MCA测试技术在电动机故障诊断中的应用
电机诊断-MCA
干净、干燥 12 个月 6 3 6 12
适中 9 6 2 6 9
脏、潮湿 6 3 1 3 6
四、MCSA 电机电流信号分析技术
电流频谱分析
电机电气故障
❖ 转频 ❖ 定子槽频 ❖ 转子条频
电机机械故障
❖ 传送带通过频率 ❖ 扇叶通过频率 ❖ 齿轮啮合频率 ❖ 轴承故障频率 ❖ 传送带拍频
电源故障
❖ 高次谐波
励磁回路
0.005 3 -25 26
>99M
测试参数
02/10/30 13:53
410kW
电阻 R 阻抗 Z 倍频测试 I/F 阻抗角Φ 绝缘
励磁回路
0.017 3 -25 26
>99M
测试参数
03/03/13 10:35
410kW
电阻 R 阻抗 Z 倍频测试 I/F 阻抗角Φ 绝缘
励磁回路
0.011 3 -25 26
>99M
电枢回路
第一次测试 第二次测试
0.055
0.053
9
9
-45
-45
63
63
>99M
电枢回路
第一次测试 第二次测试
0.472
0.630
4
4
-31
-36
33
30
0.1M
电枢回路
第一次测试 第二次测试
1.94
1.93
3
3
-7
-7
8
8
>99M
新电机 电枢污染 大面积短路
IEEE 变压器诊断标准（三相偏差）
300 KW, 2级
1.2 1.15
1.1 1.05
1 0.95
电机设备的故障诊断原理及方法分析艾尼·卡哈
电机设备的故障诊断原理及方法分析艾尼·卡哈发布时间：2023-06-14T02:52:06.479Z 来源：《国家科学进展》2023年4期作者：艾尼·卡哈[导读] 电机是机械设备中最为重要的组成部分，现如今电机已经全面应用到了工业生产的各个领域，为了能够保证电机设备的安全稳定运行，就必须对其运行中的故障进行明确，采取切实有效的故障诊断技术。
基于此，在本文中首先简单介绍了电机设备故障诊断原理，并分析了几种常见的故障诊断方法，希望通过本文的研究能够为电机设备故障判断提供一些参考和借鉴。
新疆乌鲁木齐市乌石化公司检维修中心新疆乌鲁木齐市 830014摘要：电机是机械设备中最为重要的组成部分，现如今电机已经全面应用到了工业生产的各个领域，为了能够保证电机设备的安全稳定运行，就必须对其运行中的故障进行明确，采取切实有效的故障诊断技术。
基于此，在本文中首先简单介绍了电机设备故障诊断原理，并分析了几种常见的故障诊断方法，希望通过本文的研究能够为电机设备故障判断提供一些参考和借鉴。
关键词：电机设备；故障诊断；诊断方法引言现如今，机械设备使用规模越来越大，机械结构也正向着智能化、自动化的方向不断发展，与此同时设备维护人员正面临着传统维修技术，落后电机设备复杂程度不断加剧的难题。
为了能够从根本上提升企业的经济效益，保证设备的安全稳定运行就必须引进更加先进的机械设备故障诊断方式，明确电机设备的故障类型，在本文中就针对电机设备故障诊断进行探讨和分析。
1 电机设备故障诊断原理电机设备运行过程中，会受到外界各种因素的干扰，包括周围环境、产品质量、电网电压等等，导致故障出现的主要原因也与环境条件、超技术范围运行有着直接关系。
通过采取有效的检测方式，能够精准的判断引起电机设备异常的因素，并对故障做出正确的判断，同时也是保障电机设备安全运行的有效措施，能够全面提升设备使用寿命，有效减少维护效率。
针对电机故障进行诊断时，其应用原理主要包括以下几个部分：第一，电流分析法。
故障检测诊断技术在煤矿机电设备的应用
