畢業(yè)論文---鼠籠電機故障診斷分析

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　異步電動機具有結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、運行可靠等優(yōu)點而成為各種生產(chǎn)過程中使用最為廣泛的能量轉(zhuǎn)換裝置，在電力、冶金、石油、化工、機械等工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用。特別是近年來隨著交流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，鼠籠式異步電動機在一些高性能傳動領(lǐng)域也占有了一席之地。它們實現(xiàn)了工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中一半以上的能量轉(zhuǎn)換，其運行狀態(tài)直接決定了生產(chǎn)過程的效益，

2、生產(chǎn)線的安全以及產(chǎn)品的質(zhì)量。在某些特殊的場合，如核反應(yīng)堆的冷卻系統(tǒng)，煤礦的通風(fēng)系統(tǒng)等，關(guān)鍵電機的運行狀態(tài)直接影響著生產(chǎn)人員的生命安全。因此，保證這些電機在生產(chǎn)過程中安全可靠運行具有重要意義。</p><p>　　本設(shè)計研究鼠籠電機故障診斷分析，先后介紹了鼠籠電機的結(jié)構(gòu)、工作過程、故障類型及原因，并重點研究了轉(zhuǎn)子斷條故障的檢測。</p><p>　　關(guān)鍵字： 鼠籠電機　　轉(zhuǎn)子斷條　　故障診斷

3、分析　　 </p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Because of their simple structure﹑low price and high reliability, induction motors are widely used in many aspects, such as electric power

4、 system﹑metallurgy﹑petroleum﹑chemical engineering﹑machine etc. They carry out more than half energy conversion in the work and agriculture. Sometimes the appearance of squirrel-cage induction motors effect the safety of

5、the production line and the quality of the products. Even at some special situation, such as the cooling system in a reactor or well ventila</p><p>　　In the paper we discuss the probable breakdowns which t

6、he induction motors always happen, and first we introduce the structure of the induction motors，then process of the working，the type of the breakdowns even the course, at last we talk about the serious stoppage of rotor

7、bars that induction motors always happen owing to stresses.</p><p>　　Key words: Squirrel-cage Induction Motors　　</p><p>　　Broken Rotor Bars　　Online Induction</p><p><b>　　目

8、 錄</b></p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　前言 ……………………………………………………………………1</p><p>　　1. 異步電機的基本介紹………………………………………………2</p><p>　　1.1 異步電機的結(jié)構(gòu)、工作過程 …………………………………3<

9、;/p><p>　　1.2 異步電機的故障類型概述 ……………………………………4</p><p>　　2. 異步電機的故障類型及原因………………………………………4</p><p>　　2.1 異步電機故障類型與故障機理 ………………………………4</p><p>　　2.2 異步電機故障的直接原因 ……………………………………8</p&

10、gt;<p>　　2.3 異步電機故障的間接原因 ……………………………………11</p><p>　　3. 異步電機的故障檢測診斷…………………………………………14</p><p>　　3.1 異步電機絕緣故障原因的診斷分析 …………………………15</p><p>　　3.2 異步電機繞組接地故障診斷方法 ……………………………16</p&

11、gt;<p>　　3.3 異步電機繞組短路故障診斷方法 ……………………………18</p><p>　　4. 鼠籠電機轉(zhuǎn)子斷條故障診斷分析…………………………………20</p><p>　　4.1 常見鼠籠電機轉(zhuǎn)子故障 ………………………………………20</p><p>　　4.2 鼠籠電機轉(zhuǎn)子故障檢測的傳統(tǒng)方法 …………………………21</p&

12、gt;<p>　　4.2.1 傳統(tǒng)的檢測方法 …………………………………………21</p><p>　　4.2.2 鼠籠電機轉(zhuǎn)子斷條鼓掌排除方法 ………………………23</p><p>　　4.3 鼠籠電機轉(zhuǎn)子故障檢測的在線方法 …………………………24</p><p>　　4.3.1 定子電流頻譜診斷法 ……………………………………24 </p

