電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中故障診斷與解決措施

李旭東

摘 要：改革后，我國(guó)的科學(xué)水平不斷進(jìn)步，帶動(dòng)了個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展。目前，電機(jī)是電場(chǎng)核心運(yùn)行設(shè)備，在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，電機(jī)容易出現(xiàn)各種各樣故障，針對(duì)該問(wèn)題，提出了電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中故障診斷與解決措施。根據(jù)電機(jī)不同結(jié)構(gòu)，分析電機(jī)啟動(dòng)控制線路故障原因和轉(zhuǎn)子故障原因，并提出相應(yīng)解決措施，使電機(jī)能夠重新安全穩(wěn)定運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：電機(jī)運(yùn)行;故障診斷;啟動(dòng)控制線路;轉(zhuǎn)子

引言

電機(jī)廣泛應(yīng)用在機(jī)械制造、冶金煤炭和石油化工等生產(chǎn)領(lǐng)域，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有支撐性的作用，然而由于電機(jī)所處的工作環(huán)境和運(yùn)行方式的不同，每年均會(huì)發(fā)生因電機(jī)故障導(dǎo)致的各種生產(chǎn)線停產(chǎn)的事故，嚴(yán)重破壞生產(chǎn)秩序，制約著生產(chǎn)節(jié)奏，因此尋求一種可靠的電機(jī)診斷技術(shù)用于指導(dǎo)電機(jī)的日常保養(yǎng)，開(kāi)展針對(duì)性的周期維護(hù)工作對(duì)生產(chǎn)線的穩(wěn)定運(yùn)行具有重要的意義。

1電機(jī)故障診斷方法的研究現(xiàn)狀

電機(jī)故障診斷開(kāi)始于上世紀(jì)六七十年代，歷經(jīng)事后維修、基于CBM狀態(tài)維修（Condition - basedmaintenance）、PM預(yù)測(cè)維修（Predictive Maintenance）等階段，從而逐步加強(qiáng)電機(jī)運(yùn)行系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性、可靠性、維修經(jīng)濟(jì)性。但是由于電機(jī)故障診斷來(lái)自于電機(jī)本身結(jié)構(gòu)復(fù)雜性，故障關(guān)聯(lián)影響，以及電機(jī)涉及機(jī)械、電氣等故障診斷問(wèn)題，因而對(duì)電機(jī)故障診斷極為復(fù)雜，涉及技術(shù)較多。基于傳統(tǒng)電機(jī)故障診斷方法一般根據(jù)建實(shí)際測(cè)量電機(jī)運(yùn)行參數(shù)基礎(chǔ)上，采用信號(hào)處理方法，提取一些故障特征量進(jìn)行診斷分析。隨著對(duì)電機(jī)模型深入研究及實(shí)際應(yīng)用工程參數(shù)分析的研究，對(duì)異步電機(jī)定子電流包含的電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)信息及信號(hào)的分析，開(kāi)展了電機(jī)電氣類(lèi)故障檢測(cè)和電機(jī)振動(dòng)信號(hào)、故障交互影響等研究，并且基于電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的特征量分析，提取出關(guān)鍵故障特征量進(jìn)行電機(jī)故障診斷識(shí)別，大大提高了故障檢測(cè)水平和能力。通過(guò)對(duì)比分析現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)力運(yùn)行系統(tǒng)中記錄的各類(lèi)電機(jī)運(yùn)行歷史數(shù)據(jù)，對(duì)于電機(jī)運(yùn)行條件、調(diào)節(jié)方式、變負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)、電機(jī)軸承振動(dòng)特性、節(jié)能效果等方面進(jìn)行分析，研究轉(zhuǎn)速大范圍變化狀態(tài)下的電機(jī)結(jié)構(gòu)共振問(wèn)題，同時(shí)研究故障信號(hào)特征提取方法，比如傅里葉短時(shí)變換算法、魏格納一維爾分布、經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解、小波變換等，引入信號(hào)分析應(yīng)用到電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)和故障診斷中，極大提高了信號(hào)高頻部分的頻率分辨率。

隨著人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的應(yīng)用，智能獲取數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)信息，實(shí)現(xiàn)設(shè)備自動(dòng)學(xué)習(xí)及記憶診斷，最大程度減少人為性干預(yù)，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械故障診斷大數(shù)據(jù)化與智能化，完成整個(gè)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的識(shí)別，利用小波尺度域?yàn)V波消除干擾噪聲，提高關(guān)聯(lián)維數(shù)計(jì)算的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。

