博鱼体育【 概括】

通过采集电机的电流和电压数据，电气特性分析技术可以有效地监测和诊断关键电机及其驱动风扇、皮带和齿轮箱的状态。有基于该技术的离线或在线专家诊断系统，可对电机及其驱动的机械进行状态监测和故障诊断，可作为电气工程师和状态监测工程师的预测性维护平台。

概述

博鱼体育电特性分析技术起源于 1970 年代。经过40多年的发展，已广泛应用于电力、钢铁、水泥、石化、粮油等连续生产行业。监测范围涵盖关键电机的电气和机械问题。监测内容包括：电能质量、转子电气故障、转子机械错位/不平衡、地基松动、静动偏心、定子绕组松动、轴承故障、皮带、齿轮箱等传动设备。诊断故障一次并定期监控以确定严重性和状态变化。与其他分析技术相比，具有独特的技术特点和优势，可作为振动分析的重要补充。

可以从控制中心测试三相电流和电压数据，可以直接从初级电路（低压电机，图 1）或通过次级电路（高压电机，图）中的 CT（电流）和 PT（电压）进行测试2）。测试系统可分为离线系统和在线系统：离线系统是便携式移动测试，产品包括EMPATH电机性能分析和趋势硬件（图1）和DMT300系列电机动态测试系统（图2）；在线系统为固定安装实时监控机械设备状态监测与故障诊断，产品具有DMT-OL电机在线测试系统（图3），可与离线系统配套使用。

博鱼体育图 1：EMPATH 电机性能趋势和诊断系统

博鱼体育图 2：DMT300 系列电机动态测试仪

图 3：DMT-OL 电机在线监测系统

博鱼体育电气特性分析技术介绍

电动机是连续生产行业中应用最广泛的电动机，用于驱动各种机械设备，如风扇、皮带和齿轮箱。理想的电机电流信号是纯 50Hz 正弦波，频谱中只有一个峰值。当电机发生故障时，负载或转矩发生变化机械设备状态监测与故障诊断，电机内部磁通分布发生变化，会改变电机电流，从而产生谐波。这些谐波不同于标准谐波，标准谐波分析仪器无法检测到这些谐波。这种变化可以通过专业的电机状态监测和故障诊断系统来检测。

同样，往复运动部件的不平衡、不对中、松动、齿轮和皮带磨损、摩擦和机械振动也会导致负载波动。检测电流变化也可以提供有用的机械诊断信息。电机状态监测与故障诊断系统对电机的电流、电压信号进行信号调理，从波形和频谱中识别出各种故障的特征频率。基于专家经验，电机状态监测与故障诊断系统可自动提供诊断报告，并支持人工分析识别故障特征频率。诊断内容见表1。

ESA 诊断示例 (1)

中外合资石化公司核心电机，铭牌参数：500KW机械设备状态监测与故障诊断，2980rpm，6KV机械设备状态监测与故障诊断，58A。采用ESA电气特性分析技术，成功诊断出电机笼条可疑状态机械设备状态监测与故障诊断，并伴有静态偏心故障。经与厂方协调，决定将电机送检，检测时发现端环有裂纹，提前预知电机可能出现的故障，避免因设备故障可能造成的影响和二次伤害。

图 4：电流波形

图5：笼条故障特性频率特性

当电机的转子笼条发生故障时，电流波动不明显（图4），传统的测量仪表和功能保护仪表无法有效监测和预测电机故障。通过ESA电气特性分析技术，在电流谱中，电机过极频率PPF（转差*极数）作为电源频率的边带出现，在FL±PPF处出现峰值，峰值表示健康转子水平（图 5）。

检查确认电机转子制造质量的原因。端环开裂，导致与保持架杆接触不良。运行时接触不良区温度升高，油漆烧焦，铸铝熔化。从图片的黑色和银白色部分（图 6）可以清楚地看到热量。如果半个月后发现，这台电机的转子就会出现严重故障，导致电机及其带动的大型离心机工作不正常，影响生产。

图 6：转子端环开裂和局部加热

电机运行时，机械原因引起的变化会影响负载的变化。电流受任何引起负载波动或冲击的因素调制。这些变化调制了 50Hz 的载波频率。通过解调算法去除了工频，可以很容易地观察到调制情况。信号，表征调制信号以识别机械问题。因此，电流频谱分析也可用于检测驱动设备中的问题。典型问题包括：电机轴承故障、风扇叶片损坏、皮带松动、齿轮齿损坏、齿轮轴不平衡等。

同一电机，转子维修运行三个月后，振动增大。通过对比之前的转子故障图，电机过极频率的PPF峰值基本不存在（图7），可以确认振动不是转子故障引起的。在解调频谱中，发现了一个与电无关的特征频率，并出现了转速的非整数倍频（图8）。这个特征频率与轴承状态有关，需要通过振动来确认。

图 7：当前频谱比较

图 8：解调频谱

对电机前后轴承进行数据采集，并进行振动分析确认。频谱主要表现为横频率及其谐波频率，部分频谱出现高次谐波频率。时域波形中有摩擦和松动信号（图9），电机驱动端轴承存在运转环松动或游隙过大的问题。经现场检修，确认轴承松动失效，安装时未固定。

图 9：振动频谱和波形

ESA 诊断示例 (2)

某水泥公司有一台220KW、990RPM、10KV、14.5A的皮带输送机。

图 10：电流解调频谱

电机及其驱动的齿轮箱的振动数据采集困难，因此在电气室采集电流和电压，分析电机及其驱动的设备的电气特性。0.5Hz 频谱峰值及其多次谐波出现在电流解调频谱中（图 10），对应于变速箱输出轴的转速。建议制造商检查变速箱的状态。通过观察孔发现输出轴上有齿。发生骨折（图 11）。

图 11：损坏的齿轮齿

总结

博鱼体育电气特性分析是一种成熟的状态监测技术。经过40多年的技术开发、电气标准、经验和大量实测数据验证，可以有效监控工厂的关键电机及其从动风扇、皮带和齿轮箱。进行状态监测，提前发现、诊断和预测故障，避免因突发故障造成的停产和高额损失，提高设备的可靠性和可用性。ESA 在线监测结合当前的物联网和大数据应用可以作为有效的预测性维护技术平台。