摘要:由于设计、安装、运行等原因,电动机轴电压一般无法避免,为避免轴电流的产生,通常情况下变频电动机需要安装绝缘轴承,但是绝缘轴承的成本太高,普遍应用性爱到很大制约。本文介绍了变频电动机轴电流的产生及对轴承的影响,利用振动检测技术检测变频电机轴承故障。
关键词:轴电流;轴承故障;振动检测技术
1引言
为掌控普通轴承使用寿命,我公司将振动检测技术应用到变频电动机上,对电动机轴承进行定期振动检测与频谱分析,及时捕捉轴承早期电腐蚀迹象,然后通过加强维护保养,延长轴承使用寿命至失效前期再更换。这样通过振动检测技术既掌握了变频电动机轴承损伤的发展情况,又避免了因轴承损坏引起的故障停机,为公司降低了生产成本。
2轴电流的产生
电动机运行时,转轴两端之间或轴承之间产生的电位差叫做轴电压。目前,广泛应用的变频电动机大部分采用PWM变频电源供电,这时电动机的轴电压主要是由于电源三相输出电压矢量和不为零的分量产生。轴电压通过电机轴、轴承、定子机座或辅助装置构成闭合回路产生轴电流。在正常情况下,电动机的轴电压较低,轴承内的润滑油膜能起到绝缘作用,不会产生轴电流。但当轴电压较高,或电机起动瞬间油膜未稳定形成时,轴电压将使润滑油膜放电击穿形成回路产生轴电流。在生产实际应用中,采用PWM变频电源供电的变频电动机极易产生高频轴电流。
3振动技术检测轴承故障
3.1高压喂料器驱动变频电动机轴承故障案例
高压喂料器驱动变频电动机额定功率30KW,额定转速960RPM,实际转速在1200RPM左右,轴承型号NSK6312。
该变频电动机在2008年5月之前振动总值较低,振动趋势平稳,频谱中未发现轴承缺陷频率。7月采集的振动数据显示该电动机振动总值明显超过以前振动值,在频谱中发现了6312轴承的外圈缺陷频率,并且占主要振动能量,振动幅值较高。根据电动机前期频谱和现在频谱,基本判断轴承发生了电蚀现象。通知车间维修人员加强润滑保养,并注意点检电动机轴承温度变化。随后,利用振动检测技术继续跟踪观察轴承故障发展趋势。2009年6月电动机轴承振动趋势又开始攀升,频谱中开始出现了6312轴承的保持架缺陷频率,并且在径向上轴承外圈缺陷频率的周围出现了保持架缺陷频率的边频(见图1),这时现场用听诊器也能够听到电动机轴承的噪音。此时可判断轴承电蚀故障已经非常明显,建议车间在近期计划停机中更换轴承。
2009年9月车间计划停机更换该变频电动机。打开更换下的电动机轴承,发现6312轴承内外圈严重电腐蚀(见图2)。
3.2木片计量仪变频电动机轴承故障案例
木片计量仪电动机额定功率11KW.额定转速1487RPM,实际转速1750RPM左右,轴承型号NSK6209。2009年6月在定期检测电动机振动时,发现其振动总值上升明显。由于在此之前的包络频谱中已存在轴承外圈缺陷频率,故可以判断该电机轴承损伤程度在加重。随后2月和3月的振动数据显示,振动趋势继续上升(见图3),轴承外圈缺陷幅值上升幅度增大,并且占有主要振动能量,现场噪音明显。此时可判断轴承故障已非常明显,建议车间在近日计划停机中更换轴承。
2009年9月车间计划停机更换该变频电动机轴承。轴承内外圈上都产生了“搓衣板“式的凹槽条纹损伤。
4总结
这种在轴承内外圈或滚动体上产生的“搓衣板”式的凹槽条纹损伤,我们称之为电蚀损伤。电蚀损伤主要是轴电流局部放电能量释放产生的高温,融化轴承内圈、外圈或滚珠上许多微小区域,并形成凹槽。电蚀损伤会该电动机产生强噪声、高振动,影响轴承寿命。
采用变频控制的驱动电动机正在以其卓越的性能和经济性,在调速领域开始广泛应用。因变频电源的特殊性,以及系统对高速或低速运转、转速动态响应等需求,给电动机也带来了在电磁、结构、绝缘、轴承防护等方面的新课题。
通过应用振动检测技术,可有效判断设备运行状态,掌控设备故障发展趋势,极大改善了仅靠人工经验判断设备故障的能力,避免了定期维修造成的不必要损失,降低了生产成本。
参考文献
太钢计控处技研中心曹剑梅;S7-300在煤气回收自动控制系统中的应用;山西科技报;2003年
江苏周如基;主轴电机的拆卸与修理;电子报;2004年
王旭红;高压旋转电机的状态监测和故障诊断研究;湖南大学;2002年
王世怀;现代变流技术诱发的润滑界面电磁损伤机理研究;西安建筑科技大学;2004年
陈大勇;交流变频传动系统及其在夹网纸机上的应用与研究;湖南大学;2004年
王平;基于小波-神经网络的电机轴承故障诊断;太原理工大学;2005年
刘立峰;大型电机冷却风扇的实验测量与模拟计算;上海交通大学;2007年