电动机技术试验报告

电动机技术试验报告

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电动机在线检测软件的技术试验报告

软件部杨艳

1.本项目的应用范用和主要功能

1.1应用范围:电力、煤炭、化工、钢铁、水泥等系统的大型鼠笼式 异步电动机。在工业现场，对不同功率大小的交流电动机 处理方式是完全不相同的。对于小功率电机，如几百千瓦 以下的，一般只作为一个元件，一般不搞在线监测，也很 少进行离线测试，有故障就更换，有备用机。对于大型电 动机，如发电厂的吸风机、球磨机，功率为2000,或更大, 才有价值进行在线监测和离线监测，这种电机也有备用机,

监测的程度远不如发电机。

1.2主要功能••对连续运行的异步电动机进行实时监测，对运行工况 进行实时分析，在故障发生之前进行异常预警，避免发生 事故及事故的扩大化，同时能够识别故障的性质，并提出 相应的措施，对于异步电动机的维修提出了指导性的建 议。在非连续运行情况下，根据对启动过程的分析，可出 具试验报告。在发生真正故障时，还能够启动故障滤波, 对故障时候的电气量进行记录，作故障后分析，出具分析

报告。

2.本项目的主要技术条件

2.1在线检测可判定的故障类型、判断原理 电动机技术试验报告

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2.1.1转子断条故障

危害：笼型异步电动机转子断条故障将导致电机出力下降、运行性能 恶化。加之转子断条故障发生概率高达10%,因此必须对其进行 检测，特別是进行早期检测。早期检测系统可以在故障发展初期 及时告警，有助于现场组织、安排维修，避免事故停机，具有显 著经济效益。

判断原理：笼型异步电动机发生转子断条故障后，在其定子电流屮将 岀现/ =

（1±2怠）力,伙=123）频率的附加电流分量（$为转差率，fi为供 电频率）。由于定子电流信号易于采集，可以对定子电流信号进 行频谱分析，提取故障频率分量幅值及基频分量幅值，以两者 之比作为故障特征，设定检测阈值（一般设定为1-2%）,超过 此阈值则认为存在转子断条故障。

2. 1. 2气隙偏心故障

危害：转子和定子由于装配、运行时振动和非平衡的径向此拉力，将 会导致电动机的气隙偏心。气隙偏心，将会使气隙磁通畸变，振 动增大。

判断原理：当气隙存在偏心时，气隙磁导沿圆周方向出现不均匀，从 而在定子电流中感应出谐波分量。理论分析和试验表明，这些 特征谐波分量的频率为： f = fl[（R±nd）（l-s）/p±nw] 9 其中力为外加电 源的频率；R为鼠笼式异步电动机的转子导条数；"为电机的 极对数；$为转差率；静态偏心时，心=0；动态偏心时，心=1； nM = 1.3.5... o当转子齿数较大时，这些特征谐波频率较高，从而对 数据采集及处理系统的采样频率、运算速度和内存要求较高。

实际上，另有一低频分量对动态偏心的检测非常有效，其频率 为：f = 电动机技术试验报告

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f\±fr »其中九为旋转频率，其大小为o同样，对 定子电流信号进行频谱分析，将正常时候的频谱及故障时候的 频谱进行比较，观察特征频率处的频谱幅值以确定是否存在偏 心故障。

2. 1. 3定子绕组对称电气故障

危害：对于电动机的对称电气故障，如过载、堵转、对称短路等，其 危害主要是由于电流增大而引起的热效应。

判断原理：此类故障可以通过过流程度来反映。当出现过载故障时， 电动机二次侧电流心(1.2~5)人；当岀现堵转故障时，二次侧电流 / =

(5~7"”；当出现对称短路故障时，二次侧电流/=(8~10必，其中 为电动机二次侧额定电流。

2.1.4定子绕组不对称电气故障

危害：不对称故障引起的负序电流分量会给电动机的安全运行带来极 大危害。当出现负序电流时，定子中会产生及正序电流形成的转 速相同但方向相反的旋转磁势，这样，电动机转子便以2倍于同 步转速切割磁场，转子中会产生危险的高压；同时，此负序电流 将在转子中产生2倍于工频的电流，使转子附加发热大大增加， 严重危及电动机的安全运行，极易形成事故，造成电动机严重损 坏。因此，电动机不对称故障运行故障的早期诊断是非常重要的。

判断原理：电动机的不对称故障较多，如断相、不平衡、匝间短路、 单相接地等。大多数不对称故障一般不出现显著的电流幅值变化, 因此通过过电流程度常常不能及时正确判断。电动机正常运行时, 其三相负荷基本对称，负序和零序电流分量基本为零，而一旦发 生不对称故障时，根据对电动机技术试验报告

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称分量法，电动机的电流可以分解为正 序、负序和零序电流分量，此时，电动机负序和零序电流分量将 会大幅度增加。所以可以通过负序电流分量的大小来检测电动机 定子绕组不对称故障。

