电机在工业环境中随处可见，它们变得越来越复杂和技术，有时使其保持最高性能运行成为一个挑战。重要的是要记住，电机和驱动器问题的原因并不局限于单一的专业领域——机械和电气问题都可能导致电机故障——拥有正确的知识可能意味着昂贵的停机时间和改善资产正常运行时间之间的区别。
绕组绝缘击穿和轴承磨损是电机故障的两个最常见的原因，但这些情况是由许多不同的原因引起的。本文演示如何提前检测绕组绝缘和轴承故障的13种最常见的原因。
电能质量
1 -瞬态电压
瞬态电压可以来自电站内部或外部的几个来源。相邻负载的接通或关闭，功率因数校正电容器组甚至遥远的天气都会在配电系统上产生瞬态电压。这些瞬态，其振幅和频率的变化，可以腐蚀或导致电机绕组绝缘击穿。要找到这些瞬变现象的根源可能很困难，因为它们发生的频率很低，而且这些症状可能以不同的方式表现出来。例如，控制电缆上可能出现瞬态，不一定会直接导致设备损坏，但可能会中断操作。
影响:电机绕组绝缘击穿导致电机早期故障和计划外停机
测量和诊断仪器:雷竞技appFluke 438-II电能质量和电机分析仪
临界:高
2 -电压不平衡
三相配电系统常用于单相负载。阻抗或负载分布的不平衡会导致所有三个相位的不平衡。潜在的故障可能存在于电机的电缆，电机的端子，以及潜在的绕组本身。这种不平衡会导致三相电力系统中每个相位电路中的应力。在最简单的水平上，电压的所有三个相应该总是具有相同的大小。
影响:不平衡在一个或多个相中产生过多的电流流，然后增加工作温度，导致绝缘击穿
测量和诊断仪器:雷竞技appFluke 438-II电能质量和电机分析仪
临界:中等
3 -谐波失真
简单地说，谐波是为电机绕组提供能量的任何不需要的高频交流电压或电流的额外来源。这些额外的能量不是用来转动电机轴，而是在绕组中循环，最终导致内能损失。这些损失以热量的形式消散，随着时间的推移，将恶化绕组的绝缘能力。在为电子负载服务的系统的任何部分，电流的一些谐波失真是正常的。要开始调查谐波失真，请使用电能质量分析仪监测变压器的电流水平和温度，以确保它们没有过度压力。每个谐波都有不同的可接受的失真水平，这是由IEEE 519-1992等标准定义的。
影响:电机效率降低导致成本增加和工作温度升高
测量和诊断仪器:雷竞技appFluke 438-II电能质量和电机分析仪
临界:中等
变频驱动器
4 -对驱动输出PWM信号的反射
变频驱动器采用脉冲宽度调制(PWM)技术来控制电机的输出电压和频率。当源和负载之间存在阻抗不匹配时，就会产生反射。阻抗不匹配可能是由于安装不当、组件选择不当或设备随着时间的推移而退化造成的。在电机驱动电路中，反射的峰值可以与直流母线电压水平一样高。
影响:电机绕组绝缘击穿导致计划外停机
测量和诊断仪器:雷竞技appFluke 190-204 ScopeMeter®测试工具，雷竞技app福禄克1587 FC绝缘万用表
临界:高
5 -西格玛电流
Sigma电流本质上是在系统中循环的杂散电流。sigma电流是由信号频率、电压水平、电容和导体中的电感产生的。这些循环电流可以通过保护接地系统，造成恼人的跳闸或在某些情况下在绕组中产生过量的热量。Sigma电流可以在电机布线中找到，它是在任何一个时间点上三相电流的总和。在完美的情况下，三个电流的和等于零。换句话说，从驱动器返回的电流等于到驱动器的电流。Sigma电流也可以理解为多个导体中的不对称信号，这些信号可以电容耦合电流到地导体中。
