应用案例

电机系统检测

2018-08-08

一、背景概述

在我国电机系统用电量约占全国用电量的60% 。是非常重要的生产设备,几乎覆盖每个生产领域。

电机按工作原理可分成三大类:

1、直流电机

2、异步电机

3、同步电机

电机的工作系统可分为五类:

 

二、常用的电机诊断方法

电机的五类工作系统是相互关联而又截然不可分割的,因此电机诊断需要涉及较多技术领域。

目前常用的电机诊断方法有:

  • 电流分析法分析电机的电气系统
  • 振动分析法分析电机的机械系统、磁路系统
  • 缘诊断法测试电机的绝缘系统
  • 温度诊断法检测电机的机械系统,磁路系统、散热系统、电气系统、绝缘系统
  • 振声诊断法测试电机的机械系统
  • 油质诊断法测试电机的机械系统

并非所有的温度诊断法都能对电机进行全面的预测性检测!

因为温度诊断法按不同的测试方式又分为:

温度计测试

采用温度表,热电偶或热电阻一类的接触式测温元件、仪表测量绕组、铁芯、轴承等部位。

优点:温度直观可靠

缺点:感温元件影响被测量温度场的分布、接触不良都会带来带来测量误差,另外温度过高

或油污都会影响感温元件的性能和降低寿命。仅仅是测试温度不够全面。

红外点温枪测试

采用非接触式红外测温仪对电机进行温度测试。

优点:安全,高效。不受距离影响。

缺点:测温可靠度不够高。对于小区域的局部发热点很难检测到。测试不够全面。

红外热成像检测

采用红外热成像仪对电机进行全面的预测性检测。

优点:非接触式测量,安全,高效,直观,可以成像,距离远,温度数据不抽样、不解体

不仅仅是测试温度,更可以直观的显示电机某一时刻的工作状态!

 

三、为什么红外热成像技术能对电机的五类工作系统进行预测性检测?

 一、因为热像仪一次能够捕获几万乃至几十万点的温度数据并生成红外图像。这个也就是前面我们在热像仪系统里面提到的热像仪像素的问题,像素越多,同时测得的温度数据越多。生成的红外图像越细腻,越能找到真正的热点。

二、热像仪按测试方式可分为定量检测与定性检测。所谓定量检测,就是要测得被测物体表面的精确温度,来判断电机是否温升过高。而定性检测,就是结合电机各个系统的工作原理以及热传导的原理,来判断导致电机异常工作的原因。定性检测不一定需要很精确的温度,但是对于检测工程师的要求较高。需要尽可能多的了解各种工况下各种设备的工作原理。

因此,一般对设备进行红外热成像检测都采用定性与定量相结合的方式。对电机进行红外热成像检测,需要了解不同电机各部位的温度限值以此来判断电机是否存在异常。

电机各部位的温度限值

1、与绕组接触的铁芯温升(温度计法)应不超过所接触的绕组绝缘体的温升限值(电阻法),即A级为60℃,E级为75℃,B级为80℃,F级为100℃,H级为125℃。

2、滚动轴承温度应不超过95℃,滑动轴承的温度应不超过80℃。因温度太高会使油质发生变化和破坏油膜。

3、现场测试时,定子温度往往以不烫手为准。

 

四、对于电机的五类工作系统如何进行红外热成像检测?

对电机进行红外热成像检测时应注意:

1、在额定负荷下温升未超过温升限度,仅由于环境温度过高,而使电机温度超过最大允许工作温度。这种现象说明电机本身是正常的。解决的办法是用人工方法使环境温度下降,如办不到,则必须减负载运行。

2、在额定负载下温升超出铭牌规定。不管什么情况,均属电机有故障,必须停机检查,特别对温升突然变大更要注意。

其原因有:

  • 电气系统故障
  • 电机控制电路三相不平衡

对于此类异常,可采用功率谐波表进行进一步测试以分析具体原因

  • 电气系统故障
  • 电机与电缆接头发热

 对于此类故障,可清洁电缆接头表面后,紧固电缆接头螺钉。

  • 机械系统故障
  • 电机轴承热缺陷

电机轴承处温度最高,在电机端盖表面有像外扩散的热传导趋势。此类故障可采用振动分析法进一步分析具体原因。

  • 电机联轴器热热缺陷


此类异常的分析方法应采用定性分析,结合联轴器的工作原理,与同样工况下同种设备进行对比确认。联轴器热缺陷可采用激光对中仪进行对中调整。

绝缘系统故障以及磁路系统故障

  • 电机绝缘材料老化
  • 定转子相擦
  • 匝间短路
  • 局部铁芯损坏
  • 铁芯片间短路
  • 过载

通过红外热成像检测,可以发现电机整个定子表面温度非常高,电机定子两端温度较低,中间较高,此类异常可能由于过载或者绝缘材料老化导致。并非散热异常引起。而定子表面局部发热,可能由于局部铁芯损坏,铁芯片间短路,匝间短路导致。

可使用高阻计电压表,高斯计进一步确认故障原因。

  • 散热系统故障
  • 风扇损坏
  • 风扇未紧固
  • 风道堵塞
  • 风温不正常

正常的电机散热系统

根据红外热像分析:整个电机定子表面温度几乎一致,电机定子表面没有因尾端散热系统而引起对流降温现象。因此可以确认此类故障属于散热不良。正常的电机散热系统现场测试时,我们可能会遇到:

若现场实际测试时碰到电机接线盒外壳温度分布异常,局部发热,可能外壳温度不高,但是一定要引起注意!

根据斯特藩-玻尔兹曼定律/Stefan Blotzmann Law:J =ε*δ* T4

热辐射约等于温度T的4次幂。

所以电机的内部故障会热传导至电机外壳表面,并且有较为明显的热梯度显示。打开之后,我们发现:

接线盒内部进水,电缆接头已经氧化。应当立即调整。

电机定子表面温度分布均匀,有对流降温现象。轴承处亦无温升,无局部发热。正常运行的电机。

 

五、对于电机生产商需要知道电机内部的温度,我们该怎么办?

虽然红外热像仪无法测试电机内部精确温度,不过根据电机外表面的温度分布,可以简单计算出电机内部的温度高低。我们看一下检测实例:我们要测试一个B级电机的温度。其最高温度限制为80℃。我们先用热像仪测试电机外表面的温度最高处,然后用一个接触式的K型热电偶温度探头接入到与刚才外表面高温处对应的内部区域(注意绝缘!)。然后同时用热像仪与接触式的热电偶测试电机温度,等温度稳定之后,计算出热像仪与热电偶的温度差值,这个温度差值就是修正值。通过试验我们得知,B级电机的表面与内部的温差一般在25℃-30℃左右。所以只要B级电机的外表面温度稳定在50℃-60℃以下即可保证电机的正常运行!请注意:不同绝缘等级的电机内部空间和温度都不一样,若被测电机绝缘等级改变,可以根据上面的步骤重新计算出修正值。

 

六、对于电机检测最好选择什么样的热像仪呢?

  • 热像仪的探测器像素越高越好,一般选择384×288(110592)个像素点以上的热像仪能够保证电机的热成像清晰。
  • 温度灵敏度越小越好。灵敏度越小越能显示真实的热点分布。
  • 温度量程要足够。