电机的故障和诊断技术与电机的事情原理、运行方式、详细布局亲密相关。无论是何种电机，其内部按能量转换的原理分为三个环节（或称体系）：电气环节、磁耦合环节、机器环节。由于这三个环节的能量情势分歧，所利用的故障诊断技术响应地有所差别。电气环节的故障主要经由过程对电压、电流的各类丈量和阐发来诊断，例如绝缘资料的老化，经由过程丈量漏地电流来鉴定等等。
1
电机类型特色与测定尺度
1
电机的主要部件
定子。是输入电功率，发生磁场的静止部件。对付交流电机，通常定子磁场是扭转的。对付直流电机，定子磁场是静止的。
转子。是发生一个与定子磁场相对活动的磁场，并输出机器功率的紧张部件。所蒙受的电磁力转为输出的扭矩，是以每每要蒙受较年夜的机器应力。
集电环和换向器。是组成扭转部门导电，树立相对活动磁场的滑动打仗机构。
轴承装配。是支持转子扭转，坚持定子、转子相对地位的机器布局。
2
电机的类型与事情原理的区别
电机的两个磁场均由直流励磁发生，则为直流电机；
电机的一个磁场由直流励磁发生，另一个由交流电流发生。为使这两个磁场相对静止，直流励磁磁场相对交流电发生的扭转磁场必需严厉同步，这便是同步电机。
电机的两个磁场分离由分歧频率的交流电流发生，则为异步电机。
2
电机振动的丈量与鉴定尺度
电机振动测定是指电机在制作厂出厂实验或实验室内的振动研讨实验、检修后现场实验时的电机振动程度的精确丈量，是以，对付电机的安装前提、测试仪器、测点装配、丈量要求等都作了划定。
这种测定的目标：
为了肯定电机振动初始状况时的振动程度，鉴定这台电机出厂时或投入运行时振动值是否相符有关尺度的划定；
为以后电机非常振动的诊断提供初始的参照数据。是以电机振动的测定，其目标和办法均与电机非常振动诊断有所区别。
1
电机振动有关尺度
GB/T 10068-2020《轴中心高为56mm及以上电机的机器振动 振动的丈量、评定及限值》（国度尺度）
IEC34—14《中心高为56mm及以上扭转电机的振动——振动烈度的丈量、评定及限值》（国际电工协会公布）
ISO2372《转速从10r/s机械的机器振动——评定尺度的根基》（国际尺度化组织公布）
ISO3945《转速10r/s机械的机器振动——在运行所在对振动烈度的丈量和评定》（国际尺度化组织公布）
VDI2056《机械的机器振动评价尺度》(德国尺度)
2
电机振动的测定办法
丈量值的表现办法
分歧转速规模的电机，其丈量值的表现办法是分歧的。国度尺度划定，对转速为600～3600r/min的电机，稳态运行时采纳振动速率有用值表现，其单元mm/s。对转速低于600r/min的电机，则采纳位移振幅值（峰—峰值）表现，其单元为mm。
对丈量仪器的要求
仪器的频率相应规模应为10～1000Hz，在此频率规模内的相对敏锐度以80Hz的相对敏锐度为基准，其他频率的相对敏锐度应在基准敏锐度+10％～－20％的规模以内，丈量偏差不跨越±10％。
丈量转速低于600r/min电机的振动时，应采纳低频传感器和低频测振仪，丈量偏差应不跨越±10％。
电机的安装要求
弹性安装。轴中心高为400mm及以下的电机，测振时应采纳弹性安装。
刚性安装。对轴中心高明过400mm的电机，测时应刚性安装。
电机在测准时的状况
电机的测振应在电机空载状况下进行。
图1 小型电机测点布置
图2 端盖轴承电机的测点布置
图3 机座式轴承电机的测点布置
3
电机振动的限值
依据国度尺度GBl0068.2-88《扭转电机振动测定办法及振动限值》的划定，对分歧轴中心高和转速的单台电机，在按GBl0068.1划定的方式测准时，其振动速率有用值应不跨越表1的划定。
表1 电机振动速率有用值的极限尺度（mm/s）
3
电磁耦合体系的振动原理
1
基频磁通的电磁振动
在电机气隙中磁通密度是沿着转子的圆周的空间而跟着光阴按正弦波散布，可以用下式表现：
因为磁通密度的作用力与磁通密度B的平方成正比：
依据上式可知基波电磁力具有以下特色：
频率为电源频率的两倍，即2f=100Hz；