13、><p>　　4.3.2 傅里葉變換法、小波分析法 ……………………………26</p><p>　　4.3.3 Park’s矢量法、氣隙轉(zhuǎn)矩分析法…………………………28</p><p>　　4.4 鼠籠電機轉(zhuǎn)子斷條實驗數(shù)據(jù)以及分析………………………29</p><p>　　5. 結(jié)論 ………………………………………………………………37<

14、/p><p>　　參考文獻 ……………………………………………………………39</p><p><b>　　致謝</b></p><p><b>　　前 言</b></p><p>　　本設(shè)計為畢業(yè)設(shè)計，研究異步電機的故障診斷分析，尤其是轉(zhuǎn)子故障的分析。是根據(jù)目前對異步電機各種性能改善的要求，在確保

15、各生產(chǎn)安全、可靠、經(jīng)濟的基礎(chǔ)上完成的。</p><p>　　本設(shè)計的主要內(nèi)容包括：異步電機的結(jié)構(gòu)分析、異步電機的故障類型及原因、異步電機各種故障的檢測診斷和鼠籠電機轉(zhuǎn)子斷條故障的診斷分析，以及鼠籠電機轉(zhuǎn)子斷條故障實驗數(shù)據(jù)分析。</p><p>　　在設(shè)計的過程中，緊密聯(lián)系鼠籠電機實際工作環(huán)境，對可能出現(xiàn)的故障進行了研究，通過搜集廣泛的資料，查閱大量的圖書，注重基本理論和概念，在此基礎(chǔ)上完成

16、了設(shè)計的各個環(huán)節(jié)。</p><p>　　在設(shè)計的過程中得到了吳堯輝導(dǎo)師的大力指導(dǎo)，還有同學(xué)們的幫助，在此致以衷心的感謝。由于專業(yè)知識的不足，在設(shè)計中不免出現(xiàn)錯誤，請老師給予指正。</p><p>　　1．異步電機的基本介紹</p><p>　　異步電動機主要用作電動機，拖動各種生產(chǎn)機械。例如，在工業(yè)應(yīng)用中，它可以拖動風(fēng)機、泵、壓縮機、中小型軋鋼設(shè)備、各種金屬切削機床

17、、輕工機械、礦山機械等，在農(nóng)業(yè)應(yīng)用中，可以拖動水泵、脫粒機、粉碎機以及其他農(nóng)副產(chǎn)品的加工機械等。在民用電器中，電扇、洗衣機、電冰箱、空調(diào)機等都由單相異步電動機拖動?？傊?，其應(yīng)用范圍廣，需要量大，是實現(xiàn)電氣化不可缺少的電氣設(shè)備。</p><p>　　異步電動機主要的優(yōu)點為：結(jié)構(gòu)簡單、容易制造、價格低廉、運行可靠、堅固耐用、運行效率較高和具有適用的工作特性。缺點是功率因素較差。異步電動機在運行時，必須從電網(wǎng)里吸收滯后

18、性的無功功率，它的功率因素總是小于1，由于電網(wǎng)的功率因素可以用別的辦法進行補償，這并不妨礙異步電動機的廣泛應(yīng)用。</p><p>　　對那些單機容量較大、轉(zhuǎn)速又恒定的生產(chǎn)機械，一般采用同步電機拖動為好。因為，同步電機的功率因數(shù)是可調(diào)的。但并不是說，異步電機就不能拖動這類生產(chǎn)機械，而是要根據(jù)具體情況進行分析比較，以確定采用那種電機。</p><p>　　異步電動機運行時，定子繞組接到交流電源

19、上，轉(zhuǎn)子繞組自身短路，由于電磁感應(yīng)的關(guān)系，在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生電動勢、電流，從而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。所以，異步電機又叫感應(yīng)電機。</p><p>　　異步電動機的種類很多，從不同角度看，有不同的分法。例如：</p><p>　　按定子相數(shù)分，單相異步電機、兩相異步電機和三相異步電機。</p><p>　　按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)分，有繞線型異步電機和鼠籠異步電機。鼠籠電機包括單鼠籠異步電動