2.2启动过程分析可判定的故障类型、判断原理

2. 2. 1异步电动机起动过程分析

当电动机处于停机状态，可以对起动过程进行分析。

判断原理：异步电动机起动过程中，转差率$是在不断变化的，由转子 不对称所感应的/ = (l±2fcy)/1,(A- = 1.2.3)分量的频率也是不断变化的。

把整个起动时间分成若干时段，然后分别对每个时段的定子 电流信号作谱分析，除起动开始和起动结朿的两个时段外， 其他时段内特征频率可以远离齐频率分量，对谱分析的分辨率 要求大大降低；在起动过程的大多数时段内，特征频率分量 的电流大小相对于基频分量电流Z比值比稳定时大，故障特 征量信息丰富，诊断灵敏度高；异步电动机拖动负载起动过 程中，始终满足电磁转矩大于负载转矩，因此不会出现稳定 运行时那样的摆动。综上，异步电动机起动电流时变频谱诊 断转子断条故障能够克服稳态运行时转差率很小，从而特征 频率分量及基频分量接近；故障频率分量电流及基频分量电 流之比很小；电动机拖动的负载不平稳，从而使定子电流发 生畸变等不足。因此，对起动时的定子电流信号，进行时变 频谱分析，起动初始时，故障特征频率及基频靠近，随着转 速的增加，即转差率$的减小，故障特征频率逐渐远离基频， 当$接近0.5时，转子断条故障分量幅值减小，当$小于0.5 之后，故障特征分量幅值又开始增加，且随着$的进一步减小, 特电动机技术试验报告

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征分量频率又逐渐向基频靠近，当起动快结朿时，即$较小 时，故障特征分量频率又及基频靠得很近，且幅值又变小。

若从时变频谱图上观察到符合上述变化规律的频谱峰群，则 可确诊有故障。

2. 2.2故障后分析

判断原理：在发生真正故障时，起动故障滤波，对故障时候的电气量 进行记录，利用上述故障判断原理，作故障后分析，出具分析 报告。

2 3 本项目不能进行分析和诊断的故障类型

2. 3. 1定子铁心故障

定子铁心故障多由各种原因造成的片间短路引起。其典型的故障征 兆为：出现局部过热、造成绝缘热解，分解物产生烟雾和颗粒。

2. 3. 2定子绕组绝缘

由于老化、磨损、过热、振动、受潮、污损及放电等因素的影响会 使绝缘性能下降，甚至出现击穿而引起绕组匝间短路、接地或相间短 路故障。典型征兆为：绝缘电阻下降、泄漏电流增加、局部过热、绝 缘热解、局部放电量增多等。当由绝缘故障严重，直接引发电气故障 后，是可以通过本项目进行诊断的。

2. 3. 3滑环和电刷故障

滑环和电刷因经常处于运动接触状态而容易出现故障。制造或安 装不良，电刷压力调整不当，电刷选型不当，电刷没及时更换，滑环 移位，各种原因造成的火花过大等，均可能引起电刷和滑环的损坏。 故障征兆：火花偏大甚至出现环火，滑环电刷磨损严重，滑环表面烧 伤等。 电动机技术试验报告

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2・4 故障检测报告格式电动机技术试验报告

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电动机故障检测报告

2004 年 7 丿］9 日 15： 06： 00 制作人：

设备号:

1. 试验条件:

2. 铭牌数据:

3.技术数据:

6. 可能存在的故障类型：

7. 维修建议:

2. 5 检测的硬件条件

2.5. 1数据采集装置：7500

2. 5. 2通信:标准通信口为2个高速485 口（可定义其中一个为232C）。 统一编号:

4.连续运行时的电流频谱分析:

宜接尼子七流乐期佶号述行"T交担的血暹 対自适:应诗诚/3M定于电.沅悟号Itrrr史鸟鸽级址

1知1 滤波询后的频谱金虽图

4.1转子断条故障特征分虽幅值： 基频分量幅值:

两者之比： 整定值：

4.2气隙偏心故障特征分虽幅值：

5.启动过程中的电流频谱分析

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一个内置33. 6K ）o 2.5.3其他辅助配件：、、转速传感器（及变送器）

2 6 软件条件

2. 6. 1编程语言及版本：7. 0

2.6.2仿真工具及版本：6.5

2.6.3操作系统：2000 3.本项目的技术可行性分析

3.1系统框图

系统由对异步电动机进行实时监测的监测智能仪表7500,通信通

图1系统结构框图

道、计算机及相应的配合软件组成，系统结构图如图1所示，另外以

四线星型联接方式绘岀现场部分结构图，如图2所示。

3.2硬件采集设备的功能能否满足要求

信号采集：通过、获得及定子电流、电压成正比的电流、电压信号，

接入7500的电流、电压输入； 多通信接口（ 技术）提供一个10和一个10 口（或 电动机技术试验报告

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通过转速传感器获得电流信号，其频率及被测转速成正比, 然后再通过变送器，使输出信号是一个及转速成正比的电流信 号，且在0 — 1或0 — 20之间，接入7500的模拟量输入；

转换部分：模块是数据处理的重要模块，它的精度直接影响故障诊断 的结果。由于转子断条故障的频率分量接近50,幅值及基 波幅值相差可达60,因此要求转换的精度在12位以上。7500 的电压回路分辨率为14位，电流回路分辨率为18位。

采样频率：根据采样定理，为了不产生频率混叠失真，通常要求信号 的最高频率小于采样频率的一半。异步电动机定子电流信号 的最高频率不超过100,因此采样频率大于200即可。由于 需要采集定子电流信号，必须使用7500的故障录波功能。

故障录波有4种采样频率：128点/周波（6400）、64点/周 波（3200）、32点/周波（1600）、16点/周波（800）,可见 都能符合要求。