故障检测诊断技术在煤矿机电设备的应用发布时间：2021-05-28T14:27:59.787Z 来源：《科学与技术》2021年2月5期作者：冶志强[导读] 煤矿生产过程中使用机电装置时大多是在出现异常问题后才冶志强国家能源集团神华新疆公司新疆乌鲁木齐摘要：煤矿生产过程中使用机电装置时大多是在出现异常问题后才会进行检修维护，这不单单会严重影响生产效率，甚至会造成安全事故。
为了确保矿山企业能够稳定生产，就需要做好故障诊断工作，并将其作用真正发挥出来。
鼓励矿山企业在日常生产中应用诊断服务。
对机电装置进行全面维护检修，确保设备工况不出现异常。
本文首先对故障诊断技术进行简要论述，结合煤矿生产过程中机电设备出现的故障现象特点展开分析，重点探究故障诊断技术如何同机械设备维护检修工作有效融合，提出一种行之有效的故障诊断方案。
关键词：煤矿机电设备；机械故障；检测诊断技术伴随煤矿领域的稳步前行，日常生产中使用的机电装置对生产效率和生产质量起到至关重要的影响，但也进一步增加了设备运行维护成本。
如果设备运行中出现异常，就有可能影响到正常的开采工作，甚至会引起严重的安全事故，给企业造成无法弥补的经济亏损。
由此来说，如何设计煤矿机电装置的故障检修方案就成为关键所在，也是保证煤矿稳定运行的基础。
1我国煤矿机电设备的现状分析1.1煤矿机电设备存在较多的隐患整体上来讲，国内煤矿生产中使用的机电装置大多存在如下风险：（1）机电装置老化程度过高，存在安全隐患。
因为国内煤矿生产过程中大部分装置都处于连续运行状态，未能进行有效的检修维护，致使设备寿命严重缩减，甚至存在隐患风险。
部分机电装置未能配备相应的保护体系，导致安全风险升高。
（2）因为井下环境复杂，造成机电装置零部件存在锈蚀等问题，直接反应出防腐保护未发挥应有作用，同时存在锈蚀问题的设备运行过程中危险系数较高。
(3)提升系统中未能建立起完善的制动体系和电控系统，缺少缓冲结构。
(4)一般来说，井下所使用的电气装置需要具备防爆性能，但大部分企业生产时不会对电气装置的防爆性能进行测试。
MCA技术在电机检测领域的应用
MCA技术是把电机视同于一个由电阻、电感和电容组成的复杂电路进行分析，可以对电机进行不解体状态下的故障诊断。
本文重点介绍MCA测试方法，及在电机故障诊断中的应用。
关键词：电机；故障；诊断美国电力研究协会（EPRI）对电机故障的研究表明，电机故障的53％与机械部分有关，47％来源于电气故障。
机械故障诊断一直是采用传统的振动分析法和红外检测法，而电气故障的诊断则使用绝缘测试、直流高压测试、高压冲击测试、局部放电测试等方法。
传统的测试手段对电机故障的判断存在着一些问题，大多需辅以解体测试才能准确判定故障点。
现在可以利用MCA技术进行电机非解体故障诊断。
一、MCA技术简介1．电机电流分析（MCA）核心理论用简单的电阻测试及绝缘测试系统进行电机线路故障检测所带来的问题是，某些大电机绕组阻值非常低，以至于所用的欧姆表无法足够精确地检测故障，同时，如果存在高阻故障（高于简单绕组电路）还会漏检；许多电机虽然出现故障，而电阻却仍然保持平衡。
现在，人们发现，利用停电状态下电机的电磁特性和高频电流进行相位测试，从而发现电机电路中存在的缺陷已成为可能，通过将电机看成一个包含电阻、电感和电容的复杂电路（图1）进行分析，这就是MCA技术的基本原理。
(1)阻抗测试。
电机电路的阻抗和电感直接受转子绕组位置、质量，定子绕组的类型，匝间互感和自感的影响，通过阻抗测试可以反映电机运行状态。