冲击:由于保护地电流流动导致神秘的电路跳闸
测量和诊断仪器:雷竞技appFluke 190-204 ScopeMeter®测试工具
临界:低
6 -操作过载
当电机负荷过大时，就会发生电机过载。伴随电机过载的主要症状是电流过大，转矩不足和过热。电机过热是电机故障的主要原因。在过载电机的情况下，个别电机组件，包括轴承，电机绕组和其他组件可能工作良好，但电机将继续运行热。因此，通过检查电机过载来开始故障排除是有意义的。由于30%的电机故障是由过载引起的，因此了解如何测量和识别电机过载是很重要的。
影响:电机电气和机械部件过早磨损，导致永久故障
测量和诊断仪器:雷竞技appFluke Ti480 PRO红外摄像机，雷竞技appFluke 289 True-RMS工业测井万用表
临界:高
机械
7 -错位
当电机传动轴与负载没有正确对齐时，或将电机与负载耦合的组件对齐不当时，就会发生不对中。许多专业人士认为，柔性耦合可以消除和补偿不对齐，但柔性耦合只能保护不对齐的耦合。即使使用柔性联轴器，未对准的轴也会沿轴传递破坏性循环力并进入电机，导致电机的过度磨损并增加表观机械负载。此外，不对中可能将振动馈送到负载和电机传动轴。错位有几种类型:
- 角度不对中:轴中心线相交但不平行
- 平行不对中:轴中心线平行但不同心
- 复合错位:平行和角度错位的组合。(注:几乎所有的不对中都是复合不对中，但从业者将不对中分为两种类型，因为通过分别处理角度分量和平行分量更容易纠正不对中。)
影响:机械驱动部件过早磨损，导致过早失效
测量和诊断仪器:雷竞技appFluke 810振动测试仪，雷竞技appFluke 830激光轴对准工具
临界:高
8 -轴不平衡
不平衡是旋转部件的质心不在旋转轴上的一种情况。换句话说，转子上的某个地方有一个“重点”。虽然你永远无法消除运动不平衡，但你可以识别出它何时超出正常范围，并采取行动纠正问题。造成失衡的因素有很多，包括:
- 污垢积累
- 缺少平衡砝码
- 制造业的变化
- 电机绕组质量不均匀及其他与磨损有关的因素。
振动测试仪或分析仪可以帮助您确定旋转机器是否处于平衡状态。
影响:机械驱动部件过早磨损，导致过早失效
测量和诊断仪器:雷竞技appFluke 810振动测试仪
临界:高
9 -轴松动
当电机传动轴与负载没有正确对齐时，或将电机与负载耦合的组件对齐不当时，就会发生不对中。许多专业人士认为，柔性耦合可以消除和补偿不对齐，但柔性耦合只能保护不对齐的耦合。即使使用柔性联轴器，未对准的轴也会沿轴传递破坏性循环力并进入电机，导致电机的过度磨损并增加表观机械负载。此外，不对中可能将振动馈送到负载和电机传动轴。错位有几种类型:
- 旋转松动是由机器的旋转和静止元件之间的间隙过大引起的，例如在轴承中。
- 非旋转松动发生在两个通常固定的部件之间，如底座和底座，或轴承座和机器。
振动测试仪或分析仪可以帮助您确定旋转机器是否处于平衡状态。
影响:机械驱动部件过早磨损，导致过早失效
测量和诊断仪器:雷竞技appFluke 810振动测试仪，雷竞技appFluke 830激光轴对准工具
临界:高
10 -轴承磨损
由于机械、润滑或磨损问题，失效的轴承增加了阻力，散发了更多的热量，并且效率较低。轴承故障可能由以下几种原因引起:
- 比设计负荷更重的负荷
- 润滑不足或不正确
- 轴承密封无效
- 轴偏差
- 不正确的适合
- 正常磨损
- 感应轴电压
