使用动态电动机监控来识别机械问题

动态电机测试通常被称为在线测试，因为它需要电机运行并且通常假设电机处于其自然环境中。动态测试涉及电压探头和电流互感器的连接。连接动态测试设备是安全、快速和非侵入性的。获取数据并以摘要格式显示结果。将收集到的数据与用户输入的铭牌信息进行比较，并以通过/失败格式呈现，每次连续测试后都会显示当前测试数据和趋势日志。

电机测试的必要性

每个可靠性技术人员都知道，与电机故障相关的成本对任何业务运营都是毁灭性的。发现电机在产生过多热量或压力的条件下运行是技术人员改变电机运行和监控其绝缘的指导。知道电机处于即将发生故障的危险中，技术人员有时间在他方便的时候安排维修，而不是因为灾难性故障而让电机指令他。减少计划外停机时间，同时提高效率和盈利能力是所有可靠性技术人员的共同目标。动态电机测试和监控是一个相对较新的概念，可帮助和提高负责电机和相关设备安全和持续运行的人员的能力。

动态测试告诉你什么

电机是完整系统的一部分，包括输入电能质量、电机和驱动负载。许多电机问题是由于输入电能质量不佳造成的，更多问题可归因于负载和与负载相关的问题。

最先进的动态电机测试设备能够将电气问题与机械问题分开，并定义与电源相关的问题区域。好的测试设备将提供大量有关输入功率的信息，包括电压电平、不平衡和谐波含量。少量的电压不平衡将导致更大量的电流不平衡并增加电机内的损耗。谐波失真还会导致能量浪费，主要是由于非正弦正弦波导致过热。这些问题直接影响电机的性能及其处理负载的能力。总体而言，较差的电能质量表现为定子和转子内较高的热量，从而降低效率并最终导致电机过早故障。监控电能质量并进行必要的调整对于保持电机寿命至关重要。

除了功率条件外，动态测试还提供有关电机行为的广泛信息，并提供潜在机械问题区域的证据。测试设备跟踪电流水平和不平衡、负载水平和扭矩相关信息。将这些数据与电能质量信息相结合，设备可以预测指示潜在问题区域的降额因素。

扭矩和扭矩纹波增加了对电机健康状况进行一致和准确诊断所需的另一块难题。转矩脉动被定义为最大转矩除以采集期间平均转矩的除法。扭矩脉动本身是衡量围绕稳态平均扭矩的扭矩带有多小的指标。转矩纹波与功率条件和电流水平无关。它可以直观地查看驱动负载的运行情况，并且是转子应力的指标。

动态测试可以高度准确地识别转子条问题，趋势日志使随着时间的推移跟踪它们变得容易和可预测。转子棒和保持架缺陷会导致效率损失和更高的热量，最终导致电机过早失效。

衡量和跟踪效率是一项非常艰巨的任务。在现场应用中无法轻易测量电机的运行效率。许多标准有许多通常只能在实验室环境中满足的要求。这些标准通常还侧重于确保正确描述电机在良好工作电压条件下的能力。然而，在现场，几乎没有空间满足断开电机或调节饱和运行电压水平等要求。与现场给定条件下的运行效率相比，有关特定电机性能的问题被发现是次要的。这种环境的结果是要获得真正的效率是不现实的。

然而，运营效率对于注重能源的管理至关重要。在现场环境中对运行效率进行真实测量的要求是充分且不切实际的（例如在电机轴上安装扭矩传感器并在电机端子处测量电机的输入功率，通常是在高电压水平下）。代替真正的效率测量，效率估算成为能源管理的唯一现场友好方法。运行效率测量与运行效率估计的区别在于，前者试图通过直接测量找到真实的运行效率，而后者则接受少量不准确的度量，从而大大提高了用户友好度。

案例研究

在受控实验室实验中，我们在一台新的 5 马力、460 伏电机上获取了振动分析和动态数据。拆卸电机，故意损坏驱动端轴承外圈（图1）。

图 1

电机被重新组装，并收集了新的数据。将振动分析中常用的公式应用于获取的数据，并将结果发布在振动谱和扭矩谱上。

结果计算得出的结论是，外圈缺陷应该出现在 107 Hz 处，边带与振动谱中的电机速度有关，扭矩谱中的基频是两倍（图 2 和图 3）。在动态采集的数据中，外圈缺陷及其边带比振动谱更容易确定。

图 2. 振动谱

图 3. 解调扭矩谱

转子杆问题

在另一项实验室控制的研究中，使用动态测试仪对在小型测功机上满载运行的 1 马力电机进行了彻底测试。然后保存并分析结果。转子被移除，并在一个转子棒上钻了一个 5/8 英寸的孔，将其完全切断。电机在相同条件下组装和重新测试。再次保存结果，然后与原始数据进行比较（图 4 和图 5）。

图 4

图 5

在当前的特征分析中，转子断条明确定义，没有任何困难或密集的诊断。

气蚀

在北卡罗来纳州的一家大型发电厂，机械师注意到三台 15,000 马力泵中的一台泵的流量水平低于其他两台。机械师指责电机，而电工则认为泵有问题。获取和分析动态电气数据。图 6 显示了由此产生的转矩脉动。

图 6

一台泵的转矩脉动变化很大，而正常运行的两台泵的转矩特征较小。作为这项测试的结果，一名潜水员被送入坑内，发现一个端钟上的螺栓已经生锈，导致将水导入泵的凹槽脱落。这种情况导致泵在泵外循环水并产生气穴。其他泵上的螺栓也需要更换，在不久的将来可能会失效。维修所需的停机时间使设施损失了数百万美元，但维修后提高的生产力很容易弥补这些成本。

总之，动态电机测试和当今可用的最先进设备正迅速成为全球可靠性技术人员的首选工具。这项技术还很年轻，新的创新正在不断扩展其能力和视野。