20、機、雙鼠籠異步電動機和深槽異步電動機。本設(shè)計只討論較常用的鼠籠異步電動機的問題。</p><p>　　1.1 異步電機的結(jié)構(gòu)、工作過程</p><p>　　下面介紹一下異步電動機的結(jié)構(gòu)。</p><p>　　異步電機主要由定子和轉(zhuǎn)子兩大部件組成，定子和轉(zhuǎn)子之間有一個很小的氣隙。此外還有端蓋、軸承、風(fēng)扇等零部件。圖1-1為籠型異步電動機的結(jié)構(gòu)圖。</p>

21、<p>　　圖1-1 三相籠型異步電動機的構(gòu)造</p><p>　　1—軸承蓋　　2—端蓋　　3—機座　　 4—軸承　　 5—籠型繞組 </p><p>　　6—轉(zhuǎn)子鐵心　7—罩殼　　8—風(fēng)扇　 9—定子繞組　　10—轉(zhuǎn)子　</p><p>　　11—轉(zhuǎn)軸　　12—定子鐵心 　　13—接線盒</p><p>　　當(dāng)三相異步

22、電機接到三相電源上，定子繞組就能夠產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場，該磁場相對切割轉(zhuǎn)子繞組，在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，籠型電機轉(zhuǎn)子閉合，則會產(chǎn)生轉(zhuǎn)子電流，該電流與定子旋轉(zhuǎn)磁場相互作用，使轉(zhuǎn)子繞組導(dǎo)體受到電磁力，而使轉(zhuǎn)子跟著定子旋轉(zhuǎn)磁場同方向旋轉(zhuǎn)。</p><p>　　由于轉(zhuǎn)子電流是由定子旋轉(zhuǎn)磁場感應(yīng)產(chǎn)生這一原理來考慮，異步電動機又可以稱為感應(yīng)電動機。電機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n總要略小于定子旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n1,這兩種轉(zhuǎn)速的差異是電動機能夠

23、工作的必要條件，因為轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n加速到等于同步轉(zhuǎn)速n1 時，轉(zhuǎn)子繞組和氣隙旋轉(zhuǎn)磁通密度之間就沒有相當(dāng)運動，當(dāng)然轉(zhuǎn)子繞組中就不再有感應(yīng)電動勢了，電流和電磁轉(zhuǎn)矩都等于零。也就是說，這種情況不可能維持下去。通常把同步轉(zhuǎn)速n1和電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n之差與同步轉(zhuǎn)速n1的比值叫做轉(zhuǎn)差率，用s表示。異步電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速隨負載的變化而變化的，轉(zhuǎn)差率s也就隨負載的變化而變化，一般在空載時，s約在0.5%以下；額定負載時，s約為2%-5%。</p>

24、<p>　　1.2 異步電機的故障類型概述</p><p>　　從故障性質(zhì)上看，異步電動機的故障大致可以分為電氣性故障和機械性故障兩大類，電氣性故障主要包括定子繞組故障和轉(zhuǎn)子導(dǎo)條故障，而機械性故障則包括由于機械上的原因而引起的氣隙偏心故障等。</p><p>　　籠型異步電動機由于結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、運行可靠，在電力、冶金、石油、化工、機械等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。由于工作環(huán)境

25、惡劣或電機啟動頻繁等原因，轉(zhuǎn)子導(dǎo)條或者端環(huán)經(jīng)常會發(fā)生開焊和斷裂等故障。這種故障先有1~2根，而后發(fā)展成多根，以至出力下降，最后帶不動負荷而停機。對電機進行在線檢測，提前發(fā)現(xiàn)電機的故障隱患及早采用相應(yīng)措施，以減少或避免惡性故障的發(fā)生。</p><p>　　異步電動機轉(zhuǎn)子故障的發(fā)生，將會使電機各運行參數(shù)發(fā)生相應(yīng)的變化，通過檢測電機參數(shù)在故障前后的變化，可以達到檢測電機故障的目的。</p><p&g

