作者：鄭海誌
（黑龍江（jiāng）省航（háng）道局）
摘 要：對於船舶電機軸承故障診斷的（de）方法選擇上，首先（xiān），通過對目前感應電（diàn）機的故障診（zhěn）斷方法（fǎ）進行比較及回（huí）顧，分析哪種方法更適合於船舶感應電機軸（zhóu）承故障的診（zhěn）斷。船舶感應電機（jī）常見故障分為：軸承故障、定子故（gù）障、轉子故障、氣隙偏心故障等等；感應（yīng）電機的故障診斷早在20世紀70年代開始就已經有研究文章（zhāng）麵世，在其後的40多年裏，有關感應電機的故障診斷技（jì）術及方法層出不窮（qióng），下麵就對這些方法進行簡要的探討。
關鍵詞：船舶；電機；軸（zhóu）承（chéng）；故障；診斷；方法
0 引言
感應（yīng）電動機因其可靠性高、結構簡（jiǎn）單、成本低，故而在船舶上得到了廣泛的應用（yòng）。據統計，電機常見故障（zhàng）中軸承故障的發生幾率高達41%，一（yī）旦電（diàn）機發生（shēng）故障，就可能導致動力係統和電（diàn）力係（xì）統的服務中止，從而威脅船舶航行的安全。其中軸承故（gù）障是電機故障（zhàng）中發生概率Z高（gāo）的，因此本文針對船舶感應電動機軸承故障的（de）診斷方法展開研究。
1 溫度診斷方（fāng）法
通過安裝（zhuāng）在繞組裏，或（huò）嵌入在絕緣層裏的傳感器，來測量溫（wēn）度（dù）的變（biàn）化來實現對（duì）電機的故障診斷。如果電（diàn）機（jī）的通風（fēng）狀況良好，同時考慮環（huán）境溫度對電（diàn）機的影響，溫度的測（cè）量可以采用基於熱模式或者（zhě）定子電（diàn）阻的模式。基於空（kōng）間靜電荷的建立現象，利用熱梯（tī）度（ThermalstePMethod，TsM）來監視定子繞組絕緣的老化現象（xiàng），同時測量反映能量級別的熱激勵泄放電流（Thermally stimulated Discharg currents TSDO)，通過將TSM和TSDC結合在一起，可以預（yù）報定子繞組的絕緣壽命。對於低壓感應電機，通（tōng）過采（cǎi）用非破壞性的（de）診斷設備如塑料光纖（PlasticOPticalFiber，PoF）來評測絕緣層的（de）老化，該方法是通（tōng）過對兩個不同的紅外波長上的反射吸光率變化來進行評測的。
2 振動診（zhěn）斷方法
電機定子的振動是定子繞組匝間短路、單向運行、欠壓運行（háng）等的函（hán）數，在電磁力矩和定子之（zhī）間的諧振是（shì）引起電機噪聲的主要原因。
2.1 定（dìng）子異常產生的電磁振（zhèn）動（dòng）
電機運行時，轉子在定子內腔旋轉，由於定、轉子磁場的相互作用，定子機座將受到一個旋轉力波的作用，而發生周期性的變（biàn）形並產（chǎn）生振動。定子（zǐ）電磁振（zhèn）動的特征振動頻率（lǜ）為電源（yuán）頻率的2倍。
2.2 氣隙偏心引起的電磁振動
氣隙偏心有兩種情況，一種（zhǒng）靜態偏心，另一（yī）種是動態偏心。靜態偏心是由於電（diàn）動機定子中心與轉子軸心不重（chóng）合造成的。而氣隙偏心是由轉軸撓曲或轉子鐵心不圓造成的。這兩種（zhǒng）偏（piān）心都能引起電磁振動，但是振動的特征並不完（wán）全相同。靜態氣隙偏心的電磁振動頻率是電源（yuán）頻率的2倍，而動態氣隙偏心的振動頻率（lǜ）在轉子轉速頻（pín）率和旋轉磁場同（tóng）步（bù）轉速頻（pín）率都可能出現。
2.3 轉子導體異常引起的電磁振動
鼠籠型感（gǎn）應電機因籠條斷裂，將產生不平（píng）衡（héng）的電磁力（lì），其性質（zhì）和轉子（zǐ）動（dòng）態偏心的情況相同，它引起的電（diàn）磁（cí）振動也和轉子動態（tài）偏心相似，較難辨識。
2.4 轉子不平衡產生（shēng）的機械振動
