振動(dòng)信號(hào)在電動(dòng)機(jī)電氣故障診斷的應(yīng)用

張宇東

摘 要：本人主要是對(duì)某工廠的油漿泵電動(dòng)機(jī)的軸承異動(dòng)情況進(jìn)行相應(yīng)的診斷，由于電動(dòng)機(jī)有著電氣機(jī)械的雙重性特征，因此必須要使用頻譜細(xì)化和包絡(luò)解調(diào)技術(shù)來(lái)對(duì)電流譜特征和振動(dòng)譜的特征進(jìn)行研究。經(jīng)過(guò)研究，對(duì)軸承的故障形式進(jìn)行判定，這一故障主要是電蝕。必須要對(duì)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)測(cè)，對(duì)電動(dòng)機(jī)電氣故障進(jìn)行診斷，根據(jù)診斷的結(jié)果提出相應(yīng)的方案，使電動(dòng)機(jī)能夠穩(wěn)定的運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：振動(dòng)信號(hào)；電動(dòng)機(jī)；電氣故障；診斷

中圖分類號(hào)：TP278 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

油漿泵機(jī)組在化工生產(chǎn)的過(guò)程中是非常重要的，而油漿泵機(jī)組要想順利地運(yùn)行，就必須要保證電動(dòng)機(jī)不會(huì)發(fā)生故障，否則就會(huì)造成難以估計(jì)的損失。電動(dòng)機(jī)的故障有多種形式，軸承的故障率占電動(dòng)機(jī)總故障率的40%，這與振動(dòng)信號(hào)有著極大的關(guān)系，因此可以使用振動(dòng)信號(hào)技術(shù)來(lái)對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，這已經(jīng)成為電氣故障診斷的關(guān)鍵。本文就是對(duì)振動(dòng)信號(hào)在電動(dòng)機(jī)電氣故障診斷中的應(yīng)用進(jìn)行分析，為相關(guān)的研究提供借鑒。

一、包絡(luò)解調(diào)技術(shù)

包絡(luò)解調(diào)技術(shù)主要利用的是故障特征明顯的優(yōu)勢(shì)來(lái)進(jìn)行故障的診斷的，在軸承的早期故障診斷中被廣泛地應(yīng)用，這一技術(shù)主要是利用軸承故障振動(dòng)信號(hào)來(lái)對(duì)包絡(luò)檢波和濾波進(jìn)行相應(yīng)的處理之后進(jìn)行信息的調(diào)解、分離和載波，并且根據(jù)相關(guān)的包絡(luò)譜中的特征頻率來(lái)對(duì)軸承是否發(fā)生了故障進(jìn)行相應(yīng)的診斷，并且對(duì)發(fā)生故障的部位進(jìn)行確定。實(shí)際的流程如圖1所示，從圖1可以看出，根據(jù)振動(dòng)信號(hào)的不同特征，利用加速度包絡(luò)值來(lái)對(duì)軸承的故障進(jìn)行相應(yīng)的診斷，主要是利用高頻信號(hào)的參數(shù)來(lái)制定出加速度包絡(luò)值gE標(biāo)準(zhǔn)，并且根據(jù)觀察，就能夠判定出軸承的實(shí)際狀態(tài)。

二、電蝕和微震磨損

軸承的故障主要是表現(xiàn)在軸承元件的表面出現(xiàn)損傷。如果軸承的周邊存在著異常振動(dòng)的情況，或者是加速度包絡(luò)gE值較高，那么就必須要立刻的對(duì)動(dòng)機(jī)進(jìn)行拆機(jī)檢查，如果出現(xiàn)了電石和微震磨損，那么就必須要及時(shí)地檢查誘因，產(chǎn)生這兩大問(wèn)題的誘因也存在著差異。

（一）電蝕

在磁場(chǎng)或者是電廠的工作環(huán)境下，所滾動(dòng)的軸承會(huì)受到磁場(chǎng)或者是電場(chǎng)的影響產(chǎn)生微電流，在微電流的作用下，就會(huì)導(dǎo)致滾動(dòng)軸承出現(xiàn)失效形式，失效形式包括電蝕和波紋狀的損傷。軸承的內(nèi)圈和外圈存在著電位差就會(huì)導(dǎo)致電蝕，而產(chǎn)生電壓的主要原因包括脈動(dòng)電壓導(dǎo)致繞組和電動(dòng)機(jī)的機(jī)殼之間發(fā)生漏電流或者是由于電動(dòng)機(jī)的磁路發(fā)生了不平衡的現(xiàn)象所導(dǎo)致的，這時(shí)電流就會(huì)流過(guò)電動(dòng)機(jī)的軸承，除此之外，還有可能是由于接地回路不良所導(dǎo)致的。