26、t;　　2．異步電機的故障類型及原因</p><p>　　2.1 異步電機故障類型與故障機理</p><p>　　異步電機長期運行，一些結(jié)構(gòu)、部件會逐漸劣化，逐漸失上原有性能和功能，就會暴露出一些不正常的狀態(tài)，例如定子電流不穩(wěn)定，轉(zhuǎn)子振動等一系列故障。診斷技術(shù)是通過各種檢測技術(shù)、測定出能反映故障隱患和趨勢的參數(shù)，從中得到預(yù)警信息，進一步通過信息分析對電動機故障程度和起因有—個準確判斷，能

27、及時、有效的對電動機進行維修、排除故障，以實現(xiàn)電動機的預(yù)知維修，而不致影響生產(chǎn)。</p><p>　　但是檢測技術(shù)只能測出各種參數(shù)，而且有些參數(shù)不是直接反映事故的一次參數(shù)，而是間接反映事故的二次參數(shù)。因此，故障認別必須有大量經(jīng)驗積累，形成一個數(shù)據(jù)庫和專家系統(tǒng)后，才有較高的可靠性。同時故障識別必須對診斷對象的各種性能、結(jié)構(gòu)、各種參數(shù)非常熟悉。為了對電動機的故障能出準確的判斷，先介紹電動機各部分可能產(chǎn)生的故障。<

28、;/p><p>　　表1 鼠籠電機故障類型與型態(tài)</p><p>　　2.2 鼠籠電機故障的直接原因</p><p><b>　?。?）定子鐵心故障</b></p><p><b>　　① 定子鐵心短路 </b></p><p>　　大部分發(fā)生在齒頂部分。交流電動機定子鐵心中

29、磁通是交變的，鐵心中的磁滯損耗、渦流損耗及表面磁通脈振損耗都將使鐵心發(fā)熱。為了減小定子鐵心的損耗，通常都將定子沖片兩邊涂有絕緣層以形成隔離層，以減小損耗。由于鼠籠異步電動機氣隙小，裝配不當(dāng)，軸承磨損，轉(zhuǎn)軸彎曲及單邊磁拉力等原因，都可能造成定子、轉(zhuǎn)子相擦，使定子鐵心局部區(qū)域齒頂上絕緣層被磨去，并因毛刺使片間相連，致使渦流損耗增大而局部過熱，甚至危及定子繞組。由于局部高溫造成絕緣熱分解，能聞到絕緣揮發(fā)物和分解物的氣味。而電動機此時往往出現(xiàn)空

30、載電流加大，振動和噪聲增大，有時能發(fā)現(xiàn)機座外殼局部部位溫度高，發(fā)現(xiàn)以上情況應(yīng)及時停機檢修。</p><p>　?、?往往是由于制造時鐵心壓裝不緊，或定子鐵心緊固件松脫或失效時發(fā)生，其主要征象是電磁噪聲增加，特別是在起動過程時的電磁噪聲。振動大是鐵心松動的另—征象，鐵心松動故障不但使電機的噪聲使人難以忍受，長期存在將導(dǎo)致繞組絕緣因振動大而大大縮短壽命。</p><p><b>　　

31、（2）絕緣故障</b></p><p>　　鼠籠異步電動機各部分絕緣都是由不同絕緣材料，經(jīng)過各種處理組合成的絕緣，各部分的絕緣結(jié)構(gòu)組成了電動機的絕緣系統(tǒng)。但是無論是機械強度、耐熱性、對環(huán)境的抵抗能力以及耐久性等方面，絕緣系統(tǒng)都是電動機結(jié)構(gòu)中較薄弱的環(huán)節(jié)，其發(fā)生故障的幾率也較高，老化、磨損、過熱、受潮、污染和電暈都會造成絕緣故障。</p><p>　?、?老化 電機的絕緣結(jié)構(gòu)，運

