电机监测专题三：MCSA技术识别转子与轴系故障

电机监测专题三：MCSA技术识别转子与轴系故障

电机电流信号分析（MCSA）是一种用于诊断交流电机及其驱动系统健康状态的技术。通过分析电机在正常运行时采集到的定子电流信号，可以检测潜在故障，实现早期预警和预防性维护。本文将详细介绍MCSA技术在识别转子与轴系故障中的应用。

一、基于电机电流信号分析（MCSA）的电机故障诊断方法

电机定子电流信号分析（Motor Current Signature Analysis, MCSA）是一种用于诊断交流电机及其驱动系统健康状态的技术。该方法通过对电机在正常运行时采集到的定子电流信号进行分析，检测潜在故障，实现早期预警和预防性维护。

MCSA 的核心思想是，电机驱动系统的机械或电气故障会在定子电流信号中留下特定的“指纹”或特征频率。这些特征频率通常与电机的电气参数（如电源频率、极对数）和机械参数（如转速）相关联。通过频域分析，可以识别异常的频率成分，并据此判断电机的健康状况。

二、异步电机的两类常见故障及识别方法

2.1 转子条/端环开裂

2.1.1 故障描述

转子断条故障是指由于制造缺陷、频繁启动、过载或老化等原因，导致异步电机的转子导条断裂或端环开裂，进而引发局部绕组异常。这类故障不仅会降低电机的效率和使用寿命，还可能引发更严重的机械损坏和衍生问题，如多根转子条断裂、高热应力及转子错位等。因此，早期诊断和处理此类故障对电机的安全可靠运行至关重要。

转子断条故障的影响：

• 效率下降：转子条断裂会导致电机输出功率下降，整体效率降低。
• 过热风险：电流分布不均导致局部过热，可能引发绝缘材料老化甚至烧毁。
• 振动加剧：转子质量分布不均引发的振动会缩短轴承寿命，影响其他机械部件的稳定性，严重时可能导致电机扫膛。
• 生产工艺中断：严重的转子断条可能导致电机无法启动，影响生产。

2.1.2识别方法：极通过频率（PPF）

MCSA 是诊断转子断条的有效方法。在电流特征中，电动机极通过频率 ppf（滑差频率 x 极数）在频谱图上表现为工频〖 f〗_L的边带，在 〖 f〗_L ± ppf 处可看到ppf的峰值。ppf峰值的大小是转子健康的重要指标。

随着转子条的劣化（如高阻接点或裂纹），转子阻抗升高，导致电流频谱中的 PPF 峰值增大。通过检测电流信号中的 PPF 及其谐波分量，可以有效识别转子断条问题。

与温度和振动分析相比，MCSA 在诊断转子断条故障方面具有明显优势。MCSA 能在转子条刚开始断裂时检测到异常频率，而温度和振动通常在早期阶段变化不明显，因此 MCSA 能够实现故障的早期检测。

2.2 电机轴系偏心/不对中/不平衡

2.2.1 故障描述

电机轴系偏心、传动系统不对中和负载不平衡通常是由于设备与负载不匹配、安装缺陷、运行磨损、缺乏润滑或维护不当引起的。这些故障会从早期的轻微振动逐渐发展为严重的机械问题，最终可能导致设备停机。


2.2.2识别方法：转子旋转频率（RS）

转子旋转频率（Rotor Speed, RS）是电机转子的旋转频率，通常与电源频率和电机的极数相关。电机工频两侧的转频边带幅值变化可反映出转子偏心、联轴器不对中和负载不平衡等机械故障的状态。

通过分析电流信号，MCSA 能快速提取 RS 信号，监测机械故障引起的转频边带幅值变化，并结合多种故障特征值判断故障类型。

三、WLD8600-MT 电机缺陷诊断系统

WLD8600-MT 电机缺陷诊断系统集成了先进的 MCSA 算法平台和边缘计算分析终端，旨在为用户提供高效可靠的电机健康监控系统。该系统不仅支持在线实时监测，还具备强大的数据分析能力，能够自动识别多种常见的电机故障类型，并提供维护建议。

本文原文来自中国无损检测网