很小。在軸承的壽命期限內，它的沖擊脈沖水平發展趨勢是緩慢升高的，當軸承表面有小面積損壞時，δ值會相應增加。當軸承缺油時，儀器顯示的軸承狀態也會進入20～35dBn區，但δ值通常都較小，當dBm一旦進一步增加，表明軸承損壞程度不斷擴大，需更換新軸承。

 

圖1 軸承故障分析儀沖擊脈沖采樣值

        (2)測點選擇 
        為了獲取正確的傳送信號，測點的選取須遵從如下原則： 
        ①軸承和測量點之間的信號傳輸盡可能選擇最短路徑； 
        ②信號的傳播路徑只應包括唯一一個接觸面，即軸承和軸承座之間的接觸面； 
        ③測量點應位于軸承的承載區域。 
        用探頭尋找軸承座最強信號點，如果同時有幾個點信號相同，選擇最容易取得讀數的點；如果在同一個軸承座上有幾個軸承時，這些軸承通常作為單一的軸承來處理；對于兩個分離的點，它們之間存在一個危險的振動耦合信號，這個信號意味著來自這兩點的軸承的沖擊脈沖的最壞狀態，這時用探針檢測信號的強度，如果兩點讀數相同，應該選擇這兩點的中點作為測點。在大型電機上，軸承通常安裝在電機殼的襯套內，由于機殼和襯套接觸面上存在著阻尼作用，所以測點應選在襯套上。另外，用探頭傳感器測量時，對測量點應作醒目的標記，為了便于做比較，每次測量必須在同一位置進行。 
        二、繞組檢測 
        對于電機匝間斷路，一直沒有有效的測試手段，僅僅是用搖表測絕緣、用電橋測直流電阻等，而繞組線圈的狀態無法得知，電機的初期發熱不能及時解決，最終導致電機燒損。這里介紹AT3電機故障儀測試法。 
        1．定子三相平衡測試法—電流對比法 
        AT3對于三相平衡的測試是利用內部電池供電的恒壓源分別測試三個繞組，設定某一相結果（電流值）為標準值，比較其他兩相電流的變化量，由于電壓相同，繞組阻值Z的不同將導致電流I的不同。因此，電流變化量△I即為阻值變化量△Z。由于AT3采用高頻，相當于L被放大幾十倍，AL也被放大幾十倍，從而大大的提高了儀器的測試精度。無論Y/ △，當三相電流差超過5％時電機的性能已大大受損，并發熱，當超過20％時必須立即維修或更換。 
        2.定子倍頻測試—匝間短路 
        利用頻率加倍比較匝間短路發生前后的電流與頻率的關系I=U/ Z，現定義倍頻測試值為I/f，即電流在角頻率ω加倍后的變化量：I/f= (△I/I)×100％。純電感電路I/f＝-50%，即電流減少一半。純電阻電路I/f＝-0％即電流不變。當繞組匝間短路從純電感電路向純電阻電路的轉變，也就是I/f值從-50％向-0％的發展趨勢。I/f直接說明了電感的失效程度，它能夠作為匝間短路程度的判定依據，AT3采用測I/f值判斷匝間絕緣情況。 
        3．轉子測試—電模擬法 
        這種方法適用于各種交流電動機及直流電動機，對交流電動機無須解體電機，AT3發出交流信號穿過定子繞組的任意一相，在電機內發生一個交變磁場，并在轉子上產生感應磁勢，此時用手轉動轉子，對于轉子，內部磁場近似于“點對稱”，這種運動不會干擾定子繞組上的交變電流。而當轉子有匝間短路、相間短路、三相不平衡、斷條等故障時，轉子轉動將引起感生磁場變化，致使儀表顯示電流變化百分比△I。 
        4.電角度比較 
        電角度φ＝arctan((ωL/ R )，這種L與R的比較同樣反映了電感的有效程度，匝間短路的過程就是甲從90°減小到0°的過程，因此經常將電角度值作為判斷三相平衡及匝間短路的輔助手段。 
        三、AT3在實際測試中的應用實例 
        1. 3kW交流鼠籠式電機 
        表1測試數據顯示表明電機三相基本平衡，匝間絕緣良好，電感量適宜，轉子完好，符合運行標準。

表  1 

        2. 20kW鼠籠式電機 
        表2是一臺20kW電機的測試數據。可看出BC相電流高出5%，AC相超出11%，已嚴重失衡，I/f值與AB相相比相低1個百分點，說明有輕微匝間短路，AC相低3個百分點，較為嚴重匝間短路。φ角測試說明AC相電感量不足，轉子測試時波動不大，在正負5%之內，說明品質有輕微變化。 

表 2

        3. 160kW鼠籠式電機 
        表3測試數據表明三相不平衡，懷疑定子發生故障，然而I/f和φ顯示在正常范圍內，再從轉子△I值判斷，確定出電機轉子嚴重受到損害。

表  3