32、行中由于長期的高溫、機械應(yīng)力、電磁場、日照、臭氧等因素的作用，發(fā)生了種種化學(xué)和物理變化，使其機械強度降低，電氣性能劣化，如失去彈性、出現(xiàn)裂紋、泄漏電流增加、介質(zhì)損耗增加、擊穿電壓降低等，這些都是老化現(xiàn)象。</p><p>　?、?磨損 絕緣結(jié)構(gòu)由于電磁力的作用和機械振動等原因，繞組間、繞組與鐵心、固定結(jié)構(gòu)件之間發(fā)生位移和不斷摩擦，而使絕緣局部變薄、損壞。</p><p>　?、?過熱 絕緣

33、材料和絕緣結(jié)構(gòu)中，由于內(nèi)部揮發(fā)成分的逸出，氧化裂解，熱裂解等化學(xué)、物理變化，生成氧化物，使絕緣層變硬、發(fā)脆、出現(xiàn)裂紋、針孔，而導(dǎo)致機械和電氣性能的降低。</p><p>　?、?受潮 絕緣材料和絕緣結(jié)構(gòu)中有許多強極性物質(zhì)，分子中含有OH基的有機纖維材料，以及組織疏松、多孔狀材料。而另—方面因水分子尺寸和粘度很小，能透入各種絕緣材料的裂紋和毛細孔，溶解于絕緣油和絕緣漆中，水分子的存在使絕緣結(jié)構(gòu)的漏導(dǎo)電流大大增加，電

34、氣性能大大降低。</p><p>　?、?污染 絕緣結(jié)構(gòu)的表面和內(nèi)部，存在不少裂紋、針孔和微泡，當(dāng)導(dǎo)電性塵埃或液體粘結(jié)在絕緣層的表面或滲入裂紋和針孔時，構(gòu)成了很多漏電通道，使漏導(dǎo)電流大大增加，降低了絕緣可靠性。</p><p>　?、?電暈 當(dāng)定子電壓較高，電機環(huán)境海拔較高時易發(fā)生。高壓電機定子繞組在通風(fēng)槽口和端部出槽口處，絕緣表面電場分布是不均的，當(dāng)局部場強達到臨界值時，空氣發(fā)生局部電離

35、(輝光放電現(xiàn)象)，在黑暗時就能看到藍色熒光，這就是電暈現(xiàn)象。電暈產(chǎn)生的熱效應(yīng)、臭氧和氮的氧化物都會對絕緣產(chǎn)生腐蝕現(xiàn)象，使局部絕緣層很快銷蝕，耐壓強度降低。</p><p>　　（3）異步電動機的轉(zhuǎn)子繞組故障</p><p>　　異步電動機的轉(zhuǎn)子繞組故障主要是轉(zhuǎn)子斷條和端環(huán)開裂，電動機在起動時，繞組內(nèi)短時間流過很大電流，不僅承受很大沖擊力，而且很快升溫，產(chǎn)生熱應(yīng)力，端環(huán)還需承受較大離心應(yīng)力。

36、反復(fù)的起動、運行、停轉(zhuǎn)，使籠條和端環(huán)受到循環(huán)熱應(yīng)力和變形，由于各部分位移量不同，受力不均勻，會使籠條和端環(huán)因應(yīng)力分布不均勻而斷裂。另外，從電磁力矩來看．起動時的加速力矩，工作時的驅(qū)動力矩是由籠條產(chǎn)生的，減速時籠條又承受制動力矩，由于負載變化和電壓波動時，籠條就要受到交變負荷的作用，容易產(chǎn)生疲勞。</p><p>　　產(chǎn)生這類故障的原因有：</p><p>　?、?鋁所用的原料不純，熔鋁槽內(nèi)

37、雜質(zhì)較多，使雜質(zhì)混入鋁液中注入轉(zhuǎn)子，在有夾雜的地方就容易產(chǎn)生斷條。</p><p>　?、?鑄鋁工藝不當(dāng)也可造成轉(zhuǎn)子斷條，如鑄鋁時鐵心預(yù)熱溫度不夠，手工鑄鋁不是一次澆完而中間出現(xiàn)停頓，使先后注入的鋁液結(jié)合不好，以及鑄鋁前鐵心壓裝過緊，鑄鋁后轉(zhuǎn)子鐵心漲開，使鋁條承受不了過大的抗力而拉斷。</p><p>　　（4）異步電機轉(zhuǎn)子本體的故障</p><p>　　轉(zhuǎn)子是電動

