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電機(jī)監(jiān)測專題三：MCSA技術(shù)識別轉(zhuǎn)子與軸系故障
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發(fā)表日期：2024-11-11
來源：萬力達(dá)電氣

一、基于電機(jī)電流信號分析（MCSA）的電機(jī)故障診斷方法

電機(jī)定子電流信號分析（Motor Current Signature Analysis, MCSA）是一種用于診斷交流電機(jī)及其驅(qū)動系統(tǒng)健康狀態(tài)的技術(shù)。該方法通過對電機(jī)在正常運行時采集到的定子電流信號進(jìn)行分析，檢測潛在故障，實現(xiàn)早期預(yù)警和預(yù)防性維護(hù)。
MCSA 的核心思想是，電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的機(jī)械或電氣故障會在定子電流信號中留下特定的“指紋”或特征頻率。這些特征頻率通常與電機(jī)的電氣參數(shù)（如電源頻率、極對數(shù)）和機(jī)械參數(shù)（如轉(zhuǎn)速）相關(guān)聯(lián)。通過頻域分析，可以識別異常的頻率成分，并據(jù)此判斷電機(jī)的健康狀況。

二、異步電機(jī)的兩類常見故障及識別方法

2.1 轉(zhuǎn)子條/端環(huán)開裂

2.1.1 故障描述
轉(zhuǎn)子斷條故障是指由于制造缺陷、頻繁啟動、過載或老化等原因，導(dǎo)致異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子導(dǎo)條斷裂或端環(huán)開裂，進(jìn)而引發(fā)局部繞組異常。這類故障不僅會降低電機(jī)的效率和使用壽命，還可能引發(fā)更嚴(yán)重的機(jī)械損壞和衍生問題，如多根轉(zhuǎn)子條斷裂、高熱應(yīng)力及轉(zhuǎn)子錯位等。因此，早期診斷和處理此類故障對電機(jī)的安全可靠運行至關(guān)重要。
轉(zhuǎn)子斷條故障的影響：
效率下降：轉(zhuǎn)子條斷裂會導(dǎo)致電機(jī)輸出功率下降，整體效率降低。
過熱風(fēng)險：電流分布不均導(dǎo)致局部過熱，可能引發(fā)絕緣材料老化甚至燒毀。
振動加劇：轉(zhuǎn)子質(zhì)量分布不均引發(fā)的振動會縮短軸承壽命，影響其他機(jī)械部件的穩(wěn)定性，嚴(yán)重時可能導(dǎo)致電機(jī)掃膛。
生產(chǎn)工藝中斷：嚴(yán)重的轉(zhuǎn)子斷條可能導(dǎo)致電機(jī)無法啟動，影響生產(chǎn)。

2.1.2 識別方法：極通過頻率（PPF）

MCSA 是診斷轉(zhuǎn)子斷條的有效方法。在電流特征中，電動機(jī)極通過頻率 ppf（滑差頻率 x 極數(shù)）在頻譜圖上表現(xiàn)為工頻〖 f〗_L的邊帶，在 〖 f〗_L ± ppf 處可看到ppf的峰值。ppf峰值的大小是轉(zhuǎn)子健康的重要指標(biāo)。

隨著轉(zhuǎn)子條的劣化（如高阻接點或裂紋），轉(zhuǎn)子阻抗升高，導(dǎo)致電流頻譜中的 PPF 峰值增大。通過檢測電流信號中的 PPF 及其諧波分量，可以有效識別轉(zhuǎn)子斷條問題。
與溫度和振動分析相比，MCSA 在診斷轉(zhuǎn)子斷條故障方面具有明顯優(yōu)勢。MCSA 能在轉(zhuǎn)子條剛開始斷裂時檢測到異常頻率，而溫度和振動通常在早期階段變化不明顯，因此 MCSA 能夠?qū)崿F(xiàn)故障的早期檢測。

2.2 電機(jī)軸系偏心/不對中/不平衡

2.2.1 故障描述
電機(jī)軸系偏心、傳動系統(tǒng)不對中和負(fù)載不平衡通常是由于設(shè)備與負(fù)載不匹配、安裝缺陷、運行磨損、缺乏潤滑或維護(hù)不當(dāng)引起的。這些故障會從早期的輕微振動逐漸發(fā)展為嚴(yán)重的機(jī)械問題，最終可能導(dǎo)致設(shè)備停機(jī)。

圖 聯(lián)軸器異常磨損
2.2.2 識別方法：轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)頻率（RS）
轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)頻率（Rotor Speed, RS）是電機(jī)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)頻率，通常與電源頻率和電機(jī)的極數(shù)相關(guān)。電機(jī)工頻兩側(cè)的轉(zhuǎn)頻邊帶幅值變化可反映出轉(zhuǎn)子偏心、聯(lián)軸器不對中和負(fù)載不平衡等機(jī)械故障的狀態(tài)。
通過分析電流信號，MCSA 能快速提取 RS 信號，監(jiān)測機(jī)械故障引起的轉(zhuǎn)頻邊帶幅值變化，并結(jié)合多種故障特征值判斷故障類型。
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WLD8600-MT 電機(jī)缺陷診斷系統(tǒng)集成了先進(jìn)的 MCSA 算法平臺和邊緣計算分析終端，旨在為用戶提供高效可靠的電機(jī)健康監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅支持在線實時監(jiān)測，還具備強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析能力，能夠自動識別多種常見的電機(jī)故障類型，并提供維護(hù)建議。
供稿：郭強(qiáng)

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