1 電動機(jī)磨損狀態(tài)監(jiān)測的必要性
在冶金、石油、化工、發(fā)電、造紙、煤礦等行業(yè)的大中型企業(yè)，多有數(shù)十甚至上百臺大型高壓交流電動機(jī)，擔(dān)負(fù)著各種生產(chǎn)設(shè)備的動力驅(qū)動。這些電動機(jī)一旦發(fā)生故障停機(jī)，將給企業(yè)生產(chǎn)帶來嚴(yán)重?fù)p失。為了提高生產(chǎn)過程的可靠性，大部分企業(yè)對大型電動機(jī)實(shí)行定期檢修制度，檢修的主要內(nèi)容之一是對機(jī)械故障（包括軸承磨損，軸承走外圓、走內(nèi)圓等）的檢查。在這種維修體制下，不但每年要花費(fèi)大量的人力、物力，增加大量維修費(fèi)用，而且對尚未出現(xiàn)故障的電動機(jī)進(jìn)行沒有針對性的拆裝，極有可能對電機(jī)造成損傷，埋下事故隱患，甚至?xí)斐刹鹧b過程中的損壞。
電動機(jī)磨損狀態(tài)監(jiān)測報警就是在線監(jiān)測電動機(jī)氣隙偏心的變化趨勢和程度，以圖表和曲線形式顯示氣隙偏心的變化，從而早期發(fā)現(xiàn)機(jī)械故障，有計劃地安排電動機(jī)的停機(jī)、退出、檢修，有效避免大型轉(zhuǎn)機(jī)由于電動機(jī)機(jī)械故障突然停機(jī)造成生產(chǎn)損失，并可減少電動機(jī)日常維護(hù)工作量，降低維修費(fèi)用。
2 利用電動機(jī)氣隙磁場進(jìn)行電動機(jī)磨損監(jiān)測的原理
2.1裝置的組成：（圖1）
電動機(jī)機(jī)械磨損監(jiān)測報警裝置包括嵌放在電動機(jī)定子槽中的檢測線圈和與之相連接的保護(hù)裝置，利用嵌放在電動機(jī)定子槽中的檢測線圈檢測氣隙磁場的變化，利用保護(hù)裝置對檢測信號進(jìn)行處理，從而實(shí)現(xiàn)偏心監(jiān)測。
2.2基本原理
三相交流電動機(jī)在結(jié)構(gòu)上是對稱的，三相定子繞組對稱分布，互隔120°電角度：在理想情況下，定轉(zhuǎn)子鐵芯同軸，氣隙均勻。若將三相對稱繞組接于三相對稱電源，則在電動機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生均勻的旋轉(zhuǎn)磁場，此時在定子圓周各處氣隙磁場的強(qiáng)度大小相等。實(shí)際上，三相電源不是絕對對稱的，此時即使氣隙是均勻的，氣隙磁場也會由于電源的不對稱而不均勻，但是同相定子繞組的不同極相組的相應(yīng)位置的氣隙磁場還是大小相等，相位—致。
由于加工、工藝等各方面的限制，新出廠的電動機(jī)的氣隙就存在偏差；電動機(jī)在運(yùn)行過程中，由于軸承磨損等原因，氣隙不均勻程度將逐漸加大，我們關(guān)心的是氣隙的這種變化。氣隙不均勻?qū)?dǎo)致同相定子繞組的不同極相組的相應(yīng)位置的氣隙磁場的強(qiáng)度的相對變化，氣隙小的部位由于磁阻減小而磁場增強(qiáng)，氣隙大的部位由于磁阻增大而磁場減弱，同相定子繞組的不同極相組的相應(yīng)位置的氣隙磁場的強(qiáng)度的差值的大小可反映出該兩處氣隙長度的差別的大小。所以對定轉(zhuǎn)子偏心故障的監(jiān)視可以通過對所述氣隙磁場的強(qiáng)度的差值的監(jiān)測實(shí)現(xiàn)。
3 氣隙磁場的檢測方法和檢測線圈的安裝
3.1 氣隙磁場的檢測方法