38、機輸出機械功率的部件，工作時往往承受各種復(fù)雜和變化的應(yīng)力，如離心力、電磁力、熱應(yīng)力、慣性力和附加強迫振蕩力，容易出現(xiàn)各種各樣的故障。</p><p>　　轉(zhuǎn)子上部件的脫落和松動造成轉(zhuǎn)于失衡，轉(zhuǎn)子偏心產(chǎn)生不對稱磁拉力，轉(zhuǎn)軸彎曲、軸頸橢圓等原因，都將導(dǎo)致電動機振動增加。</p><p>　　沖擊性載荷在電動機和負載機械構(gòu)成的慣量系統(tǒng)中會激發(fā)起扭轉(zhuǎn)振蕩，使轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)部件和轉(zhuǎn)軸因高交變力矩而疲勞。&

39、lt;/p><p>　　2.3 異步電機故障的間接原因</p><p>　　電動機的運行受很多因素的影響，歸納起來有安裝地點和周圍環(huán)境的影響，地基或安裝基礎(chǔ)的影響。圖2-1是這些因素對電機運行影響的示意圖。這些因素造成了對電動機運行的干擾，在極端的條件下使電動機出現(xiàn)故障現(xiàn)象，甚至無法遠行。這些因素對電動機運</p><p>　　圖2-1影響電動機安全運行的因素<

40、/p><p><b>　　行的干擾分述如下：</b></p><p><b>　　(1)電源的原因</b></p><p>　　電源除向電動機輸入電功率外，同時伴隨而來的有些因素卻給電動機運行帶來干擾，如電網(wǎng)的電壓和頻率波動，當(dāng)電壓過低時，重載的異步電動機會因堵轉(zhuǎn)而燒毀；快速開關(guān)或油開關(guān)切斷時產(chǎn)生的浪涌電壓或操作過電壓，會造成

41、過電壓擊穿；雷擊過電壓同樣會使絕緣系統(tǒng)因過電壓而擊穿；電源中的諧波分量會造成換向困難和交流電機諧波轉(zhuǎn)矩的增加，這些都會對電動機運行產(chǎn)生不利影響。</p><p>　　(2)負載性質(zhì)和自載機械的原因</p><p>　　電動機在軸伸端輸出機械功率，必須要滿足工作機械要求，包括過渡過程所需加速力矩或制動力矩。但電動機也受到來自工作機械的反力和附加力矩的影響，如安裝時不對稱，聯(lián)軸節(jié)調(diào)整不當(dāng)，以及

42、出于沖擊負荷引起的扭振等，都會從軸伸端輸入附加力和交變力矩，影響電動機運行，使電動機產(chǎn)生振動。</p><p>　　(3)安裝環(huán)境和場所的原因</p><p>　　電動機在運行時，向周圍空間發(fā)散熱量和噪聲，但是環(huán)境溫度、濕度、海拔高度以及電動機安裝場所的粉塵、有害氣體、鹽霧、酸氣等，對電動機的運行也將產(chǎn)生影響。</p><p>　　(4)地基或基礎(chǔ)的原因</p

43、><p>　　電動機向工作機械傳輸?shù)霓D(zhuǎn)矩和電動機自重必須由地基或基礎(chǔ)來承受，由軸伸傳入的工作機械附加力矩。合閘、拉閘時出現(xiàn)的沖擊力矩，也通過電動機的機座傳到地基。但是，電動機也常常會受到來自地基的反作用力，如因基礎(chǔ)振動沖擊使電機受到影響。</p><p>　　(5)運行條件的原因</p><p>　　惡劣的環(huán)境和苛刻的運行條件，以及超過技術(shù)條件所規(guī)定的允許范圍運行，住往

