基于频谱分析方法的微型电机故障检测

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1、总第112期山西冶金Total1122008年第2期SHANXIMETALLURGYNo.2，2008文章编号：1672-1152（2008）02-0013-03基于频谱分析方法的微型电机故障检测孙连克赵春江黄庆学（太原科技大学，山西太原030024）摘要：振动响应测量在电机的缺陷检测中是十分重要和有效的技术。当电机发生故障而产生撞击时，产生短期脉冲，使转子轴承系统发生激振。利用时域和频域两种振动测量方法可对电机进行状态监测，即对振动信号进行频谱分析。因此，设计了电机故障检测实验台，进行了基于频谱分析方法的电机故障检测，正确诊断出电机故障。

2、对旋转机械振动检测和故障分析有借鉴和参考作用。关键词：频谱分析故障检测电机中图分类号：TM38，TM935.21文献标识码：A收稿日期：2008-03-25振动是电机重要的信息来源，是电机运行状态对信号进行时域的采集，然后对其进行傅里叶信息的载体，它蕴含了丰富的机械设备异常或故障变换，将其转换成频域信号。我们把这种方法叫做动信息，振动特征是电机运行状态特征的本质反映［1］。态信号的分析方法。特点是有较高的采样速率和较转子和轴承是电机的关键部分。转子不平衡或轴承高的分辨率，即使是两个信号间隔非常近，用傅立叶存在缺陷，会引起转动异常乃至产生故障

3、。要确保旋变换也可将它们分辨出来。转部件正常运转，组装后的检测工作非常重要。这种2电机故障检测原理与实验台设计由旋转产生的振动信号是一种平稳随机过程，可用2.1涡流传感器测量位移的基本原理谱密度揭示其特征和谱峰等有用信息［2］。利用数据涡流传感器测量位移的原理是基于被测导体的采集器对电机运行状态的振动信息进行采集，然后电涡流效应。如图1（见下页）所示，线圈L和金属通过振动频谱分析，可以快速、准确地诊断出如转子板相距x，L两端加有高频正弦激励电压E，当I电不平衡、转轴弯曲、轴承损坏与松动、轴系不对中、动流流过线圈L时，根据电磁感应原理，在L周

4、围会产静件摩擦等故障存在的原因，从而做到故障早期发生交变磁场H1，又根据集肤效应，H1在金属板表面现与诊断的目的，实现对电机从交付、装机到试验运会产生电涡流，电涡流又会产生与H1变化方向相反行的全程质量监控［3］。的交变磁场H2，H2反作用于线圈L。金属板越靠近1频谱分析检测原理L，其表面产生的电涡流越大，交变磁场H2也越大，特征频率是各电机振动零部件运转过程中必定H2对H1的反作用也越大；反之，H2对H1的反作用产生的一种振动成分。频谱分析是将构成电机振动越小。由于H2的变化会使H1也发生变化，因此，当信号的各种频率成分分解开来，以便于对

5、振源的识激励电压E不变时，H1的变化会使流过线圈L的电别。由于电机振动零部件在运转过程中必定产生某流I发生变化，即电流I的大小随线圈L和金属板一种相应的特征频率，故通过某一频率的振动烈度之间的距离变化而改变。根据欧姆定理，在激励电压强弱，可判别振动来源，而且这一特征频率始终与基不变的情况下，线圈电流I随距离的变化可看成是频（即被测对象工作频率）保持某一倍数关系。通过涡流传感器的等效阻抗Z发生了变化。根据电磁场频谱分析可以比较直观地分析判断振动来源，从而理论，Z可表示为：Z=F（μ，σ，r，x，ω），式中磁导率获得比较满意的诊断结论。μ、电导

6、率σ、尺寸因子r由被测导体的物理特性决定，可认为是常数；频率ω可由稳频稳幅振荡器保持基金项目：国家自然科学基金（50575155），山西省专利不变。因而阻抗Z就成为距离x的单值函数Z=推广项目（081004）和“十一五”国家先进材料科研重点资F（x），即为涡流传感器测量位移的基本原理。助项目。第一作者简介：孙连克，男，1982年生，太原科技大学硕2.2实验台布置士研究生。Tel：13753187968，E-mail:naila5257@sina.com根据电机型号选定变频器、调压器、电涡流位移山西冶金第31卷·14·E-mail:yejin

7、sx@126.comE向振动在1倍频、2倍频和3倍频处有稳定的高峰，达到径向振动的50%以上，4~10倍频分量较小；径IL向振动较大，有高次谐波出现，振动不稳定；时域波形稳定，每转出现1个、2个或3个峰值。H2xH2金属板图1涡流传感器测量位移的基本原理传感器以及软件。试验设备布置原理图如图2。图3电机400Hz工作频率下的频域谱380V交流电源DHDA（5923-1394）信号DH5923动态信测试分析软件系统以及号测试分析系统显示设备EH6400A2.2G/3.7P交直流转换电源/信号转换器型变频器电涡流位移传感器TSGC2-1.5K开

8、关微型电机型接触式调压器图2试验设备原理图3故障检测与分析图4电机400Hz工作频率下的时域谱由于不同故障、不同频段在测试方向上的敏感不对中故障产生的频谱图特征［5］有上面特点，