(中国石油哈尔滨石化公司 哈尔滨 150056)
摘要：异步电动机因其具有较高的性价比及良好的环境适应性，在电力系统及各种工业生产中被作为主要的动力设备而得到了广泛的应用。异步电动机的运行状况直接影响到工业生产的正常进行。一旦发生严重故障，不仅电机自身将损坏，还将导致整个工业生产的中断。基于上述目的所进行的异步电动机状态监测及故障诊断技术的研究也是十分必要的。
关键词：异步电动机，状态监测，故障诊断
引言
通俗地说，状态监测就是给机器体检，故障诊断就是给机器看病。
医生给病人看病，首先是进行体征检查，例如先查体温，再进行验血、X光、心电图、B超、甚至CT等各种理化检验，然后根据检查结果和病史，利用医生的知识及经验，对病情做出诊断。对机器故障的诊断，类似于医生看病，首先对机器的状态进行监测，例如先看振动值，再进行频谱、波形、轴心轨迹、趋势、波德图等各种检测分析，然后结合设备的原理、结构、历史状况等，利用专业人员的知识及经验，对故障进行综合分析判断。
1滚动轴承故障振动的诊断方法
异步电动机的常见故障主要可以分为定子故障、转子故障及轴承故障。其中轴承故障占70%以上，如果我们有办法对轴承情况能实时进行监测，那么异步电动机故障率会大大减低。滚动轴承状态监测和故障诊断的方法有多种，例如振动分析法、油液分析法（磁性法、铁谱法、光谱法）、声发射分析法、光纤诊断法等。各种方法都有自己的特点，其中振动分析法以其实用和相对简单方便，应用最为广泛，以下仅介绍振动信号分析法。
滚动轴承不同于其它机械零件，其振动信号的频率范围很宽，信噪比很低，信号传递路途上的衰减量大，因此，提取它的振动特征信息必须采用一些特殊的检测技术和处理方法。
1.1 滚动轴承失效的四个阶段及其主要特征频率
1.1.1第一阶段（超声频率）
轴承早期问题表现在超声频率的异常，其频率范围开始为250~350 kHz。此后随故障发展，频率范围下移到20~60 kHz，此时可通过共振解调法的包络检波技术测得，能量值一般为0.5g，实际大小与测点位置、轴承型号、转速有关。可通过采集加速度包络值来确认轴承是否进入失效的第一阶段。
第一阶段频谱图（经过包络检波处理）的特点是“干净” ，即除了工频、二倍频等常规振动频率外，轴承故障的各特征频率均无显现。
1.1.2第二阶段（轴承固有频率）
轴承产生轻微缺陷，缺陷产生的冲击激起了轴承元件固有频率的振动或轴承支承部件的共振，其频率范围一般为500Hz~20 kHz。到第二阶段末期，在固有频率的周围开始出现边频带，冲击包络值也有所增大，从0.5g增长到1.0g。
第二阶段频谱图的特点是仅显现出轴承的固有频率成分，后期附有边频带。
1.1.3第三阶段（轴承缺陷间隔频率及其倍频）
在第三阶段的初期，轴承缺陷间隔频率开始显现；随着故障缺陷的发展，更多的缺陷间隔频率的谐波出现，围绕这些间隔频率及其谐波以及固有频率的边频带的数量也逐步增多，冲击包络值继续增大；尤其当缺陷间隔频率周围的许多边频带清晰可见时，或者通过包络值加以确认已进入第三阶段的后期，表明此时的轴承缺陷已肉眼可见，并向周围扩展，应在此时更换轴承。
第三阶段频谱图的特点是间隔频率及其谐波的显现，尤其是在后期，间隔频率和固有频率及其谐波周围的边频带增多以及清晰可见。
1.1.4第四阶段（随机宽带振动）
轴承失效接近尾声，工频也受影响而明显增大，并产生许多倍频成分，特别是原先为离散的、幅值较突出的缺陷间隔频率和固有频率及其倍频开始“消失” ，代之的是随机的宽带高频“噪声振动” ，高频噪声振动和它的包络值初期不仅不增大，甚至有所减小，但在轴承最终失效前，冲击包络值会大幅度增大。
第四阶段频谱图的特点是间隔频率和固有频率被随机宽带高频“噪声振动”所淹没。
面对实际使用中的滚动轴承，人们并不关心究竟是哪个具体元件（如内圈、外圈、滚动体、保持架）有何问题，而是关注整个轴承有没有问题，该不该更换。因此，简单、实用的诊断方法是：发现缺陷间隔频率的谐波，表明有明显问题，发现清晰可见的边频带，表明轴承该换。
1.1.5滚动轴承缺陷间隔频率经验估算式；
估算式1 估算式2
式中：z～滚动体的个数；n～转速。
天然气净化总厂风机0922A/B
电机：1480 转/分，160KW；
变速器：一级增速，传动比2.967:1，齿数不详；
风机：六级叶轮。
低速轴转频24.667Hz，高速轴转频73.186Hz。
2140.63/2214.06/2289.0/2362.5 73.33/74.94/73.5
2190.0/2214.06/2239.0 24.06/25.0
2状态监测的发展方向
近几年，很多公司提出了以状态监测为依据的可靠性维修的新理念，为了实现这个目标，必须在现有的基础上逐年加大状态监测的力度，监测范围不断增多，监测人员以及监测设备也有所增加，并且状态监测已经成为了每一位电动机检修技术人员的必修课。某厂2000多台电动机，5%的关键机组使用在线监测设备进行监测，12%的重要电动机实施固定的离线监测，做到每周监测2次；其它电动机在巡检人员初步判断有故障时进行离线监测，最终实现由电动机状态监测结果决定电动机是否维修的状态维修体系。
3结束语
异步电动机由于具有较高的性价比和良好的环境适应性，因而在电力系统及各种工业生产中被作为主要的动力设备而得到了广泛的应用。一旦发生故障，不仅会使电机本身受到损坏，而且会导致整个生产过程的中断，从而造成重大和难以挽回的损失。因此对异步电动机进行状态监测及故障诊断具有重要的意义。
参考文献：
［1］王昌长等．电力设备的在线监测与故障诊断［M］．北京：清华大学出版社，2006．
［2］陈长征，胡立新等．设备振动分析与故障诊断技术［M］．北京：科学出版社，2007．
［3］朱德恒，严璋，谈克雄等．电气设备状态监测与故障诊断技术［M］．北京：中国电力出版社，2009．
［4］席振寰，冯建国．防爆电机长周期运行与检修［M］．北京：中国石化出版社，2003．
［5］国家机械工业局．中国机电产品目录：第14册，第15册［M］．北京：机械工业出版社，2000．