关于电机故障分析与诊断

摘 要： 随着现代科学技术的发展，工业设备对电机的安全性能提出越来越高的要求，因此电机的设备故障诊断技术受到越来越多人的关注。本文从电机绝缘、温度检测、电机振动等几个方面对电机故障进行了分类研究。

关键词： 电机故障 电机绝缘 温度检测 电机振动

电机作为一种复杂的旋转机械，具有复杂的电磁、机械特性，其故障也表现为多样性、复杂性，征兆多种多样，既有机械故障的一般特性，又有电气部件、磁场等故障特性。大量故障结果的统计分析发现，电机故障按其原因分:轴承类占38.5%，绕组类占39%，两者之和占77.5%。因此，为使电机的安全可靠运行，对电机故障机理的分析、对电机故障诊断方法的研究，以及对电机故障诊断装置的开发都是十分必要的，不但具有重大的理论意义，而且具有相当的工业、社会经济价值。本文从电机绝缘、温度检测、电机振动等几个方面对故障进行了分类研究。

一、绝缘结构的故障诊断

电机内绝缘结构在运行中由于热、电、机械、环境等的综合应力作用下，逐渐老化，绝缘的电气性能和机械性能逐渐降低，最后因降低至所必需的极限值而损坏。因此，在电机服役期内对绝缘进行诊断，推算其剩余击穿电压和寿命是不可缺少的。但是绝缘诊断的试验项目很多，每个试验项目有时又可测定几个参数。因此，在绝缘诊断时，确定试验项目的顺序和测定参数是十分重要的。

测定参数：绝缘结构中的电流。绝缘结构上施加直流电压，就有三种电流产生：（1）位移电流。在外电场作用下，由几何电容和分子位移极化产生，一般是瞬时衰减。（2）吸收电流。是绝缘结构中介质极化，偶极子转动和离子极化所产生，随时间较慢衰减。（3）漏导电流绝缘结构表面和内部的带电粒子，在电场作用下向两极移动而产生，不随时间而变化。因此，在外电场作用下，绝缘结构中的电流是以上三种电流的叠加，绝缘电阻的初始值主要取决于位移电流和吸收电流，绝缘电阻的稳定值则取决于漏导电流。

绝缘电阻变化规律分析绝缘结构单纯由于吸潮时，其绝缘电阻值在波动，但从长期趋势来看，其降低值极慢；当绝缘结构的绝缘电阻值波动趋势越来越低，直至无法恢复规定值，这往往是由于绝缘结构受到污染或存在缺陷（如绝缘磨损等）。

二、电机温度检测与诊断

电机绕组或其他部分测量方法有以下几种：电阻法、埋置点温度法、温度计法和叠加法（双桥带电测温法）。其中电阻法和叠加法是测量绕组平均温升，而温度计法和埋置法测量的是局部温升。因此要选择合适的测量温度仪器，根据过热点部位判断故障。

1.定子铁心过热点的检测

大型交流电机定子铁心是磁路的重要部分，设计时一般采用较高的工作磁密，由于磁通是交变的，为了减少涡流和磁滞损耗，叠成铁心的硅钢片都是表面涂漆而相互绝缘的，当漆膜完好，片间绝缘良好时，铁心温度较低，而且整个铁心温度分布是均匀的。但是由于硅钢片涂漆不匀，铁心叠装不紧密，电机运行中定子振动较大，由于轴承损坏而造成定、转子相摩擦，以及在安装时转子穿心过程中刮坏定子内腔铁心等原因而破坏了铁芯绝缘而造成片间短路，短路的局部区域将产生较大的涡流而发热，进一步破坏相邻部分的片间绝缘而使故障进一步扩大，当环流增大到一定程度，将使硅钢片熔化、局部高温同时也将烧坏定子绕组而造成接地故障。这种故障的早期征兆是铁芯的涡流和局部位置的温度较高。因此在大型交流电机铁心叠装完成后必须进行铁损试验，通过测量铁芯有局部温度分布是否均匀来确定铁芯是否存在短路部位。过去作铁损试验多采用酒精温度计测量定子铁芯齿表面的温度，由于温度数量非常有限，因此必须辅以人工手摸。一台大型交流电机定子铁芯内圆表面积很大，如果逐点摸测，不仅工作效率低，而且准确性、可靠性差。特别对于某些绝缘损伤部位小，或损害不太严重的定子铁芯，温差较小，这些隐患难于用手摸发现，但当投入运行后、缺陷发展，可能成为大事故的根源。

红外热像仪能作为快速、准确测量定子铁芯表面温度分布的可靠手段。红外热像仪通过快速扫描，在不与铁芯表面接触，不影响表面温度分布的情况下，可将铁芯内圆表面热像图摄录下来。只要表面温度有0.2℃的温差，在热像图上就能清楚地分辨出来。试验时将红外热像仪对准定子铁心膛内待测铁芯表面，并不断地进行扫视，观察热像图，若发现温度较高的异常位置，可测出温度值，并摄录高温区域和部位，为消除隐患提供原始数据。

2.定子绕组局部过热点的探测

绝缘系统是电机机械和电气方面较薄弱环节，交流电机定子绕组由于匝间短路，股线断裂造成线圈内部放电，因绝缘磨损造成局部泄漏电流增大，线圈连接线焊接不良等原因导致定子绕组局部过热的故障是经常出现的。其先兆征象是局部温升高，出现绝缘分解物异味等。根据定子绕组局部过热的先兆征象，使用红外热成像仪可以迅速而准确地找出故障的位置，在早期排除故障：避免突然停产事故的发生。使用红外热成像仪探测故障点的方法，和检测铁芯局部发热点的方法基本一样，即使用红外热成像仪对定子绕组进行端部和槽部的扫视，观察热像图，发现线圈或连接线上的局部过热点，摄影热像图，测定温度值和故障点的部位。

三、电机振动的测量与诊断

电机产生振动原因较复杂，振动诊断分两个层次进行：一次诊断是简易诊断，确定电机总振动级是否超过各种标准规定的限值，决定是否需要进行二次诊断；二次诊断是振动的精密诊断，诊断的目的是要确定产生故障的部位和振动产生的原因，首先要使用各种测量和分析仪器进行振动的测试和分析，同时还必须使用振动分析软件和依靠运行经验和诊断分析积累形成的诊断软件。

随着现代科学技术的发展，工业设备对电机的安全性能提出越来越高的要求，因此电机的设备故障诊断技术受到越来越多人的关注。希望本文能丰富电机故障诊断理论，适合社会的需求，为社会的经济和工业发展作出一点贡献。

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