2電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中故障解決措施

2.1電機(jī)轉(zhuǎn)子解決措施

采用信號(hào)注入法，其基本思想是：在電機(jī)定子繞組中，用頻率信號(hào)之外的電源頻率分量，為電機(jī)定子繞組產(chǎn)生與負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)引入的轉(zhuǎn)子繞組不對(duì)稱(chēng)的新元件，從而產(chǎn)生新的故障特征元件，從而避免電源頻率分量的影響。這種電源是由晶閘管逆變器提供的，它的電壓和電流含有大量的諧波，這些諧波在某種程度上可以被視為注入信號(hào)。所以在消除電機(jī)噪聲之前，先采集電源定子電流信號(hào)，分析電機(jī)故障簡(jiǎn)單實(shí)用。

2.1.1鋼轉(zhuǎn)子繞組

關(guān)于鋼轉(zhuǎn)子繞組故障解決措施如下所示：轉(zhuǎn)子銅桿斷條的主要原因是銅桿焊接處脫焊和短路環(huán)，此時(shí)，處理更加方便，就像對(duì)電機(jī)處理一樣，先清理，再焊接。電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間長(zhǎng)，轉(zhuǎn)子上有大量灰塵、油污、苔蘚可以清潔。要用銼刀和電動(dòng)研磨機(jī)耐心地研磨，而且必須研磨干凈，不然無(wú)法焊接一半。中間的轉(zhuǎn)子槽已被發(fā)現(xiàn)銅桿折斷，破碎的銅棒應(yīng)全部打碎，然后對(duì)核心部位的雜物進(jìn)行仔細(xì)清理，根據(jù)槽的大小，將新的銅棒推入投幣孔。用端環(huán)焊接牢固。將環(huán)氧樹(shù)脂填充于轉(zhuǎn)子槽的氣隙中，使銅棒與鐵芯凝固為一體，可有效防止銅棒內(nèi)部振動(dòng)，防止疲勞斷裂。

2.1.2鑄鋁轉(zhuǎn)子繞組

關(guān)于鑄鋁轉(zhuǎn)子繞組解決措施如下所示：（1）讓生產(chǎn)廠家重鑄;（2）在熔煉整個(gè)轉(zhuǎn)子鑄鋁后，改用銅帶子。特定程序是：鑄鋁完全熔化后，空心鑄鋁槽，增加整個(gè)紫銅帶，形成幾個(gè)矩形的平行六面體，根據(jù)槽的形狀和大小，以及它的表面積應(yīng)該小于2/3的油罐區(qū)域，這樣就可以避免這樣的問(wèn)題，比如減小扭矩時(shí)開(kāi)始減小，定子電流增加時(shí)開(kāi)始減小，使汽車(chē)在全負(fù)荷下平穩(wěn)運(yùn)行，銅帶子的長(zhǎng)度和寬度要符合一定的比例，槽內(nèi)不能有過(guò)多的間隙，以免振動(dòng)。

