电动机的监测与故障诊断.ppt

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,利用电气特征分析对电动机进行状态监测,什么是电气特征分析？,ESA,电气特征分析是采集电动机电流和电压信号，并分析和确定各种故障的过程,电气特征分析的优点,在线，不需要停机,远程，不需要接近电动机,准确检测电气和机械问题,用于感应，同步，直流，发电机，以及,VFD,证实的成熟技术，20年的发展,电气特征分析可检测什么故障,转子条故障,不对中、不平衡,基础松动,静态偏心,动态偏心,定子机械问题,定子电气问题,轴承故障,什么是电气特征？,电流和电压在频域的表示,F=1/T,正常电动机特征如何？,低频0200,Hz,高频05000,Hz,为何特征中有这么多峰？,电源不是纯正弦波，在电流和电压中存在谐波,电动机和负荷也产生谐波，它们只在电流频谱中出现,电气特征分析原理,频谱使我们看到,V&I,的所有谐波分量,所有电气和机械故障改变电动机内部的磁通分布，从而在电流中产生谐波,叠放电压和电流谐波使我们能够区分电源谐波和故障谐波,每种故障产生的谐波是不同的,因此，研究这些谐波的分布使我们识别故障,低频和高频分别用途,低频,转子条劣化,不对中,机械不平衡,基础松动,高频,静态偏心,动态偏心,定子电气故障,定子机械故障,轴承劣化,如何采集电流和电压信号,对,LT,电机，钳形表钳在电源电缆；对,HT,电机，钳形表钳在测量或保护,CT,二次回路,对,LT,电机，电压接头接在电源端子上；对,HT,电机，电压接头接在母线,PT,二次回路,所有测试在,MCC,或电机控制面板完成，无需接近电机,一次回路测量,二次回路测量,交流感应电动机分析参数,工频,FL,-,使用测量值,转速,RS,-,需确定的基本参数,极数,P,-2(,24%,),4(,50%,),6(,24%,),8,10.,极对数,P/2,同步转速,SS,=2FL/P(rpm,Hz),2,极：3000.-4极：1500.-6极：1000,8,极：750.-10极：600,滑差,S,=SS-RS,极通过频率,PPF,=S*P,交流感应电动机分析参数,确定转速,通过电流频谱主导峰确定实测工频,FL,计算同步转速,SS=2 FL/P(Hz),在,RMS,解调频谱察看位于,RS,的峰,求滑差和极通过频率,S=SS-RS PPF=S*P,在,RMS,解调频谱察看位于,PPF,的峰,PPF,和,RS,的一致性在0.25,Hz,范围,正常情况下,RS=,名牌值,PPF,和,RS,的峰具有独立属性，分别反映转子故障和机械平衡故障,转子条劣化传统确定方法,极通过频率在电流频谱中表现为边带(,PPF=,滑差,x,极数),由于高阻节点或断条产生的转子阻抗升高，导致,PPF,幅值升高,工频幅值和,PPF,幅值之差是转子状态的指示,转子条故障严重性等级传统确定方法,EMPATH,转子健康确定,电流频谱,FL,和,PPF,峰值间的,dB,差,电动机负荷,解调谱中,PPF,峰值,PPF,谐波,转速的,PPF,边带,EMPATH,转子健康报告,Empath,2000 3.2,分析结论,性 能 总 结,转子评语,转子笼条状态正常,X,转子笼条状态可疑，参见详细报告,负荷不足以确定转子笼条状态,Running Speed=16.533 Hz/992 Rpm,转速,Pole pass frequency=0.757 Hz,极通过频率,Load=64.0%,负荷,Se,fund,=EMPATH,基本滑差位置,Hz (,同极通过频率,),Se,harm,=EMPATH,滑差谐频数,Level,=EMPATH,基本滑差及其谐频的幅值之和,电动机电流调制,Motor,Load,Current,电动机负荷的变化影响电动机汲取的电流,电动机负荷变化原因,:,-,齿轮-风机,-,皮带-泵,-,滑轮-活塞,-,离合器-摩擦,-,切削,(8),(6),(4),(2),0,2,4,6,8,0,0.01,0.02,0.03,0.04,0.05,0.06,0.07,0.08,0.09,0.1,0.11,0.12,0.13,0.14,0.15,0.16,0.17,0.18,0.19,0.2,0.21,0.22,0.23,0.24,(2),(1),0,1,2,3,4,5,6,0,1.5,3,4.5,6,7.5,9,10.5,12,13.5,15,16.5,18,19.5,21,22.5,24,25.5,27,28.5,30,31.5,33,34.5,0,0.2,0.4,0.6,0.8,1,1.2,1.4,Time,Time,Frequency,原始电流组成:,工频(50,Hz),调制频率(齿轮,皮带,辊子,活塞,等.),解调去掉工频,，,可容易观察调制信号,频率分析提供波动的图形观察,不对中/不平衡,在解调频谱中总能看到转速(,RS),谱峰,高的,RS,峰幅值指示不对中或不平衡,右侧的频谱是一台不对中的380,KW,6.6kV,电机产生,基础松动,在基础松动情况下，在电机1/2转速频率出现明显的峰值,左侧频谱示出一个650,KW,3.3KV,电机，有严重振动,右侧频谱示出同一台电机紧固基础后,皮带传动问题,偏心,正常 静态偏心,动态偏心,柔性基础,轴承松动,不正确的气隙,调整,轴承座磨损,轴承滚道磨损,转子中心 定子,偏心是定转子气隙不平均的现象,静态偏心,1250,KW,6.6KW,电机，静态偏心典型频谱,静态偏心产生的峰值频率=,RB x RS,nFL,；N,是奇数,动态偏心,93,KW,415 