以正弦波纪律在圆周上散布；
随光阴以角速率ω反转展转。
基波电磁振动：
空气隙长度和磁路不屈衡时；
一次电压不屈衡时；
转子绕组不屈衡(断条和打仗不良)时。
图4 基波电磁力散布
这一振动，在转子受卵形电磁力的南北极电机中分外显著地表示出来。图4表现了基波电磁力F的圆周偏向的散布环境。
二倍电源频率的振动，它是电机中的主要振动分量之一，尤其是在年夜型电机中，因为定子的固有频率较低，这种频率的振动阐发和研讨显得分外紧张。
基波电磁力不仅作用于转子，也同时作用于定子。是造成定子槽内线包松动等故障的缘故原由之一。
2
高频磁通的槽振动
因为槽的磁导率变化等缘故原由，发生高频槽振动，在它引起的槽齿谐波中，分外要注意的频率身分是fk：
依据K值，电磁力的各阶模态呈如图5所示的外形。
图5 电磁力的各阶模态
这种电磁力是一种径向力波(又称扭转波)，而且是单元面积上的力，当这些力波频率以及其阶次与定子对应的固有频率及其模态阶次靠近或同等时，将产生共振效应，此时，电机的振动和噪声将分外年夜。
例如，一台四极电机，P=2，转子的槽数ZR =40，定子槽数ZS =48，先计算其模态阶数K：
图6 交流感应电机（P=2，ZR =40，ZS=48）的声音频谱图
图6是对这台电机在距其一米的地位，用电容式传声器测试的声音旌旗灯号的频谱。此中，fk0=1000Hz，fk1=1100Hz的频率身分能明白地看出来，此时，前述的fk1=1100Hz是占主要的，而fk2=900Hz则看不出来。
4
直流及同步电机的电磁振动
直流电机的主磁极和转子绕组之间作用着半径偏向的电磁力F(x，t)——这是振动的缘故原由，它可用下式表现：
图7 电磁力F(x，t)在圆周上的散布——振型模态
图7 电磁力F(x，t)在圆周上的散布——振型模态这个力F(x，t)在空间上以余弦波cos(μZRx)在圆周上散布，圆周上具有的余弦波数依据μ的值如图7所示散布。并坚持这种散布外形以槽角速率(μZRωr)扭转，形成激振力引起定子振动。
定子依据μ的值发生伸缩模态、弯曲模态、椭圆模态、三角形模态而变形。
直流电机主要的激振力与槽频率fz：
这个振动电磁力F(x，t)在光阴上面的公式第二项看，是用cos(μZRωrt)表现的余弦波，是以，作为振动频率体现出的成份是下式的槽频率fz。
直流电机主要的激振力为这个fz和其高次谐波。
当槽数ZR=75，极对数2P=6时，
N=300 rpm时，fz=375 Hz；
N=1200 rpm时，fz=1500 Hz
对付同步电机的电磁噪声和振动频率，它有一个年夜的特色，便是与电网频率成整数倍的关系。在同步电机中，有二类径向力波引起的振动必需注意：
其一是二倍电网频率的振动；
其二是定、转子谐波磁场互相作用，而发生的径向力波引起的振动。
对付直流电机的故障特性可以归纳为以下几条：
假如转频fr 的振动很显著，则有不屈衡、轴弯曲等机器非常。
假如2xfr 振动显著，则有纰谬中等安装方面的非常。
槽频率fz以及边频带fz±fr 的振动显著，则有包含电路非常的电气故障的可能。
如fz和fn靠近，则设计不合理。
高频fc身分显著时，线圈绝缘磨损或楔松动。
5
电机的故障特性
1
定子非常发生的电磁振动
电机运行时，转子在定子内腔扭转，因为定、转子磁场的互相作用，定子机座将受到一个扭转力波的作用，而产生周期性的变形并发生振动。
因为定子三相绕组发生的是一个扭转磁场，它在定、转子气隙中以同步速率n0扭转。若电网频率为f0，则同步速率n0=60 f0/P。是以，作用在机座上的磁拉力不是静止的，而是一个扭转力，随转子扭转而转动，机座上受力部位是随磁场的扭转而在赓续转变地位。从（图8c-e）中可以看出，当扭转磁场反转展转一周，磁拉力和电磁振动却变化两次。
图8 电磁振动产生机理
a) 2极电机定、转子和磁通 b) 定子所受电磁力和扭转力波
c) 扭转磁场波形 d) 磁拉力变化波形 e) 电磁振动的波形
