電機廣泛應用于工業環境中的各個角落,并且變得越來越復雜、技術含量越來越高,有些時候保持其工作在最佳性能狀態變得很困難。電機和驅動故障的原因不僅限于某一個范疇——機械和電氣問題均會導致電機故障,是否具備正確的知識可能意味兩種截然不同的結果:代價不菲的停工或者有效提高運行時間。
其中,繞組絕緣擊穿和軸承磨損是常見的兩種電機故障原因,但導致這些故障發生的原因卻多種多樣。檢測13種常見的繞組絕緣及軸承故障原因了解一下。
電能質量
01瞬態電壓

瞬態電壓可能是由多種原因源引起的,這些源可能在工廠內部,也可能在工廠外部。鄰近負載的投切入或切出、修正功率因數而安裝的修正電容器組乃至遠處的天氣因素都會在配電系統上產生瞬態電壓。這些瞬態電壓在幅值和頻率上差異很大,會造成電機繞組絕緣性能下降或被擊穿。然而,由于發生的頻度很低,并且現象發生的方式也不同,所以找到這些瞬變源非常困難。例如,瞬變可能發生在控制電纜上,它不一定直接造成設備故障,但卻可能影響正常工作。
影響:電機繞組絕緣擊穿造成電機早期故障以及計劃外停工。
測量及診斷儀器:Fluke 438-II電能質量和電機分析儀
關鍵程度:高
02 電壓不平衡

三相配電系統經常為單相負載供電。阻抗或負載分布不平衡會影響全部三相之間的不平衡。潛在的故障可能發生在電機連接電纜、電機端子以及電機繞組本身。這種不平衡會對三相電源系統中的每相電路產生影響應力。最低限度上,所有三相電壓的幅值應始終一致。
影響:不平衡現象造成某相或某幾相上電流過大,從而造成溫度升高——導致絕緣擊穿。
測量及診斷儀器:Fluke 438-II電能質量和電機分析儀
關鍵程度:中
03諧波畸變

簡單的說,諧波是一種有害的高頻交流電壓或電流源,交流電壓或電流源用于向電機繞組提供電能。這種附加能量并不用于驅動電機軸承,而是在繞組內循環,并最終形成內部能源損耗。
影響:降低電機效率,增加維護維修費用,工作溫度升高
測量及診斷儀器:Fluke 438-II電能質量和電機分析儀
變頻驅動故障
04 驅動輸出PWM信號的反射

變頻驅動采用脈寬調制(PWM)技術來控制電機的輸入電壓和頻率。當電源和負載之間存在阻抗不匹配時,就會產生反射。阻抗不匹配的原因可能是安裝不正確、元件選擇不正確或隨著時間推移設備發生了老化。在電機驅動電路中,反射峰值與直流總線的電壓一樣高。
影響:電機繞組絕緣擊穿造成計劃外停工。
測量及診斷儀器:Fluke 190-204 ScopeMeter®彩色數字示波表、Fluke 1587 FC絕緣萬用表
關鍵程度:高
05 ∑電流
影響:保護地電流造成電路異常跳閘
測量及診斷儀器:Fluke 190-204 ScopeMeter®彩色數字示波表
關鍵程度:低
06 過載
影響:電機的電氣和機械部件過早磨損,造成永久性失效。
測量及診斷儀器:Fluke Ti480 PRO紅外熱像儀、Fluke 289真有效值工業用記錄萬用表
關鍵程度:高
機械
07 失中

當電機傳動軸與負載未正確對準或者將電機聯結至負載的部件失中時,即發生失中。許多專業人士認為彈性聯軸器可消除和補償失中,但彈性聯軸器僅保護聯軸器不受失中的影響。即使采用彈性聯軸器,失中的傳動軸也會沿軸傳遞有害的周期性力,并進入電機,造成電機過度磨損,增大視在機械負載。此外,失中可能在負載及電機驅動軸中產生振動。失中的類型有三種:
角度失中:傳動軸中心線發生交叉,而非平行。
平行失中:傳動軸中心線平行,但不在同一中心。
組合失中:平行失中和角度失中相組合。(注:幾乎所有失中均為組合失中,但業內人士一般將失中分為兩種獨立的類型,因為分別解決角度失中和平行失中比較容易修正失中問題。)
影響:機械傳動部件過早磨損,造成永久性失效。
測量及診斷儀器:Fluke 810測振儀、Fluke 830激光軸對中儀
關鍵程度:高
08 軟腳
影響:機械轉動部件失中
測量及診斷儀器:Fluke 830激光軸對中儀
關鍵程度:中
09 管道應力
影響:軸失中,進而對轉動部件造成應力,導致過早故障
測量及診斷儀器:Fluke 830激光軸對中儀
關鍵程度:低
010 軸不平衡
影響:機械傳動部件過早磨損,造成永久性失效。
測量及診斷儀器:Fluke 810測振儀
關鍵程度:高
011 軸松動
影響:機械傳動部件過早磨損,造成永久性失效。
測量及診斷儀器:Fluke 810測振儀、Fluke 830激光軸對中儀
關鍵程度:高
012 軸承磨損
影響:加快轉動部件磨損,造成軸承故障。
測量及診斷儀器:Fluke 810測振儀
關鍵程度:高
不正確的安裝因素
013 軸電壓

當電機軸電壓超過軸承潤滑脂的絕緣能力時,將會有飛弧電流通向外軸承,造成軸承套圈內出現電點蝕和凹槽。當軸承開始變形,金屬碎屑與潤滑油混合在一起時,軸承摩擦增大,最早的征兆是出現噪聲和過熱。這會造成軸承在電機工作的短短幾個月內損壞。無論是電機維修還是停工時間方面,軸承故障的代價都非常大,所以測量軸電壓和軸電流都是非常重要的診斷步驟。只有在電機上電和轉動時,才會出現軸電壓。在電機轉動時,可利用碳刷探頭連接來測量軸電壓。
影響:在軸承表面形成點蝕和凹槽,造成振動過大,最終引發軸承故障
測量及診斷儀器:Fluke MDA-550
關鍵程度:高