V,电机，动态偏心典型频谱,动态偏心=,RB x RS,nFL,mRS,;n,是奇数，,m,是任意整数,RS*RB+FL+RS,RS*RB+FL-RS,RS*RB-FL+RS,RS*RB-FL-RS,定子机械故障,410,KW,6.6 KV,电机，铁芯故障典型频谱,定子机械故障频率=定子槽数*,RS,FL;100Hz,间隔的两个峰,中心频率,=,M,RS*P*3,M,为整数,定子电气故障,1100,KW,6.6 KV,电机，定子匝间绝缘劣化典型频谱,定子劣化故障频率=定子槽数*,RS,FL RS,可预测的故障,匝间短路,不可预测,相间和对地短路,迅速损坏,轴承故障,250,KW,6.6 KV,电机，轴承故障典型频谱,轴承故障,EMPATH,识别轴承问题的两种方法：,已知轴承型号：,通过轴承故障系数计算轴承峰值频率,寻找,峰值频率,FL,位置 （+/-1%）,不知道轴承型号：,寻找,非整数倍转速峰值,识别了轴承频率，建议振动分析,滑动轴承的问题，使用关联分析：,查看静态和动态偏心，可判断是否轴承松动,滚动轴承,电气不平衡,电压不平衡,小的电压不平衡导致大的电流不平衡，导致电动机温升,电动机额定功率*,VFD,电压减免系数,NEMA Std.MG 1-1998,不推荐超过,5%,Time,RMS,Peak,CF,Voltage 1,390.500,553.680,1.418,Voltage 2,389.700,555.040,1.424,Voltage 3,389.130,554.020,1.424,Average,389.780,554.250,1.422,%,dev,0.2,0.1,0.3,VDF=,100.0,电压减免系,数,电气不平衡,电压源自电源，一般受电动机影响较小,电流不平衡,电流取决于电动机的需要，取决于电动机感知的负荷,3%注意；5%不推荐；10%停机,电流不平衡意味着相间不同,Time,电流,RMS,Peak,CF,Current 1,260.720,377.840,1.449,Current 2,262.010,382.980,1.462,Current 3,261.440,381.960,1.461,A,verage,261.390,380.930,1.457,%,dev,0.3,0.8,0.6,THDF=,97.0,变压器谐波减免系数,电流不平衡,15,HP,水泵电动机三相电流，电流不平衡为38，远超出运行这台电动机可接受的水平，拆机检查，发现一相严重匝间短路,电源分析,视在功率,有功功率,无功功率,功率因数,阻抗,kVA,kW,kVARS,Phase 1,0.758,1.498,58.695,44.476,38.301,Phase 2,0.752,1.487,59.157,44.508,38.970,Phase 3,0.754,1.488,58.613,44.213,38.481,Avg,/Total,0.755,1.491,176.470,133.200,115.750,%,dev,0.4,0.4,Demand power=,133.2,K,W,功率需求,电源分析,Harmonic Distortion Results:,谐波畸变结果,电压输入,49.976,Hz,谐波,THD Odd%,THD Even%,+,ve,%,-,ve,%,Zero%,THD All%,Current 1,1.401,0.084,0.585,1.091,0.660,1.403,Current 2,1.340,0.126,0.541,1.184,0.342,1.346,Current 3,1.330,0.120,0.618,1.139,0.323,1.336,Voltage 1,0.370,0.034,0.206,0.196,0.239,0.371,Voltage 2,0.310,0.024,0.207,0.184,0.142,0.311,Voltage 3,0.292,0.032,0.195,0.171,0.138,0.294,故障机理:,电流需求增加过热绝缘故障.,零序谐波增加变压器过载故障零总线过热着火,改造供电系统:,K,变压器,增大零线尺寸，滤波:零序滤波器,IEEE519-1992:5%THD,单谐波3%,EMPATH,电动机诊断,这是一个 3 相,AC,电动机的高频测试，带综合结果显示,:,低功率因数,高的电压偏离,过载,机械问题,EMPATH,电动机诊断,指示:,转子健康,静态偏心,动态偏心,定子相不平衡,电动机转速&滑差,齿轮&皮带问题,扭振&动态负荷,EMPATH,电动机诊断,自动电压和电流水平感应,.,自动三相校正以获得正确的功率因数,.,自动数据采集和存储,.,数据分析可即时进行；也可回办公室后进行,.,分析自动确定转子笼条和定子槽数,.,自动分析电动机轴承缺陷,.,报告可自动在,MS Word,产生，或作为独立文件,.,EMPATH,电动机诊断,非介入，远程诊断技术,对振动测量的补充,扭矩负荷波动,检测转子问题,适合各种类型电动机,电动机和发电机,AC,和,DC,适合各种类型机械,转动机械,往复机械,EMPATH,电动机诊断,用真触发功能测取启动数据,.,用真触发功能测取瞬态数据，及/或,选择瞬态数据的一部分进行频谱分析,.,电动机测试任务整体存储，占小于,800 KB,空间,.,数据本身具有完整性；无繁琐的数据库,.,可利用最新手提电脑技术,.,软件环境,WIN 95/98/NT/2000/ME,E-Plug&EMPATH2000,