交流电机三相平衡是三相阻抗，而非直流电阻的平衡，阻抗测试结果反映转子的故障。
(2)倍频测试。
阻抗根据转子位置或故障而产生变化，因此必须采用专门的方法来确定定子本身的缺陷，从而区分出转子故障。
这可以通过施加一个应用频率，设置电流基准值完成。
将频率加倍（倍频测试）并观察每相的电流变化比值，这一结果是对匝间状态的准确考察。
因为绕组阻抗的主要成分是电感，倍频电流变化通常是15%~20%。
定义这一变化量为“I/F”，即匝间短路评判值。
匝间短路的发展过程，就是绕组由接近纯电感电路，向纯电阻电路发展的过程，亦即I/F值由-50％向一0％发展的过程（负号代表减少）。
mca技术原理及其在电机绕组故障诊断中的应用
R Ω Z Ω L mH
A —B 0. 053
10 2. 06
B —C 0. 051
30 5. 94
C —A 0. 050
55 10. 9
不平衡
142. 1 140. 3
Fi
68
80
83
15
IΠF
- 47
- 49
- 48
2
诊断技术
νξ 设备管理与维修 2005 №8
© 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
阻电路”的迈进 ,也就是 IΠF 值从 - 50 %向 - 0 %的发展趋势 。 因此 , IΠF 值可以直接说明电感的失效程度 ,它能够作为匝
νω
设备管理与维修 2005 №8
诊断技术
© 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
I =
U
(1)
R2 - (ωL - ω1C) 2
I2 =
U
(2)
R2 - (2ωL - 2ω1C) 2
式中 U ———电源电压
I 、I2 ———倍频前 、后绕组电流
定义倍频测试值为 IΠF ,即电流在频率加倍后的变化比 :
IΠF =ΔII
=
I2
I
I ×100 %
(3)
由此可得
①纯电感电路时 , IΠF = - 50 % ,即电流减少一半 ; ②纯电阻电路时 , IΠF = - 0 % ,即电流不变 ; ③纯电容电路时 , IΠF = 100 % ,即电流增加一倍 。 ④当没有匝间短路发生时 ,在测试仪器发出的高频电流下 , ωL µ R ,类似于“纯电感电路”; ⑤而当匝间短路发展严重时 , L 几乎完全失效 , R µ ωL ,类 似于“纯电阻电路”; ⑥匝间短路的发展趋势是使绕组从“纯电感电路”向“纯电
应用AT IV对直流电动机绕组的MCA分析判别方法
应用AT IV对直流电动机绕组的MCA分析判别方法
庄志;郭井加
【期刊名称】《中国修船》
【年(卷),期】2008(000)B06
【摘要】对直流电动机绕组故障的监测一直是电机监测工作的一个难题。
与测量
一般交流电机不同，测量直流电动机时，没有可供对比的多相绕组，因此分析判断测量数据变得比较困难。
文章基于MCA（电动机电路分析）技术的实际运用经验，针对各种不同接法的直流电动机，以海军当前通用的ATIV测量仪器为例，提出了比较有效的监测分析方法和判别标准，基本可以满足对直流电动机绕组故障监测诊断的一般要求。
【总页数】3页(P6-8)
【作者】庄志;郭井加
【作者单位】91287部队,上海200083;91656部队,上海200439
【正文语种】中文
【中图分类】U673
【相关文献】
1.应用AT IV对直流电动机绕组的MCA分析判别方法 [J], 庄志;郭井加
2.两种绕组变形判别方法的应用分析 [J], 赵春芳;王世民;蒋大伟
