多技术融合的电机轴承故障诊断方法

付嘉乐 庆阳职业技术学院

一、电机轴承基本故障类型

机械设备正朝着精密化和复杂化的方向发展，各种构配件之间的联动关系也十分严密，形成不同功能的有机整体。在现代工业中电机是重要的驱动力，它包含了多种不同的零配件，作为一种重要的驱动设备，它的使用范围是非常广泛的，工作环境也多种多样，因此也比较容易出现电机故障。电机如果出现了问题就会影响到生产，不仅会带来巨大的经济损失，也会存在人身安全问题和其他隐患。轴承是电机系统的核心部件，它的主要作用就是减少摩擦损耗，是一种标准化的精密装置，有很强的承载能力。轴承在正常使用的过程中，会无法避免的受到机械磨损和人力作用的影响，日积月累会出现变形、腐蚀等损伤，进而导致轴承出现问题。而且在人为操作过程中，也可能会出现一定的损伤，损伤积累一段时间可能会对整个机组造成一定的影响。

（一）磨损失效

磨损失效是轴承故障中比较典型的一类，因为所有的材料都会有一定的摩擦阻力，因此电机在正常的运行状态下，各个元件之间会

不可避免的出现相对运动，在长期影响下就会导致表面出现磨损问题。另外，润滑效果不良也是磨损发生的重要原因，一旦出现磨损不但会影响到运行精度，还会大大降低使用寿命。

（二）疲劳失效

疲劳失效是另一种轴承常见的故障形式，因为轴承在高速运转的过程中，在各种力的相互作用下，表面下方会形成一定的裂缝，使表面接触处出现越来越多的剥落坑，这些都会影响到轴承运行。疲劳故障会导致冲击荷载，在工作中会出现振动和噪音。

（三）腐蚀失效

机械受到腐蚀的原因有很多，电机轴承会受到化学腐蚀和电腐蚀的影响。化学腐蚀是因为受润滑脂中其他物质的影响，让电机轴承表面金属与其产生了化学反应。而电腐蚀就是在运行的过程中，轴承

内部有电流通过，电流通过损伤的接触面，在两种因素的共同作用下，发生油膜击穿，造成轴承滚道面上出现损伤。

二、振动频谱分析及电信号分析技术

（一）振动频谱分析技术

振动频谱分析技术主要是在现场进行设备振动信息的采集，然后利用相关的软件对振动信息进行一定的数字转换，然后提取相应的参数，进而对设备的运行状态做出良好的诊断。

1、频域分析技术

频域分析就是对采集到的振动时域信号进行转换，将其转换为频域，进而得到信号的频率成分。通过频域分析的方法可以对频率的变化范围进行确定，还可以按照波的工频来实现对故障的判断。频域分析方法是目前最成熟且有效的故障诊断方法。

2、包络调解技术

包络调解技术就是利用轴承出现的局部缺陷车声的周期性振动终极，将所得轴承频率进行包络调解，进而对轴承故障频率进行突出，从而在解调信号中对故障特征频率进行有效的提取。常用方法有两种，分别为Hilbert变换和检波滤波法。

（二）电机电信号分析技术

大多数的电力系统的故障检测技术都是基于时域分析的基础上来进行的，在电机故障检测的领域当中，数字信号处理器的发展已经达到了一定的水平，利用定子线电流来进行电机故障诊断，可以得到更好的诊断效果。除了定子故障之外，大部分的电机故障都可以使用频谱分析技术来进行故障诊断。有时，电机故障的原因不仅会局限于电机本身，还与外部的供电系统有关，进而导致电机运行出现异常，因为如果在理想的状态下，外部供电电源应有完全平衡的电压和电流正弦波，但是事实却不是如此，这就让电机有因为外部电源而出现故障的可能。在利用定子电流进行频域分析的同时，也可利用同一时刻的电压信号，使用电机电信号技术来对供电电源的品质进行评价。

三、现场案例分析

将某公司的机械主变频电机作为监测对象，频谱数据采集点主要有两个：一是振动信号采集点为电机两端轴承处，主要采集的就是水平、垂直与轴向的振动速度和加速度信号。二是电流、电压信号，主要采集的是单位时间中的电流和电压信号。

（一）振动数据分析

图1就是电机轴承端垂直方向的振动加速度时域图，整体的图谱较为杂乱，并且没有明显的冲击。将图1及速度信息进行快速傅里叶变换可以得到图2，对图2进行详细的观察可以看出，时域图中的各个周期频率和幅值都可以较为明显的表现出，该处的频率就是电机轴承外圈的故障频率。根据图1 和图2的频率图可以明显的得出，电机两端的轴承存在一定的轴承外圈故障，表面也可能已经存在一定的缺陷。

图1 电机轴承端垂直方向加速度时域图

图2 电机轴承端垂直方向速度频谱图

（二）轴承拆检故障确认

图3 是该电机的驱动端轴承故障图片，从图中可以看出，轴承外圈内的表面跑道上已经发现了间断的光亮线条烧灼痕迹，这就是轴电流对轴承产生破坏的重要特征。

图3 电压谐波成分图

（三）主要的处理方案

在变频器是输出侧装置上电抗器，进而从根本上对变频器产生的部分谐波进行抵消。在电机转轴处要安装上接地碳刷，将轴电流动电机的内部进行引出，避免电流在电机轴承处持续放电造成损伤。电机连段的轴承可以更换为绝缘轴承，进而避免轴承的点蚀。

四、结语

综上所述，利用多技术融合的手段对电机故障进行合理的诊断，并且制定出相应的改进方案，可以从根本上对电机故障进行诊断，进而提高电机的使用寿命。