电机磁场因此同步速率n0在扭转，则其磁场交变频率与电网频率雷同，为f0。而其电磁力的频率和机座振动频率由图8b中可以看出，因为扭转磁场的磁极发生的电磁拉力是每转动一圈，电磁力交变P次。
因电磁振动在空间地位上和扭转磁场是同步的，定子电磁振动频率应为扭转磁场频率(f0/P)和电磁力极数(2P)之乘积2f0，也便是2倍的电源频率。由此可知，电机在正常事情时，机座上受到一个频率为电网频率2倍的扭转力波的作用，而可能发生振动，振动年夜小则和扭转力波年夜小和机座刚度直接有关。
2
定子电磁振动非常的主要缘故原由：
定子三相磁场纰谬称。如电网三相电压不屈衡，因打仗不良造成单相运行，定子绕组三相纰谬称等缘故原由，都邑导致定子磁场的纰谬称，而发生非常振动。
定子铁心和定子线圈松动，将使定子电磁振动和电磁噪声加年夜，在这种环境下，振动频谱图中，电磁振动除了2f0的根本成份之外，还可以呈现4f0、6f0、8 f0的谐波身分。
电机座底脚螺钉松动，其成果相称于机座刚度低落，使电机在靠近2f0的频率的规模产生共振，因而使定子振动增年夜，成果发生非常振动。
3
定子电磁振动的特性：
振动频率为电源频率的2倍；
堵截电源，电磁振动立刻消散；
振动可以在定子机座和轴承上测得；
振动幅值与机座刚度和电机的负载有关。
6
气隙不平均引起的电磁振动
气隙不平均（或称气隙偏爱）有两种环境：
一种是因为定子、转子分歧心发生的静态不平均；
另一种是因为轴弯曲或转子与轴分歧心所发生的动态不平均。
它们都邑引起电磁振动，然则振动的特性并不完全雷同，分述于下。
1
气隙静态不均引起电磁振
电机定子中心与转子轴心不重应时，定、转子之间气隙将呈现偏爱征象，这种气隙偏爱每每固定在某一地位，它不随转子扭转而转变地位。从图9a中可以看出，因为经由过程气隙最小点A的扭转磁场频率为f0/P，这时不屈衡磁拉力将变化2P次，因不屈衡磁拉力和电磁振动频率为
图9 静态、动态偏爱的电磁振动
a) 静态偏爱 ；b) 动态偏爱；c) 动态偏爱电磁力的拍振
静态气隙偏爱发生的电磁振动特性是：
电磁振动频率是电源频率f0的2倍，即f=2f0；
振动随偏爱值的增年夜而增长，与电机负荷关系也是如斯；
气隙偏爱发生的电磁振动与定子非常发生的电磁振动较难区别。
2
气隙动态偏爱电磁振动
电机气隙的动态偏爱是由转轴挠曲、转子铁心不圆或转子与轴分歧心等造成的，偏爱的地位对定子是不固定的，对转子是固定的，是以，偏爱地位随转子的扭转而同步的移动，如图9b)所示。
气隙动态偏爱发生电磁振动的特性是：
转子扭转频率和扭转磁场同步转速频率的电磁振动都可能呈现。
电磁振动以1/(2sf0)周期在脉动，是以，在电机负载增长，s加年夜时，其脉动节奏加速。
电机每每产生与脉动节奏相同等的电磁噪声。
7
转子导体非常引起的电磁振动
笼型异步电机因笼条断裂，绕线型异步电机因为转子回路电气不屈衡，都将发生不屈衡电磁力，这不屈衡电磁力F在转子扭转时是随转子一路转动的，其性子和转子动态偏爱的环境雷同，其产生的机理如图10所示。
图10 转子绕组不屈衡引起的电磁振动
a) 产生振动的机理；b) 电磁振动波形
转子绕组非常引起的电磁振动的特性：
转子绕组非常引起电磁振动与转子动态偏爱所发生的电磁振动的电磁力和振动波形类似，征象类似，较难判别。固然拍频都是2sf0，但电磁振动的高频部门分歧，转子动态偏爱的高频为2f0/P，转子绕组非常的高频为2(1－s)f0/P。
电机负载增长时，这种振动随之增长，当负载跨越50％以上时较为明显。
若对电机定子电流波形或振动波形作频谱阐发，在频谱图中，基频双方呈现±2sf0的边频，依据边频与基频幅值之间的关系，可断定故障的水平。
图11 正常的电流频谱图
图12 一根断条时电流频谱图(满载)
防爆商城：www.ex12580.com
服务热线：400-069-6169
电气咨询：0377-62377720
电机咨询：0377-62377731
企业邮箱：fbypt@ex12580.com