（二）微振磨損

微震磨損主要是由于相互接觸面之間發(fā)生較小的滑動(dòng)所產(chǎn)生的一種磨損，這種磨損主要是發(fā)生在滾動(dòng)體和滾動(dòng)面之間的接觸面上，發(fā)生微震磨損軸承的滾動(dòng)體和滾動(dòng)面的接觸部位就會(huì)出現(xiàn)黑色或者是紅褐色的粉末，出現(xiàn)這一故障的主要原因是由于過(guò)油量不足、小振幅搖擺運(yùn)動(dòng)或者是潤(rùn)滑不良等相應(yīng)的原因所導(dǎo)致的。

從上述的分析可以得知，電蝕與微震磨損很難進(jìn)行區(qū)分，但是通過(guò)振動(dòng)信號(hào)分析就能夠找到產(chǎn)生這兩大故障的原因，根據(jù)本質(zhì)原因才能夠進(jìn)行有效的改造。

三、頻譜分析

電動(dòng)機(jī)自身有著電氣和機(jī)械組合的特征，在這樣的情況下，電動(dòng)機(jī)的軸承發(fā)生故障的振源就可能是由于軸承的電源自身結(jié)構(gòu)所導(dǎo)致的，針對(duì)軸承故障經(jīng)常使用的故障監(jiān)測(cè)和診斷方法，主要有兩種，一種是定子電流信號(hào)分析法，另外一種是振動(dòng)信號(hào)分析法。

振動(dòng)信號(hào)分析法主要是對(duì)軸承的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行采集，并且對(duì)振動(dòng)信號(hào)的頻率進(jìn)行變更，這樣就能夠與軸承原本的頻率振動(dòng)特征進(jìn)行相應(yīng)的比較，從而對(duì)軸承是否出現(xiàn)了故障進(jìn)行判定。從電動(dòng)機(jī)自身的情況來(lái)看，發(fā)生電氣故障的情況下，頻率主要是反映在二倍頻上，在這一過(guò)程中，也會(huì)出現(xiàn)邊頻帶，這一現(xiàn)象也是電動(dòng)機(jī)電氣故障的一種典型性的特征。如果邊頻的幅值比較小，那么就不容易對(duì)電氣故障進(jìn)行區(qū)分，經(jīng)常會(huì)利用頻譜細(xì)化技術(shù)來(lái)對(duì)故障原因進(jìn)行診斷。

定子電流信號(hào)分析法主要是對(duì)定子電流信號(hào)進(jìn)行采集，并且對(duì)電流信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的處理，這種方法比較簡(jiǎn)單，而且使用的過(guò)程中，十分的便捷，是未來(lái)電動(dòng)機(jī)電氣故障診斷的主要方法，也是振動(dòng)信號(hào)分析技術(shù)發(fā)展的一大趨勢(shì)。相關(guān)的學(xué)者對(duì)振動(dòng)諧波和定子電流諧波之間的線性關(guān)系進(jìn)行了論證，可以得知定子電流的頻率的計(jì)算公式如下：

根據(jù)公示可以得知軸承的故障特征頻率與電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、軸承的幾何結(jié)構(gòu)和電流的基波頻率都有著緊密的聯(lián)系。

結(jié)論

電動(dòng)機(jī)有著電氣機(jī)械組合的雙重性特征，正是由于這一特征，才能夠?qū)收线M(jìn)行準(zhǔn)確的診斷。但是電動(dòng)機(jī)的機(jī)械振動(dòng)和電器振動(dòng)在發(fā)生故障的時(shí)候，頻率圖像是很難進(jìn)行區(qū)分的，因此必須要對(duì)店員進(jìn)行缺斷，才能夠?qū)ζ涔收线M(jìn)行有效的區(qū)分，但是由于工廠作業(yè)是不能夠停機(jī)的，因此必須要通過(guò)其他的方法故障進(jìn)行診斷。在本次研究的過(guò)程中，通過(guò)對(duì)某廠的現(xiàn)場(chǎng)勘查可以得知軸承出現(xiàn)條紋狀，內(nèi)圈和外圈出現(xiàn)了十分明顯的刻痕，電蝕和微振磨損都會(huì)出現(xiàn)這一故障，初步診斷軸承故障形式是兩者中的某種形式，考慮到短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)此類故障，微振磨損故障的可能性很小，這一故障為電蝕。通過(guò)上述的研究可以得知，軸承在發(fā)生故障的過(guò)程中可以使用振動(dòng)信號(hào)的方法，可以快速進(jìn)行故障診斷。

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