电机故障诊断中振动测试仪的应用分析

于丽丽，雷声媛

(榆林职业技术学院，陕西 榆林 719000)

电机是工农业发展和生产生活中必不可少的动力源设备类型，是工业生产机械能够正常运行的基本驱动力[1]。在电机运行过程中，由于自身性能和运行环境等方面的影响，使得电机设备在运行过程中，必然会出现一些故障现象，对机械设备整体系统运行产生直接性的影响[2]。振动测试仪在应用于电机故障测定过程中，能够通过传感器的作用获取轴承或测定部位的振动信号，进而通过数据记录、传输和分析等过程，对电机的工作状态进行准确判定。在现代工业生产过程中，振动测试仪的应用已经较为广泛，深入了解振动测试仪的结构及其工作原理，掌握基本的应用流程，对其应用要点进行准确分析，能够提升振动测试仪的应用水平，确保电机故障诊断的准确程度，为后续检修工作的开展提供准确指导，为机械系统的正常运行奠定良好的基础[3]。

1 电机故障类型及原因分析

1.1 电机故障类型

随着电机设备应用范围的不断广泛，电机故障发生频率不断增加，对生产经营造成的危害也愈加严重。通常情形下，电机故障都是指电机在正常运行过程中发生的故障，其现象表现为电机缺相运行、本体发热、发生振动和声音异常等。这些现象的发生主要来源于机械故障和电气故障两个层面，其中又以机械故障为主，尤其是对于振动和声音异常现象而言，二者不仅会伴随发生，而且产生故障现象的部位也基本保持在同一部位。

1.2 故障原因分析

就以上故障现象而言，其发生的原因仅有极少数情形是由电气故障引起的，例如外部电源系统运行不稳定、通风系统故障造成负荷支撑不足、各相电流不平衡等。大多数的情形下，都是由于不同情况的振动所造成的，例如电机轴承磨损过度而损坏、基础强度不足、某一部位螺丝松动、缺油等。在这些情况发生时，会造成电机运行的幅值、频率和相位等处于异常状态，由此造成振动超出电机正常运行要求的范围。在生产过程中，这些现象即便不会当时造成故障的发生，也会留下较大安全隐患，必然会导致后期故障发生。基于振动测试仪的检测功能，能够提前对电机工作过程中振动状态进行测定，进而分析振动参数是否符合正常工作要求，从而为电机维修提供科学指导。

2 振动测试仪结构分析

2.1 振动测试仪硬件组成

在工业生产和电力生产系统中，振动测试仪具有广泛的应用空间，由于实际应用场景和设备型号的不同，振动测试仪的硬件组成也有较大的差别。但就整体上来说，常见的振动测试仪都具有传感器、信号处理电路、数模转换和数据显示等基本硬件。此外，由于具体功能设计的不同，不同类型的振动测试仪还包含有采样放大器、通信串口、外接电源串口等硬件设备，为扩展其应用场景起到应有的支撑作用。

2.2 振动测试仪功能说明

虽然从字面含义来理解，振动测试仪是应用于振动状态的测定，但是就具有层面来说，其还有不同内涵的功能，这些功能主要体现在以下几个方面：一是振动测量，包括振动的速度、加速度和位移测量；二是对轴承状态进行检测，包括轴承在高频振动状态下的加速度和振动速度有效值；三是对共振现象进行测定，其测定是基于三个垂直面检测振动幅度而完成的[1]。振动测试仪功能不同，所诊断的具体层面不同，在电机故障诊断中所起到的作用也有所不同。

2.3 振动测试仪分类

基于不同的分类标准，振动测试仪的具体类型也有所不同。依照其检测作用来说，可以分为机械式测振仪和电子式测振仪；依照数据采集方式不同，可以分为接触式测振仪和非接触式(传感式)测振仪；依照外部结构不同，可以分为笔式测振仪和分体式测振仪；根据参数显示多寡不同，可以分为单参数测振仪、双参数测振仪和多参数测振仪。此外，根据振动测试仪功能设置的不同，还有和温度、湿度测定等相结合的复式振动测试仪。这些不同的分类为生产和技术人员选择提供了更为宽阔的选择空间。

3 振动测试仪应用流程及测试原理说明

振动测试仪的工作原理是基于其工作流程实现的，在实际应用过程中，其基本应用流程如图1所示。

根据通常的工作情形，可以将振动测试仪的正常工作流程分为准备阶段、信号收集和处理阶段、信息显示阶段三个主要部分。在这三个阶段的运行流程中，处理对象有所不同，工作原理也有所不同。

图1 振动测试仪工作流程图

3.1 准备阶段

这一阶段的主要工作是对测试对象进行仔细观察，确定测试的准确位置。如果对于测定位置无法准确认定，则需要根据实际情形多方布置，确保测定结果的准确性。由于大多数电机故障诊断工作的开展都是的机械设备工作现场进行的，现场环境比较复杂，应当尽量避免工作环境带来的负面影响。

