振动信号在电动机电气故障诊断的应用

张宇东

摘 要：本人主要是对某工厂的油浆泵电动机的轴承异动情况进行相应的诊断，由于电动机有着电气机械的双重性特征，因此必须要使用频谱细化和包络解调技术来对电流谱特征和振动谱的特征进行研究。经过研究，对轴承的故障形式进行判定，这一故障主要是电蚀。必须要对电动机的运行进行严格的监测，对电动机电气故障进行诊断，根据诊断的结果提出相应的方案，使电动机能够稳定的运行。

关键词：振动信号；电动机；电气故障；诊断

中图分类号：TP278 文献标识码：A

油浆泵机组在化工生产的过程中是非常重要的，而油浆泵机组要想顺利地运行，就必须要保证电动机不会发生故障，否则就会造成难以估计的损失。电动机的故障有多种形式，轴承的故障率占电动机总故障率的40%，这与振动信号有着极大的关系，因此可以使用振动信号技术来对信号进行处理，这已经成为电气故障诊断的关键。本文就是对振动信号在电动机电气故障诊断中的应用进行分析，为相关的研究提供借鉴。

一、包络解调技术

包络解调技术主要利用的是故障特征明显的优势来进行故障的诊断的，在轴承的早期故障诊断中被广泛地应用，这一技术主要是利用轴承故障振动信号来对包络检波和滤波进行相应的处理之后进行信息的调解、分离和载波，并且根据相关的包络谱中的特征频率来对轴承是否发生了故障进行相应的诊断，并且对发生故障的部位进行确定。实际的流程如图1所示，从图1可以看出，根据振动信号的不同特征，利用加速度包络值来对轴承的故障进行相应的诊断，主要是利用高频信号的参数来制定出加速度包络值gE标准，并且根据观察，就能够判定出轴承的实际状态。

二、电蚀和微震磨损

轴承的故障主要是表现在轴承元件的表面出现损伤。如果轴承的周边存在着异常振动的情况，或者是加速度包络gE值较高，那么就必须要立刻的对动机进行拆机检查，如果出现了电石和微震磨损，那么就必须要及时地检查诱因，产生这两大问题的诱因也存在着差异。

（一）电蚀

在磁场或者是电厂的工作环境下，所滚动的轴承会受到磁场或者是电场的影响产生微电流，在微电流的作用下，就会导致滚动轴承出现失效形式，失效形式包括电蚀和波纹状的损伤。轴承的内圈和外圈存在着电位差就会导致电蚀，而产生电压的主要原因包括脉动电压导致绕组和电动机的机壳之间发生漏电流或者是由于电动机的磁路发生了不平衡的现象所导致的，这时电流就会流过电动机的轴承，除此之外，还有可能是由于接地回路不良所导致的。

（二）微振磨损

微震磨损主要是由于相互接触面之间发生较小的滑动所产生的一种磨损，这种磨损主要是发生在滚动体和滚动面之间的接触面上，发生微震磨损轴承的滚动体和滚动面的接触部位就会出现黑色或者是红褐色的粉末，出现这一故障的主要原因是由于过油量不足、小振幅摇摆运动或者是润滑不良等相应的原因所导致的。

从上述的分析可以得知，电蚀与微震磨损很难进行区分，但是通过振动信号分析就能够找到产生这两大故障的原因，根据本质原因才能够进行有效的改造。

三、频谱分析

电动机自身有着电气和机械组合的特征，在这样的情况下，电动机的轴承发生故障的振源就可能是由于轴承的电源自身结构所导致的，针对轴承故障经常使用的故障监测和诊断方法，主要有两种，一种是定子电流信号分析法，另外一种是振动信号分析法。

振动信号分析法主要是对轴承的振动信号进行采集，并且对振动信号的频率进行变更，这样就能够与轴承原本的频率振动特征进行相应的比较，从而对轴承是否出现了故障进行判定。从电动机自身的情况来看，发生电气故障的情况下，频率主要是反映在二倍频上，在这一过程中，也会出现边频带，这一现象也是电动机电气故障的一种典型性的特征。如果边频的幅值比较小，那么就不容易对电气故障进行区分，经常会利用频谱细化技术来对故障原因进行诊断。

定子电流信号分析法主要是对定子电流信号进行采集，并且对电流信号进行相应的处理，这种方法比较简单，而且使用的过程中，十分的便捷，是未来电动机电气故障诊断的主要方法，也是振动信号分析技术发展的一大趋势。相关的学者对振动谐波和定子电流谐波之间的线性关系进行了论证，可以得知定子电流的频率的计算公式如下：

根据公示可以得知轴承的故障特征频率與电动机的转速、轴承的几何结构和电流的基波频率都有着紧密的联系。

结论

电动机有着电气机械组合的双重性特征，正是由于这一特征，才能够对故障进行准确的诊断。但是电动机的机械振动和电器振动在发生故障的时候，频率图像是很难进行区分的，因此必须要对店员进行缺断，才能够对其故障进行有效的区分，但是由于工厂作业是不能够停机的，因此必须要通过其他的方法故障进行诊断。在本次研究的过程中，通过对某厂的现场勘查可以得知轴承出现条纹状，内圈和外圈出现了十分明显的刻痕，电蚀和微振磨损都会出现这一故障，初步诊断轴承故障形式是两者中的某种形式，考虑到短时间内出现此类故障，微振磨损故障的可能性很小，这一故障为电蚀。通过上述的研究可以得知，轴承在发生故障的过程中可以使用振动信号的方法，可以快速进行故障诊断。

参考文献

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[2]宋晓美，孟繁超，张玉.基于包络解调分析的滚动轴承故障诊断研究[J].仪器仪表与分析监测，2012（1）：16-19.

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