44、是直接導(dǎo)致故障的起因。例如電動機因過載會導(dǎo)致溫升過高而燒毀；環(huán)境濕度過高往往會使絕緣受潮而絕緣電阻降低，泄漏電流增加，甚至發(fā)生擊穿；電網(wǎng)電壓過低也會使電動機堵轉(zhuǎn)或過熱而燒毀；快速開關(guān)動作時的浪涌電壓可能會導(dǎo)致絕緣擊穿；多次連續(xù)起動往往會導(dǎo)致同步電動機阻尼繞組開焊或斷條。運行條件不適合導(dǎo)致各種故障。 </p><p>　　運行條件對各類電動機產(chǎn)生的影響和結(jié)果是不同的，例如頻繁起動對直流電動機影響不大，而同步電動機和

45、異步電動機在通常情況下是不允許的，會產(chǎn)生各種故障；電壓降低對直流電動機不致造成過大威脅，而對交流電機則危害甚大；濕度變化、環(huán)境污染對交流電機影響較小，而對直流電動機會產(chǎn)生很大影響。由于不同類型電動機運行原理和特點不問，易產(chǎn)生故障的部位也不相同。</p><p>　　表2 運行條件引起電動機故障</p><p>　　(6)電動機的選型不當(dāng)引起故障原因</p><p

46、>　　電動機的安全運行是以正確選型和使用為前提的，當(dāng)電動機在其額定數(shù)據(jù)和技術(shù)條件規(guī)定范圍內(nèi)運行，電動機是安全的，電動機運行超過規(guī)定范圍，可能會出現(xiàn)不正常征兆，甚至發(fā)生事故。電功機的技術(shù)條件規(guī)定了它的適用環(huán)境條件、負載條件和工作制。</p><p>　　電動機選型是最重要的。電動機的類型、結(jié)構(gòu)型號、防護方式、容量和轉(zhuǎn)速的選擇，必須根據(jù)負載機械的性質(zhì)、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速和起、制動與加速要求來確定，電動機的選型必須滿足使

47、用要求，特殊用途和運行條件的電動機，必須專門設(shè)計和特殊工藝處理，以適應(yīng)特殊要求。</p><p>　　3． 異步電機的故障檢測診斷</p><p>　　從故障性質(zhì)上看，鼠籠式異步電動機的故障大致可以分為電氣性故障和機械性故障兩大類，電氣性故障主要包括定子繞組故障和轉(zhuǎn)子導(dǎo)條故障，而機械性故障則包括由于機械上的原因而引起的氣隙偏心故障等。定子繞組故障主要是主絕緣和匝間絕緣損壞以及線圈燒損。產(chǎn)生

48、故障的原因是外界因素，通風(fēng)冷卻不好、水蒸汽或油泄入電機內(nèi)部，甚至由于操作不當(dāng)引起過電壓或過電流，損壞絕緣等等。在電機的使用過程中只要改善工作條件，保證操作正確，定子方面的故障是可以大大減少的。特別是近年來，電機定子繞組的設(shè)計和制造取得了重大進展，定子繞組發(fā)生故障的幾率大大降低。可是轉(zhuǎn)子鼠籠方面的故障(主要有導(dǎo)條脫焊和斷裂以及端環(huán)的損壞)則較難避免，產(chǎn)生這些故障的內(nèi)因是工藝問題，外因是工作環(huán)境惡劣，電機頻繁起動等。</p>

49、<p>　　鼠籠電動機和所有的機器一樣，在運行過程中有能量、介質(zhì)、力、熱量、磨損等各種物理和化學(xué)參數(shù)的傳遞和變化，由此而產(chǎn)生各種信息。這些信息變化直接和間接地反映出系統(tǒng)的運行狀態(tài)，而在正常運行和出現(xiàn)異常時，信息變化是不一樣的，電動機的診斷技術(shù)是根據(jù)電動機運行時不同的信息變化規(guī)律，即信息特征來判別電動機運行狀態(tài)是否正常。</p><p>　　用于鼠籠電動機診斷的技術(shù)有：</p><p&

