使用振動分析診斷交流馬達的電氣故障
電氣故障 在交流感應馬達中，電氣故障是磁路（定子、轉子或兩者之間的气隙）中的缺陷，這些缺陷會透過振動暴露出來。雖然 振動分析 最常與機械問題（例如 不平衡 與 軸承缺陷）相關聯，但它也是發現電氣問題的有效方法。電氣故障會產生脈衝磁場力，使定子和轉子振動；這些振動會透過馬達機座傳播，並容易被 加速規捕捉到。關鍵在於識別與供電頻率和馬達極數相關的圖案。
1. 簡介：作為振動源的電氣故障
診斷電氣故障的關鍵是尋找與電氣線路頻率（依地區不同為 50 Hz 或 60 Hz）以及馬達極數相關的特定頻率峰值。由於這些力是磁性的而非純粹機械性的，有兩個線索可將它們與一般機械故障區分開來：它們的頻率鎖定於供電頻率而非軸轉速，且許多頻率會隨馬達負載變化。經典的診斷測試是在觀察頻譜的同時降低負載；當負載移除時峰值消失，幾乎可以確定是電氣源頭。清楚理解 電氣頻率 以及馬達 轉差率 是以下每個診斷的基礎。
2. 定子故障
定子問題——鐵芯鬆動、線圈鬆動或疊片短路——可能導致定子偏心或變形，在內孔周圍產生不均勻的磁場。結果通常是產生以兩倍電源頻率脈衝的磁力。
- 振動特徵： 最常見的指標是在 兩倍電源頻率（2×FL)處的峰值升高。對於 60 Hz 馬達，這是 120 Hz（7200 CPM）；對於 50 Hz 馬達，這是 100 Hz（6000 CPM）。注意，2×FL 峰值並非定子故障所獨有——供電電壓不平衡、氣隙偏心以及機殼共振也可能導致其升高。
- 特性： 處的L 峰值通常比轉子斷條特徵更穩定且對負載的敏感度較低，但並不能保證其恆定——請透過相電流檢查以及比較帶載與空載頻譜來確認診斷結果。振動通常在定子安裝腳的方向上最大，因為機殼在該方向上對脈動拉力的剛性最強。 定子缺陷 容易與機械 鬆動 在兩倍轉速下的振動混淆，因此負載測試和精確的頻率讀數至關重要。
3. 轉子故障（斷裂的轉子導條）
轉子斷條或裂紋是交流感應馬達的常見故障。當斷條發生時，會破壞轉子籠中的電流流動，產生局部加熱和脈衝扭矩，從而調製轉速振動。
- 振動特徵： 的典型跡象是 斷裂的轉子導條 即 極通過頻率（FP) 邊頻帶 跨越 運轉轉速（1×） 峰值及其 諧波.
- 極通過頻率（FP): 是轉子相對於旋轉磁場滑過的速率，計算公式為 FP = 極數 × 滑差頻率，其中滑差頻率是磁場同步速度與實際軸速之間的差值。
- 特性： 尋找一個 1× 峰值，兩側各有一個清晰的邊帶，一個在 (1× + FP)，另一個在 (1× − FP)。隨著損壞惡化，2× 和 3× 諧波周圍也會出現邊帶。與定子故障不同，此特徵對負載高度敏感——隨著負載增加，邊帶會增大，在無負載時可能完全消失。
4. 氣隙偏心
The 氣隙 是轉子與定子之間的小間隙。如果內孔周圍的間隙不均勻，結果是產生不平衡的 磁拉力 迫使轉子振動。
- 靜態偏心： 轉子在軸承中居中旋轉，但定子鐵芯不圓，因此間隙最窄點在空間中固定。
- 動態偏心： 轉子本身不圓或偏心，因此間隙最窄點隨轉子旋轉——這與 偏擺.
- 振動特徵： 靜態偏心通常會在 2×FL處產生穩定的峰值，因為氣隙最窄點不會移動。動態偏心會隨著轉子旋轉而調變氣隙，產生 1× 運轉速度以及極通過頻率邊帶的振動——在 2×FL ± FP 及運轉速度諧波附近。在實務上，這兩者通常共存，形成複雜的組合模式。
5. 確認與最佳實踐
電氣故障在頻譜中靠近轉速成分，因此嚴格的測量對於區分它們至關重要。
- 高解析度頻譜： 診斷電氣故障需要高解析度的 FFT 頻譜 具有足夠的線數以區分轉速諧波與電源頻率諧波及其緊密排列的邊帶。 縮放 FFT 通常是清晰解析滑差頻率邊帶的唯一方法。
- 負載至關重要： 對於轉子斷條問題，馬達必須在顯著負載下運行——通常高於 75%——缺陷才會顯現。在觀察峰值的同時改變負載，是區分電氣與機械來源最可靠的現場方法。
- 在現場捕捉： 便攜式雙通道分析儀，如 Balanset-1A 可記錄馬達在位的頻譜與同步轉速，使標記 2×FL 定子峰值或依賴負載的極通過邊帶變得簡單，在決定拆解之前——並且，如果真正的罪魁禍首是機械不平衡，則可以 校正轉子動平衡 在同一趟訪問中進行。
- 用其他技術確認： 診斷結果可以用馬達電流特徵分析（MCSA）或 紅外線熱成像來佐證，後者能揭示斷條或疊片短路引起的局部加熱。與更廣泛的 馬達缺陷 進行交叉檢查，可避免將電氣故障與機械故障混淆。