一旦轴承开始故障，它也会产生级联效应，加速电机故障。13%的电机故障是由轴承故障引起的，设施中60%以上的机械故障是由轴承磨损引起的，因此学习如何排除这一潜在问题是很重要的。
影响:旋转部件加速磨损，导致轴承失效
测量和诊断仪器:雷竞技appFluke 810振动测试仪
临界:高
安装因素不合理
11 .脚软
软脚是指电机或被驱动部件的安装脚不均匀，或安装脚所在的安装面不均匀的情况。这种情况会造成一种令人沮丧的情况，在这种情况下，拧紧脚上的安装螺栓会引入新的应变和错位。软脚通常表现在两个对角线定位的安装螺栓之间，就像不均匀的椅子或桌子倾向于在对角线方向上摇摆一样。软脚有两种:
- 平行软脚平行软脚是指其中一只安装脚高于其他三只
- 当其中一个安装脚与安装表面不平行或“正常”时，出现角软脚。
在这两种情况下，软脚可能是由于机器安装脚的不规则，或在安装脚的基础上休息。在任何情况下，任何软脚状况必须发现和补救之前，适当的轴对准可以实现。一个高质量的激光对准工具通常可以确定旋转机器上是否有软脚问题。
影响:机械驱动部件不对准
测量和诊断仪器:雷竞技appFluke 830激光轴对准工具
临界:中等
12 -管道应变
管道应变是指作用在其余设备和基础设施上的新应力、应变和力向后传递到电机和驱动器上以引起不对中状态的情况。最常见的例子是在简单的电机/泵组合中，其中一些东西对管道施加力，例如:
- 基础的改变
- 新安装的阀门或其他部件
- 压管:敲击、弯曲或简单地压在管子上的物体
- 破损或缺乏管道吊架或安装在墙上的硬件
这些力可以对泵施加角力或偏置力，从而导致电机/泵轴不对中。因此，不仅在安装时检查机器对准，而且检查机器对准是很重要的——精确对准是一种临时情况，随着时间的推移可能会发生变化。
影响:轴不对中，旋转部件产生应力，导致过早失效
测量和诊断仪器:雷竞技appFluke 830激光轴对准工具
临界:低
13 -轴电压
当电机轴电压超过轴承润滑脂的绝缘能力时，向外层轴承的闪络电流将发生，从而导致轴承衬圈出现点蚀和沟槽。这个问题的第一个迹象将是噪音和过热，因为轴承开始失去其原始形状，金属碎片与润滑脂混合，增加轴承摩擦。这可能导致轴承在电机运行几个月内被破坏。在电机维修和停机时间方面，轴承故障都是一个昂贵的问题，因此通过测量轴电压和轴承电流来帮助防止这种情况是一个重要的诊断步骤。轴电压只有在电机通电和旋转时才存在。一个碳刷探头附件可以测量轴电压，而电机是旋转的。
影响:轴承表面的电弧产生点蚀和凹槽，导致过度振动和最终轴承故障
测量和诊断仪器:雷竞技appFluke 190-204 ScopeMeter®测试工具
临界:高
成功的四大策略
电机控制系统被应用在整个制造厂的关键过程中。设备故障可能会导致高额的金钱损失，包括潜在的电机或部件更换，以及系统电机功率的设备停机时间。为维护工程师和技术人员配备正确的知识，优先考虑工作量，管理预防性维护，以监控设备并排除间歇性、难以解决的问题，在某些情况下，可以避免由于正常系统运行压力而导致的故障，并降低总体停机成本。您可以采用四种关键策略来恢复或防止电机驱动和旋转部件的过早故障:
- 记录操作条件，机器规格和性能公差范围。
- 在安装、维护前后以及日常基础上，捕获并记录关键测量值。
- 创建测量的存档参考，以方便趋势分析和识别状态条件的变化。
- 绘制单个测量值以建立基线趋势。趋势线中任何超过+/- 10%至20%的变化(或根据系统性能或临界性确定的任何其他%)都应调查根本原因，以了解问题发生的原因。