3.三相无刷直流电动机分数槽集中绕组槽极数组合规律研究(连载之七)多极分数槽
集中绕组无刷电机霍尔传感器位置确定方法分析 [J], 谭建成
4.主分量分析方法和二次判别分析方法应用于基因芯片数据分析 [J], 胡煜
5.一种判别变压器绕组同名端的检测方法及应用 [J], 袁康敏
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应用AT IV对直流电动机绕组的MCA分析判别方法
件参数 的检测 ，它通过特定的仪器设备手段，对电
动机及 其相 连 电路 的健康状 态作 出测 量 、量化 、存 储 、分 析 和跟踪 ，从 而益 于维修 管理 人员 预测 和辨 别 电动机 的故 障情况 ，以减小 可能 的危害 或损失 。 Ａ Ｌ—Ｔ Ｓ Ｖ （ Ｔ Ｉ 型 绕 组 分 析 仪 是 Ｌ Ｅ Ｔ Ｉ Ａ Ｖ） Ｍ Ａ分 析技 术 的常 用 测 量 分 析仪 器 之 一 ，在 工业 Ｃ
关键词 ：舰 船 ；监 测 ；ＭＣ Ａ分析技 术 ；直流 电动 机
中图分类号：Ｕ ７ 文献标识码 ：Ｃ 文章编号 ：１０ ８ ２ （ ０ ８ Ｓ ０ ０ ０ ６３ ０ １— ３ ８ ２ ０ ） １— ０ ６— ３
Ａｂｓｒ ｃ ： Ｔ ｎ ｉ ｇ ｍａｆ ｎ ｔｏ ｎｉ ｒｎ ｆｔ ｅ ｄ ｒ ｃ ｕ ｒ ｎ ｔｒ ｓａ ｗａ ｓａ ｄ ｆ ｃ ｌ ｐ ｏ ｌ ｍ ｎ ｍｏ ｔａ ｔ ｈｅ ｗｉ ｄ ｎ ｌｕ ｃ ｉｎ ｍｏ ｔ ｉ ｇ ｏ ｈ ｉｅ ｔｃ ｒｅ ｔｍｏ ｏｓ ｉ ｌ ｙ ｉ ｕ ｔ ｒ ｂ ｅ ｉ — ｏ ｉ
庄 志 ， 郭井加
（ ． １８ １ ９ ２ ７部 队 ，上 海 ２０８ ０ ０ ３；２ ９ ６ ６部 队 ，上 海 ． １５ ２０３ ） ０４９
摘要：对直 流 电动机 绕 组故 障的监 测一 直是 电机监 测 工作 的 一 个难题 。与 测量 一般 交流 电机
不 同 ，测 量直 流 电动机 时 ，没 有可供 对 比的 多相绕 组 ，因此 分析 判 断测量数 据 变得 比较 困难 。文
章基于 Ｍ Ａ （ Ｃ 电动机电路分析 ）技术的实际运用经验 ，针对各种不 同接法的直流 电动机 ，以海 军 当前 通 用的 Ａ ＴＩ Ｖ测量仪 器 为例 ，提 出 了比较 有 效 的监 测 分析 方法 和判别标 准 ，基 本 可以满足
MCA：国际先进的电机故障诊断技术
管理视野 设备诊断The Management Perspective 歎P h i n a 中国 Plant 设备 Engineering 工程M CA :国际先进的电机故障诊断技术□特约撰稿人：北京西马力公司郭占强史光电机状态监测和故障诊断意义重大M C A :国际先进的电机离线故障诊断技术现代工业离不开大型动力设备—电机，电机已是当今工业生产、日常生活中最主要的原动力和驱动装置，它的运行状况直接影响到工业生产的正常进行。
其一旦发生严重故障，不仅电机自身将损坏，而且将导致整个工业生产中断；更重要的是由于生产过程中断导致的损失往往比电机本身的损失更为严重。
所以，对电机进行运行状态监测及故障诊断，无论对于避免重大事故的发生，还是查找故障原因及故障维修，都具有非常重要的意义。
常规电机检测方法及优缺点(1) 电桥或“数字微欧表”——检测绕组直流电阻，仅用于查找接头接触问题(松 动，腐蚀），无法检测匝间短路、层间短 路、磁隙不均等导致的电磁特性（电感量） 的改变。