氣隙磁場的檢測可利用嵌放于電動機(jī)定子槽中的檢測線圈來實(shí)現(xiàn)。在交流電動機(jī)中，主磁場是旋轉(zhuǎn)磁場，其磁密波沿氣隙園周按正弦規(guī)律分布，并以同步轉(zhuǎn)速n1旋轉(zhuǎn)，此旋轉(zhuǎn)磁場與整距線圈交鏈的磁通稱為主磁通，即氣隙磁隙，用Φm表示。在交流電動機(jī)的定子槽中嵌放一個檢測線圈，設(shè)檢測線圈的感應(yīng)電壓為Um，則Um=4.44fwKwΦm，f是向交流電動機(jī)供電的交流電源的基波頻率，W是檢測線圈的匝數(shù)，Kw是檢測線圈的繞組系數(shù)。Um的大小反映了檢測線圈所處區(qū)域的氣隙磁場的強(qiáng)弱。
3.2 檢測線圈的安裝
在電動機(jī)定子槽中嵌放6個檢測線圈， 6個檢測線圈均勻分布；檢測線圈節(jié)距接近電動機(jī)的極距（2極電動機(jī)的檢測線圈的節(jié)距取接近電動機(jī)極距的一半），檢測線圈僅需1匝；6個檢測線圈分為三組，每組兩個；同組的兩個檢測線圈相隔180°機(jī)械角度，兩個檢測線圈按電壓相減的方向串接，得到感應(yīng)電壓的差值，該差值反映兩個檢測線圈所處位置的氣隙偏差程度；三個差值可反映相隔120°機(jī)械角度的三個方向的氣隙偏差程度。
圖2是一臺4極電動機(jī)檢測線圈安裝原理示意圖，檢測線圈T1、T4對應(yīng)A相繞組，T2、T5對應(yīng)B相繞組，T3、T6對應(yīng)C相繞組，從ao、bo、co輸出3個檢測線圈的差值。
檢測線圈嵌放在定子槽楔下面,采用聚四氟乙烯絕緣耐高溫線,占用槽內(nèi)的空間小,安裝方便。在電動機(jī)中嵌放檢測線圈不必改變電動機(jī)的任何結(jié)構(gòu)和參數(shù)，不會對電動機(jī)本身的性能、質(zhì)量造成任何不良影響。
檢測線圈安裝有三個途徑：
① 電機(jī)廠在電動機(jī)制造過程中安裝檢測線圈，用戶購買帶檢測線圈的電動機(jī)。
② 用戶在大修電動機(jī)時安裝檢測線圈。
③ 對于正常運(yùn)行的電動機(jī)，需更換部分槽楔，裝入檢測線圈；該項(xiàng)工作可以用戶自己進(jìn)行，也可委托專業(yè)電機(jī)修理單位進(jìn)行。
4 磨損狀態(tài)監(jiān)測儀報警儀
PM2080型高壓電動機(jī)綜合狀態(tài)檢測報警儀常州帕威爾測控技術(shù)有限公司利用專利技術(shù)開發(fā)的監(jiān)視高壓交流電動機(jī)綜合運(yùn)行狀態(tài)的在線監(jiān)測智能儀表，該儀表采用先進(jìn)的高速智能芯片，大屏幕液晶顯示器，以直方圖的形式顯示反映電動機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，其中電動機(jī)磨損狀態(tài)檢測部分顯示反映定轉(zhuǎn)子偏心程度的三個感應(yīng)電壓差值信號的初始值和實(shí)時值（如圖3所示），指示電動機(jī)偏心程度的變化；可設(shè)定報警值和動作值，從而有效防止電動機(jī)掃膛事故發(fā)生；該儀表還能以曲線的形式顯示感應(yīng)電壓信號變化，最長可記錄2年信號變化情況，使用戶可根據(jù)信號變化趨勢早期發(fā)現(xiàn)偏心故障。
儀表可安裝RS485通訊接口，實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)的通訊，利用計算機(jī)同時監(jiān)視1～200臺電動機(jī)的磨損狀態(tài)，可在上位機(jī)修改設(shè)定值，可利用上位機(jī)集中分析感應(yīng)電壓變化趨勢，發(fā)現(xiàn)異常自動提示，達(dá)到更好的監(jiān)測保護(hù)效果。
針對高壓電動機(jī)械采用分體結(jié)構(gòu)儀表，信號處理部分做成一個模塊，安裝在電動機(jī)的測溫接線盒中，顯示儀表安裝在控制柜中，信號處理模塊與顯示儀表之間通訊連接。