電機轉子（zǐ）質（zhì）量分布（bù）不均勻時，產生了重心位移，不平衡質量（liàng）在旋轉時將產生單邊離（lí）心力，引起了變化的支承力，電機運行變得不穩定了（le）。由（yóu）轉子（zǐ）不平衡造成的機械性振動頻率（lǜ）和轉速頻率相等（děng）。
2.5 軸承異常產生的機（jī）械振動
由於電機滾動軸承損壞、設計製造中誤差，在運行中將會出現機（jī）械振（zhèn）動，每種規格的滾動軸承，都有其一定的特（tè）征頻率。而滑動軸承的振動特征頻率略低於（yú）轉（zhuǎn）子回（huí）轉頻率的一半，通常（cháng）為0.42-0.48。
3 基於參數辨識的方法
該方法通過對定子電壓u，以及定子、轉子電流X進行測量，然（rán）後再基於擴展卡爾（ěr）曼濾（lǜ）波估計轉子的（de）電阻及轉子（zǐ）電流的變化，來檢測故障的原因。
在線估計電機的轉子電阻以及轉子電流的奇（qí）變，從而實現轉子故障的檢（jiǎn）測，但應用在不同（tóng）類型的電機時，需要（yào）對電磁（cí）參數矩陣進行修改。
4 瞬（shùn）時功率分析法
由於感應（yīng）電動機額定運行時轉差率比較小，在輕（qīng）載和空載狀態時（shí）更小，使故障特征（zhēng）難以突出，特別是轉子斷條在基頻成（chéng）分周圍的邊頻容易被（bèi）基波淹沒。為提出了基於瞬時功率信（xìn）號頻譜分析（xī）的診斷方法。
瞬時功率包含一恒值（zhí）分量及頻率（lǜ）為Zsf的（de）波動分（fèn）量，恒值功率和電機負載和（hé）電機（jī）損耗有關。由功率表達（dá）式明顯可以看出，故障特征分量Zsf包含了電流信號中（zhōng）（1士Zs）f兩個分量的作用。因此（cǐ），氣隙功（gōng）率中Zsf特征分量包含了由於電機轉子故障（zhàng）引起的不對稱以及速度波動的影響，把該特征分量的幅值與恒值功率的（de）比作為分析電機轉（zhuǎn）子故障嚴重（chóng）程度的指標更為合理。
由於電網電壓不受電機運行狀態的影響，瞬時功（gōng）率中故障特征分量形式上與基於Hilbert變換的定子電流解調信號中相同，但實際上（shàng）瞬時功率中（zhōng）既包含（hán）了電（diàn）流（liú）的作用，又包含了電壓電流間（jiān）的相位（wèi）差φ的影響，其與負載大小、勵磁電流等有關，相對於定子電（diàn）流（liú）的解調信號包含了更多的信息成分，也就是（shì）說，功率譜對負載變化的響應要比電（diàn）流強。
另外（wài），要（yào）濾除功率譜中恒值分量來凸（tū）現2sf故障特征信號也要比分析電流信號簡單一（yī）些。但要想判斷出（chū）電機轉子故（gù）障並得出其嚴（yán）重程（chéng）度同樣需要合（hé）適（shì）的處理算法。
上麵的介紹的這幾種故障診斷方（fāng）法中，溫度診斷方（fāng）法（fǎ）屬於侵（qīn）入式設計，振動診斷方法本來是一個故障（zhàng）特征比較明顯的方法，同時還具有反映故障信息量大特點，但是在船（chuán）舶這一特殊（shū）領域，由於船舶本身的共振，各種輔（fǔ）助機械的運轉產生的振動，導（dǎo）致振動信號所（suǒ）攜帶的故障特征量中有嚴重的噪聲，甚至特征量其（qí）他振動信號所淹沒；基於參數辨識的方法因為需要電機的一些機械及電磁參數，因而不利（lì）於故障診斷係統的通用性；瞬時功率分析（xī）法和氣隙轉矩分析法（fǎ）均需要船舶感應電機軸承故障診斷係統的研究（jiū）時采集定子電壓和電流（liú），因此（cǐ）測試（shì）電路相對複雜，對電壓電流信號的相位要求嚴格，采樣時必須保證各路數據的同步采（cǎi）樣，因（yīn）而增加了（le）故障診斷係統的組建難度，無（wú）法使故障診斷方式得到普（pǔ）及（jí）。對於（yú）實際工作中遇（yù）到的情況，應考慮不同狀況進行分析（xī）應用何種方法。
來源：《民營科技》 2011年第6期