(2) 摇表或绝缘耐压试验一通过直流、交流高压耐压试验，测试绕组对地绝 缘性能，同时得出绝缘阻值、介质吸收比、 极化指数和泄漏电流等指标。
作为高压预 防性试验，它解决的仅是对地绝缘性能的 评估。
(3)浪涌试验——又称“匝间耐压试 验对绕组施加高压，比较各级衰减电压波形分析匝间短路的情况。
该检测方式对电机绝缘产生一定的伤害，降低电机使用寿命同时，仪器设备笨重，操作复杂。
(1) 测试参数：♦电阻R ; ♦电感L ; ♦电容C ; ♦感抗XL ; ♦容抗X C ; ♦阻抗Z ; ♦相角I /F ; ♦专利测试：污染因子DF 值、绕组健康指数TVS 值等等。
国际IEEE 标准认为，阻抗测试较直阻R 的测试更精确，I /F 用于评估故障源于定子还是转子，且能够诊断早期匝间短路等故障。
如 今这一标准已成为美能源部及国际IEEE 推荐的电机质量评判依据。
阻抗测试(Z ):阻抗是对绕组电路电磁特性的综合评判。
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电动机电路分析（ＭＣＡ）基本原理
ＭＣＡ测试技术的基本原理就是将电动机等同看作一个包含电阻、电容、电感的复杂电路，如图ｌ。电动
２．１阻抗测试
阻抗测试是电动机运行状态的真实反映。交流电动机 图１电动机视同电路 三相平衡是三相阻抗的平衡，而非直流电阻。阻抗测试结果反映了转子的故障。直流电阻仅反映接头松动、 断股等，显得意义不大。对电动机三项分别进行阻抗和电感的测试，其结果所呈现的“高－中－低”关系如果 表现为相同，即表现为“跟随模式”，ＭＣＡ技术认为电动机定子状态完好，可能的故障需要从转子查找；反 之相互关系如果表现为“不跟随模式”，则说明电动机定子状态不佳，可结合其他测试参数确定定子故障类
４诊断实例
某著名电机制造公司新制大型电动机为三项交流笼型电动机，电动机额定转速１１９２ｒ／ｍｉｎ，在进行例行 试验时发现同型号三台电动机存在共同的故障现象，开机运行后较短时间内振动幅值持续上升，多次测试发 现开机３０ｒａｉｎ振动幅值可以从１．１ｍｍ／ｓ上升至４．８ｍｍ／ｓ，并有持续上升趋势。将转子拆解进行动平衡后安 装．故障依旧。 使用ＭＣＡ测试技术进行测试，测试数据如图２所示。数据表明阻抗与电感测试为跟随模式，说明电动 机定子状态完好；三项阻抗和电感测试值显示为黄色报警，说明超过了ＭＣＡ技术规定标准限值，电动机转 子存在一定故障。为确定故障原因，根据ＭＣＡ技术要求进行２４等分盘车转子测试，测试参数为三项电感。
６９６
缺陷，存在于铸造转子中；气隙问题，气隙偏一ｔＬ，弓ｌ起旋转设备的振动，影响电动机设备零部件的可靠性。
３．２
ＭＣＡ测试技术的评估原则
ＭＣＡ技术利用电阻、电感、阻抗、倍频测试值Ｉ／Ｆ、阻抗角（相角）、及绝缘值，全面评估电动机的整
体性能。 １）电阻：相间电阻不平衡不应超过５％。如果存在不平衡，但ＶＦ和相角平衡，可能表示接头松动。 如果Ｉ／Ｆ及相角不平衡，则存在着严重的绕组或导线故障。 ２）阻抗及电感：反映定子绕组与转子故障。直接指示定子三相平衡与否。但当ｚ、Ｌ不平衡而Ｒ、Ｉ／Ｆ 平衡，说明转子故障（由于互感作用）。 ３）相角和Ｌ／Ｆ值：指示绕组短路（匝间、层间和相间）的基本标志。各相问相角读数差异应在ｌ度以 内，Ｉ／Ｆ读数应在一１５％到一５０％范围内，相间差异为２％以内。如果检测到较小偏差，则是早期匝间故障 的迹象。 ４）转子测试：通过一定次数的改变转子的位置，读取一系列电感或阻抗值，衡定不变，则转子状况是 可接受的，反之则说明转子的缺陷。
