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1、笼型异步电机转子断条故障诊断2009年第7期东北电力技术笼型异步电机转子断条故障诊断FaultDiagnosisonBrokenRotorBarsofSqui~elCageInductionMotor马玲(沈阳S-程学院,辽宁沈阳110136)摘要:通过对电机电流信号分析,提取电流故障特征,实现鼠笼异步电机系统的状态检测及电机电气故障诊断.对比较常见的转子断条故障进行分析,根据电流信号谐波分量的变化提取故障有效特征;对电机轴承故障电流进行分析,并根据多回路理论建立电机故障状态下的仿真模型,对电机转子断条故障运行状态进行了仿真.关键词:异步电动机;状态
2、监测;故障诊断;仿真[中图分类号]TM307;TM343.3[文献标识码】B[文章编号]1004—7913(2009)07-0027—2,异步电动机(简称异步电机或电动机)是电力系统广泛运用的重要的旋转机械,其运行状况对电力系统的安全运行具有很大影响.异步电动机的常见故障主要分为定子故障,转子故障及轴承故障,转子鼠笼故障(主要为导条断裂及端环损坏)是鼠笼式异步电机常见故障.产生故障的内因是工艺质量问题,外因是工作条件恶劣,启动频繁.1基于多回路法的鼠笼式感应电机数学模型多回路理论突破了以相绕组为基本分析单元的电机理论,把电机看作具有相对运动的网络,为
3、电机内部故障的定量分析提供了全新的方法.多回路理论将转子看作由端环和导条组成的回路.通过对这些回路及其与定子绕组线圈之间的相互作用进行分析,得出电机的电磁关系方程.该方程与电机机械运动方程结合构成电机模型,并应用数学方法解方程组,得到定子各相电流,转速等电机参数.通过分析参数的变化规律,判断电机是否出现故障.按照上述方法,列出鼠笼式感应电机故障前基本电压方程和磁链方程:U]=[R][,]+P[]…【[]=[][,]式中[u]——电压向量;[,]——电流分量;[l——电阻矩阵;[]——电感矩阵;[——磁链矩阵;P——微分算子.电机机械特性方程:『警=(
4、一)/JI式中——电机电磁转矩;——电机负载转矩;.,—一电机转动惯量系数;∞,——转子旋转角速度;转子瞬时位置的机械角度.将电机定,转子各回路电流,电机机械角速度及机械角位移参数代人鼠笼式感应电机多回路基本方程中,得到一个一阶微分方程组(鼠笼式三相感应电机多回路状态方程):f=[[aEL][,]r—J[][R][,]ld1Idear1』历OL[,]一【一dt——_一当转子发生故障后,将式(3)进行适当修改,即可得到电机在故障状态下的状态方程.2导条断裂对定子电流的影响定子绕组对称时会产生频率为厂(为电机供电频率)的旋转场.这个旋转场通过穿过转子回路
5、的磁链,在转子中感应产生频率为的电动势,从而在转子中感应产生相应频率的转子电流.由于转子导条(端环)断裂导致转子非对称,转子电流在气隙中感应产生2个旋转方向相反,旋转速度东北电力技术2009年第7期分别为和一的旋转磁场.旋转速度为的磁场与定子磁场相互作用,旋转速度为一的磁场在定子中感应产生频率为(1—2s)/的电流分量,该电流分量产生频率为2的电磁转矩.电磁转矩与转子的转速有关,其周期性变化将引起转子速度周期性波动,最终引起转子磁场周期性波动,并在定子电流中产生频率为(1+2s).厂的电流分量.频率为(1±2s)I厂的定子电流也会产生旋转磁场.通过这
6、个磁场,定子电流作用于转子,在转子中感应产生频率为±3电流.此电流作用于气隙磁场,引起相应频率的旋转场,在定子电流中感应产生频率为(1±4s).厂谐波电流分量,最终在定子绕组中感应产生频率为(1±2ks).厂(k:0,1,2…)的谐波电流分量.当k>1时,谐波分量幅值很小,可以忽略,但不利于检测和判别,(1±2s)份量能明显地检测到,而且这一组信号与断条故障程度有直接关系,可以选取这一组信号作为断条,断环故障检测的特征信号.3仿真分析通过对1台鼠笼式三相感应电机进行仿真,电机采用星形接头,对电机模型进行仿真,得到约7s电机稳定运行时定子A相电流
7、数据.电机气隙磁场谐波次数为40次.图1～图4分别给出了电机在正常,1根导条断裂,2根导条断裂,3根导条断裂情况下A相电流频率与噪音波形.定子A相电流各次谐波幅值见表1.∞口{j匝∞砸由表I可以得出以下结论.a.与无故障时相比,导条断裂时定子A相:_一一一!:,±..oIo203040506070频率/Hz图1转子正常状态下定子电流低频段频谱{:】l._l.把_45464748495OSl52535455频率/ltz图21根导条断裂时定子A相电流低频部分频谱号材匹∞{缸J1
8、_:!:{l!j.琴:...:R:i;jj—n0÷一'r;频率/ttz
9、图32个导条断裂时定子电流低频段频谱i.iI:};..f,:rf-i卜r::!ji'.二盎蕾!'042444
