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電機監(jiān)測專題三：MCSA技術識別轉子與軸系故障
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發(fā)表日期：2024-11-11
來源：萬力達電氣

一、基于電機電流信號分析（MCSA）的電機故障診斷方法

電機定子電流信號分析（Motor Current Signature Analysis, MCSA）是一種用于診斷交流電機及其驅動系統(tǒng)健康狀態(tài)的技術。該方法通過對電機在正常運行時采集到的定子電流信號進行分析，檢測潛在故障，實現早期預警和預防性維護。
MCSA 的核心思想是，電機驅動系統(tǒng)的機械或電氣故障會在定子電流信號中留下特定的“指紋”或特征頻率。這些特征頻率通常與電機的電氣參數（如電源頻率、極對數）和機械參數（如轉速）相關聯。通過頻域分析，可以識別異常的頻率成分，并據此判斷電機的健康狀況。

二、異步電機的兩類常見故障及識別方法

2.1 轉子條/端環(huán)開裂

2.1.1 故障描述
轉子斷條故障是指由于制造缺陷、頻繁啟動、過載或老化等原因，導致異步電機的轉子導條斷裂或端環(huán)開裂，進而引發(fā)局部繞組異常。這類故障不僅會降低電機的效率和使用壽命，還可能引發(fā)更嚴重的機械損壞和衍生問題，如多根轉子條斷裂、高熱應力及轉子錯位等。因此，早期診斷和處理此類故障對電機的安全可靠運行至關重要。
轉子斷條故障的影響：
效率下降：轉子條斷裂會導致電機輸出功率下降，整體效率降低。
過熱風險：電流分布不均導致局部過熱，可能引發(fā)絕緣材料老化甚至燒毀。
振動加劇：轉子質量分布不均引發(fā)的振動會縮短軸承壽命，影響其他機械部件的穩(wěn)定性，嚴重時可能導致電機掃膛。
生產工藝中斷：嚴重的轉子斷條可能導致電機無法啟動，影響生產。

2.1.2 識別方法：極通過頻率（PPF）

MCSA 是診斷轉子斷條的有效方法。在電流特征中，電動機極通過頻率 ppf（滑差頻率 x 極數）在頻譜圖上表現為工頻〖 f〗_L的邊帶，在 〖 f〗_L ± ppf 處可看到ppf的峰值。ppf峰值的大小是轉子健康的重要指標。

隨著轉子條的劣化（如高阻接點或裂紋），轉子阻抗升高，導致電流頻譜中的 PPF 峰值增大。通過檢測電流信號中的 PPF 及其諧波分量，可以有效識別轉子斷條問題。
與溫度和振動分析相比，MCSA 在診斷轉子斷條故障方面具有明顯優(yōu)勢。MCSA 能在轉子條剛開始斷裂時檢測到異常頻率，而溫度和振動通常在早期階段變化不明顯，因此 MCSA 能夠實現故障的早期檢測。

2.2 電機軸系偏心/不對中/不平衡

2.2.1 故障描述
電機軸系偏心、傳動系統(tǒng)不對中和負載不平衡通常是由于設備與負載不匹配、安裝缺陷、運行磨損、缺乏潤滑或維護不當引起的。這些故障會從早期的輕微振動逐漸發(fā)展為嚴重的機械問題，最終可能導致設備停機。

圖 聯軸器異常磨損
2.2.2 識別方法：轉子旋轉頻率（RS）
轉子旋轉頻率（Rotor Speed, RS）是電機轉子的旋轉頻率，通常與電源頻率和電機的極數相關。電機工頻兩側的轉頻邊帶幅值變化可反映出轉子偏心、聯軸器不對中和負載不平衡等機械故障的狀態(tài)。
通過分析電流信號，MCSA 能快速提取 RS 信號，監(jiān)測機械故障引起的轉頻邊帶幅值變化，并結合多種故障特征值判斷故障類型。
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WLD8600-MT 電機缺陷診斷系統(tǒng)集成了先進的 MCSA 算法平臺和邊緣計算分析終端，旨在為用戶提供高效可靠的電機健康監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅支持在線實時監(jiān)測，還具備強大的數據分析能力，能夠自動識別多種常見的電機故障類型，并提供維護建議。
供稿：郭強