通过振动判断电机故障

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我们经常会遇到电机各种各样的振动和噪音问题，目前有很多检测的手段，其中我们可以利用一些仪器的检测来确定电机的振动频率，通过频谱分析查明其故障。接下来讲到的频谱分析都是从FFT里得到的。

FFT是一种从时域信号中提取频率信息并将其转换为频域信号的数学运算。频域是信号在给定频率下的幅值图。在频域中，峰值的高度表示信号的振幅。下图显示了时域(t)、频域(f)和幅值(A)之间的关系。

开始之前，先来了解一下电机里面常见的一些频率：

线频率：FL
这个比较容易理解，也即常说的工频，供电频率，中国通常50Hz。

电机转动频率：RPM
也即电机的实际工作转速

电极通过频率：FP
转差频率（同步转速-实际转速）X 电机极数

转子条通过频率：RBPF
转子条数 X 实际转速

那么不同的电机故障会有什么样的频谱表现呢，一起来看一下：

A.定子偏心，定子支撑薄弱或绕组短路
定子问题产生的高振动是线频的两倍(2xFL)。定子的偏心率使转子与定子之间产生不均匀的静止气隙，从而引起极有方向性的振动。通常规定感应电动机和同步电动机的气隙差分别不应超过5%和10%。松动的底脚和弯曲的基板(变形)会产生偏心的定子。定子绕组短路会引起局部发热和不均匀发热，从而使定子本身变形。这会产生热致振动，随着时间的推移，这种振动会显著增加，导致定子变形和静气隙问题。

B.转子偏心
偏心转子使得转子和定子之间产生旋转可变的气隙，引起脉动振动，通常位于2xFL和最近的工作转速频率谐波之间。通常有必要“放大”频谱，以分离2xFL和工作转速频率谐波。偏心转子产生的2xFL振动频率周围通常伴有间距为电极通过频率(FP)的边频带，工作转速频率周围也有。由于常见的FP值范围在大约20到120 RPM (0.3 ~ 2.0 Hz)之间，所以FP出现在较低的频率。

C. 转子断条或短路端环，或冲片短路
转子条或端环断裂、转子条与短路端环连接不良、转子冲片绝缘短路；均会产生较高的一倍频振动（1xRPM），同时两侧伴有间距为电极通频率(FP)的边频带。此外，在电机转速的各阶倍频处（如二、三、四、五次谐波）也可能产生同样的边频带。

如果发生转条与端环接触不良，则可以发现在转条通过频率RBPF以及其各阶倍频处两侧伴有间距为两倍线频(2x FL)的边频带。通常情况下，它会在2倍RBPF时产生较大振动，而在1倍RBPF时只有很小的振幅。

D.相问题与连接松脱
由于连接器松动或损坏而引起的相位问题会导致两倍于线频(2x FL)的过度振动，在它周围会有边频带，其间隔为1/3的线频(1/3 FL)。如果不进行修正，2x FL的幅值可能会显著升高。然而，在某些情况下，唯一的症状可能是2x FL的振幅增加。如果有故障的连接器只进行零星的接触，这就尤其是个问题。接触不良或损坏的连接器应进行修理，以避免灾难性的故障。