型。
２．２倍频测试
阻抗及电感将根据转子位置或出现故障与否而产生变化，因此必须采用专门的方法来确定定子本身的缺 陷，从而区分于转子故障。通过施加一个应用频率，设置一个电流基准值，接着将频率加倍（“倍频测试”） 并观察每相的电流变化比值。ＭＣＡ测试技术将这一变化量称为“Ｉ／Ｆ”，使用ＶＦ值可以对匝间短路情况进 行评判。匝问短路的发展过程，就是Ｉ／Ｆ值由一５０％向一Ｏ％发展的过程（负号代表减少）。 ３
５结束语
ＭＣＡ测试技术提供了全新的测试理论，可以通过简单的几项测试参数．对电动机的定子、转子等故障 进行定性、定量分析，为企业开展电动机电气故障的预知维修提供了有效手段。
参考文献
［１］
Ｆｉｔｚｇｅｒａｌｄ Ａ
Ｅ．电机学［Ｍ］．北京：电子工业出版社，２００４．
６９８
Ｒ∞ｉｓｔａＩｌｃｅ一阻值 Ｉｍｐｅｄ∞ｏｅ一阻抗值 ｌＩｌｄａｃｔ∞ｃｅ一电感值 Ａｎｇｌｅ一相位角 Ｌ／Ｆ－—哺频测试值 Ｔ１－Ｔ２、Ｔ２－Ｔ３、ＴＩ．１３分别代表三项间测试
Ｐｈａｓｅ
２
测试结果见图２。电动机在静态下，盘动 转子在不同角度，测试三相电感，可绘制图２ 中的波形。由于定子级数设定、槽数设计及转 子条数的设计，会产生气隙的波动。每相电感 的变化（实际上就是磁隙的变化）会随转子的 圆周不同位置．产生类似于正弦的波动。对于 设计良好、工艺质量良好的电机，气隙变化十 分均衡，三相电感在一定范围内少量波动，并 存在均衡的相位差，可生成类似于三相交流电 波形的图形．在３６０。范围内每相波动周期的数 值等于电动机级数的整数倍。从图３可以看出，
ＭＣＡ测试技术在电动机故障诊断中的应用
张庆龙１０００３７北京西马力检测仪器公司
摘要本文重点介绍了电动机电路ＭＣＡ测试技术的基本原理和现场应用，并重点结合故障诊断实例 介绍了ＭＣＡ技术在电动机研制中的应用。 关键词ＭＣＡ电动机故障诊断
１概述
随着企业状态监测工作的推进，电动机故障诊断技术日益受到重视。除了传统的振动技术、红外测温技 术对电动机机械状态进行诊断外，有关电动机电气故障的检测技术还基本上是空白。目前，多数企业还仅限 于对电动机测试对地绝缘等少发基本故障，对电动机绕组故障、断条、磁隙故障等还无从下手。电动机电路 分析ＭＣＡ测试技术突破传统思维，创新地使用电感、阻抗、Ｌ／Ｆ测试等测试参数可以准确区分电动机定子 与转子故障，并进一步确定绕组断路、磁不平衡等故障程度，为电动机电气测试技术提供了可靠的全新的方Ｔ２
惦 ∞ 粥 如
Ｔ２一Ｔ３ Ｔ３一Ｔ１
图３ ６９７
三相电感的波动（也就是磁隙的波动）随转子在不同位置而整体抬升或整体下降，这是典型的磁偏心现象。 造成磁偏心的原因有三种：①转子铸造缺陷，虽机械平衡，但磁路不平衡。②轴弯曲或轴承安装不正， 导致机械偏心。③定子槽深浅加工不当，绕组放置不当，绕组松动。 使用振动频谱分析技术，频谱仅存ｌｘ转频成分，说明电动机的振动可能是转子机械弯曲导致。振动值 持续上升与转子温升造成的弯曲加重有关，此迹象进一步说明磁偏心的原因。因此．建议对转子进行处理。 对转子处理并安装后，测试各项指标正常。
３．１
ＭＣＡ技术的应用
电动机的故障分类
电动机定子绕组可能有四种基本的故障类型：匝间短路，在同一绕组匝间产生的故障；线圈间短路。在。
同一相的线圈间产生的故障；相间短路，不同相线圈之间产生的故障；接地故障，在线圈与地或相地之间出 现的故障。 转子故障有三种基本类型：转子断条，由于起动次数过于频繁、过热、转子拖动或其他问题引起；铸造