鑒于大部分高壓電動機(jī)均安裝測溫元件監(jiān)視繞組和軸承溫度，該儀表的信號處理模塊設(shè)置了五路熱電阻輸入接口，實(shí)現(xiàn)三相繞組和兩端軸承的溫度的測量和上傳，簡化現(xiàn)場接線。
5 使用和測試情況
在此以某鋁廠凈化風(fēng)機(jī)電動機(jī)為例，介紹一下該技術(shù)實(shí)際使用效果。日本富士電機(jī)公司生產(chǎn)，型號MLA1408B，300KW，電動機(jī)負(fù)載端軸承是6322，風(fēng)扇端軸承是NU318，氣隙長度1mm。共4臺同型號電動機(jī)進(jìn)行了偏心監(jiān)測，其中一臺電動機(jī)在監(jiān)測期間出現(xiàn)軸承走外圓故障。圖5是正常電動機(jī)和發(fā)生“走外園”故障的電動機(jī)的20000小時曲線對比。從曲線可觀察到，正常電動機(jī)的曲線基本比較穩(wěn)定，出現(xiàn)“走外圓”故障電動機(jī)的曲線呈現(xiàn)明顯上升趨勢，經(jīng)過對問題電動機(jī)解體檢查，軸伸端端蓋軸承位下方出現(xiàn)磨損造成的0.09mm深凹槽。
事實(shí)證明采用該氣隙磁場檢測法進(jìn)行電動機(jī)磨損狀態(tài)的在線監(jiān)測效果比較理想。
6 結(jié)論
通過檢測電動機(jī)的氣隙磁場監(jiān)測電動機(jī)的偏心進(jìn)行電動機(jī)磨損狀態(tài)監(jiān)測，可達(dá)到如下效果：
1. 電動機(jī)機(jī)械磨損在線監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用，可有效避免電動機(jī)掃膛事故的發(fā)生以及伴隨而來的鐵心和繞組的損壞，節(jié)省材料費(fèi)、人工費(fèi)，節(jié)省修理過程中的能源消耗，并避免鐵芯損壞造成電動機(jī)性能下降。
2. 電動機(jī)磨損狀態(tài)監(jiān)測報警儀可以曲線和圖表兩種方式進(jìn)行電動機(jī)機(jī)械磨損程度的趨勢分析，可早期發(fā)現(xiàn)機(jī)械磨損故障，從而能夠做到有計劃地安排電動機(jī)的停機(jī)、退出、檢修，有效避免大型轉(zhuǎn)機(jī)由于電動機(jī)機(jī)械故障突然停機(jī)造成的生產(chǎn)損失。
3. 根據(jù)電動機(jī)機(jī)械磨損程度進(jìn)行狀態(tài)檢修，避免對電動機(jī)進(jìn)行沒有針對性的解體檢查，減少由此造成的拆裝過程中的損壞和損傷，并且節(jié)省檢修支出。
4. 實(shí)現(xiàn)機(jī)械磨損的智能化自動監(jiān)測，減輕檢修工人的勞動強(qiáng)度，減少維護(hù)工作量，有利于壓縮設(shè)備維護(hù)費(fèi)。
5. 針對防爆電機(jī)進(jìn)行磨損狀態(tài)在線監(jiān)測，早期發(fā)現(xiàn)問題，可避免由于偏心造成防爆面的磨損和避免磨損造成的高溫，提高設(shè)備的防爆性能。
6. 針對大型潛水泵進(jìn)行磨損狀態(tài)監(jiān)測，可解決該類電機(jī)設(shè)置在水中造成的檢查和監(jiān)測困難的問題，提高設(shè)備運(yùn)行的可靠性。
7. 若對現(xiàn)場幾十或上百臺電機(jī)進(jìn)行機(jī)械磨損狀態(tài)監(jiān)測，由計算機(jī)進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)控，出現(xiàn)問題自動提示，將使企業(yè)電動機(jī)的維護(hù)檢修模式得到改進(jìn)，進(jìn)一步提高企業(yè)設(shè)備管理水平。
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