3.2 信号收集和处理阶段

信号收集是传感器设备的功能实现的，传感器的工作模式有接触式和无线式两种。接触式的工作原理比较简单，无线传感器则又包括变极距型传感器和差动电容传感器两种，前者在进行传感测定时，线性度比较低，灵敏度与平行板设计的电容初始极距有直接关系，后者的灵敏度相对于普通电容传感器来说，具有较大的提升和更为广阔的应用空间。

由于电机是一种较为精密的工作仪器，在工作过程中产生振动是必然现象，而在发生故障的情形下，其振动的振幅、频率和相位偏差也是非常微小的。传感器直接所接受到的信号非常微弱，无法满足后续处理流程的需要，因此在进行传输之前，首先要经过信号放大电路，基于电荷放大器提升信号强度。在电路放大处理后，由于环境因素的影响，信号中会包含一定的低频和高频噪音信号，要确保后续信号处理质量，还需要进行滤波处理。

在对采集到的模拟信号完成上述处理流程之后，就可以对模拟信号进行数字化处理，为数字分析做好准备。从工作原理上来分析，这一转换过程包括抽样、量化和编码三个方面的内容，但是在具体运行过程中，这一流程的工作内容是基于模数转换芯片来实现的[2]。同时应用于不同领域的振动测试仪，所采用的芯片性能完全不同，设计原理也完全不同。

模数转换完成之后，振动信号经过分析与处理，就可以经过传输流程将分析结果以数字形式显示出来。

3.3 信息显示

由于不同型号的设备所测定的数据参数有着较大不同，其所显示的具体界面也有所不同。在信息技术支撑下，为了方便技术人员对信息处理结果进行准确分析，还可以基于数据线或蓝牙等传输方式，将结果传输到电脑端。多数型号的振动测试仪在电脑端的显示结果是以EXCEL表格形式出现的。FLUKE 805型号的振动测试仪所显示的分析结果趋势如图2所示。

图2 FLUKE 805型振动测试仪趋势图

4 振动测试仪的应用要点分析

4.1 准备阶段要点分析

准备阶段工作是后续所有工作流程开展的基础，对于数据测定的准确性具有直接性的影响。对于某些新型振动测试仪而言，在传感器设计水平不断提升的情形下，能够将设备倾斜、接触压力不足等现象带来的测量偏差缩小到最低程度。尽管如此，技术人员在准备期间，还要对电机和机械设备的运行状态深入了解，根据实际情形安排合理的工作时间，选择对应分辨力和准确度的振动测试仪设备，尽量排除影响测量精度的负面因素，确保操作人员在工作开展过程中的安全，减少由于准备不足带来的安全隐患，降低对正常生产造成的影响。

4.2 测定过程要点分析

由于测定过程程序较多，各个环节的具体操作都会对测定结果产生较大影响，强化对这一工作流程的重视程度，具有重要的意义。在测定过程中，首先要避免机械工作环境中电、磁等因素对振动测试仪带来的干扰，避免由此带来的测定结果误差较大现象[3]。其次是要能够科学选定测定位置，对电机振动现象的加速度、速度和位移等数据进行准确测定，在测定结果与预测分析出现较大差距的情形下，应当从设备选型和工作环境两个方面查找具体原因，并根据查找结果采取对应的解决措施，避免出现测定结果与实际情形不符，给后续检修工作带来错误指导。

4.3 诊断说明要点分析

就目前的振动测试仪类型而言，大多数设备都具有屏幕显示功能，能够在测定的分析结果直观地显示出来，为技术人员后续检修处理提供指导方案。但是对于某些较为复杂的振动现象来说，仅靠设备自身的显示还不够全面，这就需要将数据从设备导出，在电脑平台上进行深入分析。在这一阶段处理过程中，需要技术人员能够根据设备厂家的要求，安装对应的操作程序，避免由于操作不当造成数据丢失或传输不全。同时，对于较为复杂的结果分析，还要求技术人员深入学习设备厂商提供的技术文件，能够进行更加深入的分析。

4.4 检修要点

振动测试仪应用的最终要求是能够为检修工作提供准确的数据指导，确保电机设备的正常运行。因此在检测结果对故障信息显示较为明显的情形下，必须结合生产计划尽快安排停机检修，避免由于检修不够及时带来的故障扩大化。在检修工作中，首先应对振动测试仪显示出来的故障进行分析，明确故障发生的部位和原因，采取有针对性的技术措施进行解决。如果根据振动测试仪显示结果进行对应的维修之后，故障现象依然无法解除，则应当进行再次检测，同时对电机运行状态进行全面维护，以确保故障现象的彻底解除。

5 结 语

基于振动测试仪对电机故障进行检测，是工业生产、电力能源和建筑企业等多种领域电机故障诊断的基本方法。目前我国相关企业在这类产品的研发和生产上也投入了较大的力度，开发出具有多种性能、针对不同工作场景的振动测试仪设备。这些设备的特性之间存在较大差异，对于技术人员的水平要求也具有极大的不同，这就要求相关人员在实际应用过程中，必须强化对设备应用技术的学习力度，准确掌握振动测试仪应用过程中的要点，明确设备故障根源，推动电机维修技术的不断提升。