2.2電機(jī)振動(dòng)故障解決措施

電動(dòng)機(jī)振動(dòng)故障主要由于機(jī)軸承振動(dòng)超標(biāo)、電機(jī)軸承溫度過(guò)高、葉片磨損、動(dòng)葉卡澀、漏油、旋轉(zhuǎn)失速與喘振、電磁振動(dòng)和轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的機(jī)械振動(dòng)等原因造成。電機(jī)軸承振動(dòng)超標(biāo)主要原因在于葉片非工作面積灰、葉片磨損、葉片腐蝕等。電機(jī)軸承振動(dòng)超標(biāo)極容易造成電動(dòng)機(jī)螺栓松動(dòng)、軸承和葉片的損壞、機(jī)殼等部位的損壞故障。電機(jī)葉輪氣流由在葉片非工作面產(chǎn)生旋渦，氣流中積灰累積達(dá)到一定閥值時(shí)，將在各葉片上積灰不均勻，容易造成葉輪質(zhì)量的動(dòng)態(tài)不平衡分布，造成電機(jī)振動(dòng)增大。電機(jī)葉片發(fā)生磨損時(shí)，葉輪動(dòng)平衡狀態(tài)發(fā)生變化，導(dǎo)致導(dǎo)致電機(jī)振動(dòng)緩慢上升;另外電動(dòng)機(jī)處于低溫腐蝕狀態(tài)下，容易造成腐蝕小薄鋼片脫落直接打在葉片上，造成葉片的動(dòng)不平衡鞥形成振動(dòng);再有，風(fēng)道系統(tǒng)振動(dòng)導(dǎo)致電機(jī)負(fù)荷增大，電機(jī)軸承的振動(dòng)會(huì)逐漸加大，再有電機(jī)內(nèi)風(fēng)葉與靜止結(jié)構(gòu)發(fā)生碰摩、葉片松動(dòng)使其晃度變大、軸與軸承松動(dòng)、軸承損壞、主軸彎曲等也容易引起電動(dòng)機(jī)振動(dòng)加劇。另外，轉(zhuǎn)子過(guò)臨界轉(zhuǎn)速引起共振、聯(lián)軸器中心偏差大、基礎(chǔ)或機(jī)座剛性不夠、原動(dòng)機(jī)振動(dòng)等原因，產(chǎn)生電動(dòng)機(jī)振動(dòng)超標(biāo)現(xiàn)象。電動(dòng)機(jī)軸承溫度異常升高原因主要在于軸承冷卻不足、潤(rùn)滑效果不良、軸承發(fā)生異常;電動(dòng)機(jī)漏油主要是因?yàn)檩S承骨架油封密封老化、變形、潤(rùn)滑油質(zhì)不合格、軸承雜質(zhì)進(jìn)入潤(rùn)滑系統(tǒng)損傷磨壞密封件，軸承箱骨架油封壓環(huán)外鎖緊螺母松動(dòng)造成潤(rùn)滑油系統(tǒng)漏油等原因引起;動(dòng)葉卡澀主要在于電動(dòng)機(jī)動(dòng)葉片與輪毅間存在空隙，不完全燃燒碳垢、灰塵落入空隙，引起動(dòng)葉調(diào)節(jié)困難;旋轉(zhuǎn)失速和喘振是電動(dòng)機(jī)的兩種基本異常工況，由于氣流發(fā)生離心造成大量區(qū)域渦流容易引起電機(jī)旋轉(zhuǎn)失速。喘振是因?yàn)殡姍C(jī)處在不穩(wěn)定的工作區(qū)運(yùn)行出現(xiàn)流量、風(fēng)壓大幅度波動(dòng)的現(xiàn)象，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)氣流。電機(jī)內(nèi)電氣回路產(chǎn)生電磁振動(dòng)和轉(zhuǎn)子產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，導(dǎo)致三相電壓、電流不平衡、轉(zhuǎn)子籠條斷裂、各相電阻電抗不平衡、電機(jī)設(shè)計(jì)缺陷、定轉(zhuǎn)子氣隙不均勻、線圈松動(dòng)等引起電磁振動(dòng)增大;再有軸頸橢圓、電機(jī)轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡不良、軸承座固定螺絲松動(dòng)、軸承跑內(nèi)圈、軸承跑外圈、軸承中心不正、軸頸軸套配合緊力不夠，軸承間隙過(guò)大等容易引起電機(jī)轉(zhuǎn)子機(jī)械振動(dòng)增大。

結(jié)語(yǔ)

電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中故障會(huì)導(dǎo)致相關(guān)生產(chǎn)或工藝設(shè)備非正常運(yùn)行，造成生產(chǎn)停頓，重要設(shè)備停用，日常生活不方便，給個(gè)人和企業(yè)帶來(lái)無(wú)法彌補(bǔ)的經(jīng)濟(jì)損失，甚至帶來(lái)災(zāi)難性的后果。電機(jī)故障診斷技術(shù)是在了解、總結(jié)反映電機(jī)故障前后運(yùn)行狀態(tài)的物理量變化規(guī)律的基礎(chǔ)上逐步發(fā)展起來(lái)的，從根本上講，在電機(jī)負(fù)荷運(yùn)行或微小拆卸時(shí)，通過(guò)對(duì)其狀態(tài)參數(shù)的檢測(cè)與分析，就能判斷出是否有異常，故障發(fā)生的位置及原因，以及對(duì)設(shè)備及未來(lái)狀態(tài)的預(yù)測(cè)，從而及時(shí)維修車(chē)輛。

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