50、gt;　　(1) 電流分析法 通過對負載電流幅值、波形的檢測和頻譜分析，診斷電動機故障的原因和程度。例如通過檢測交流電動機的電流，進行頻譜分析來診斷電動機是否存在轉(zhuǎn)子繞組斷條、氣隙偏心、定子繞組故障、轉(zhuǎn)子不平衡等缺陷。</p><p>　　(2) 振動診斷 通過對電動機的振動檢測，對信號進行各種處理和分析，診斷電動機產(chǎn)生故障的原因和部位，并制定處理辦法。</p><p>　　(3) 絕

51、緣診斷 利用各種電氣試驗和特殊診斷技術(shù)，對電動機的絕緣結(jié)構(gòu)、工作性能和是否存在缺陷做出結(jié)論，并對絕緣剩余壽命作出預(yù)測。</p><p>　　(4) 溫度診斷 用各種溫度檢測方法和紅外測溫技術(shù)，對電動機各部分溫度進行檢測和故障診斷。</p><p>　　(5) 振聲診斷技術(shù) 簡寫為VA診斷。VA診斷技術(shù)是對診斷的對象同時采集振動信號噪聲信號，分別進行信號處理，然后綜合診斷，因而可以大大

52、提高診斷的準確率，因此，振聲檢測和診斷廣泛的受到重視和應(yīng)用。對電動機的故障診斷來說，振聲診斷同樣具有重要價值。</p><p>　　3.1 異步電機絕緣故障原因的診斷分析</p><p>　　高壓電機繞組絕緣故障，受絕緣材料性能，制造工藝控制，運行安裝環(huán)境及電、熱、化學(xué)等綜合因素影響，發(fā)生的原因比較復(fù)雜，下面結(jié)合實例分析探討。1、電化學(xué)擊穿</p><p>　　

53、運行環(huán)境惡劣引起電化學(xué)擊穿是絕緣損壞的主要原因?？諝庵写嬖诘乃帷A性腐蝕氣體長期侵蝕絕緣材料表面，在空氣濕度較大時，加速絕緣材料性能的惡化，有機絕緣材料在電、熱、化學(xué)等因素的綜合作用下，很容易引起損傷最終導(dǎo)致?lián)舸?、頻繁啟動</p><p>　　高壓電機的頻繁啟動直接影響其使用壽命。這是因為啟動時電動機要承受大電流的沖擊，繞組要承受電動機和熱應(yīng)力的疊加作用。由于繞組絕緣材料與銅導(dǎo)體膨脹系數(shù)不同，在啟動時絕緣材

54、料與導(dǎo)體之間形成很大的剪切應(yīng)力，導(dǎo)體與絕緣材料之間的固定將被破壞，絕緣將分層或撕裂以至發(fā)生絕緣擊穿。</p><p>　　鼠籠式異步電動機在頻繁啟動時，還容易造成鼠籠斷條，尤其是負載啟動電動機，故障概率更高。3、嵌線缺陷</p><p>　　嵌線時綁扎端部造成端部絕緣壓線損傷，是引起高壓電動機繞組損傷的另一個重要因素。凡被端環(huán)接觸到的部位，表面絕緣都不同程度地擠壓出凹陷的溝痕，至使一部分

55、軟化的絕緣材料被擠壓到綁扎接觸面的邊緣，整體固化后，此部分絕緣顯著減薄，絕緣強度降低。4、端部手包絕緣質(zhì)量不良</p><p>　　端部手包絕緣質(zhì)量不良造成端部相間或相對地短路的實例非常多。手包絕緣包層不緊，內(nèi)部有間隙，在環(huán)境濕度高時，繞組的絕緣性能明顯下降直至絕緣材料表面結(jié)露，此時絕緣表面易于引起沿面放電。其放電機理是在絕緣表面首先生成水膜，在電場的作用下，水膜被電離并使離子沿表面移動、匯集，造成電場的不均勻

56、分布，同時降低了表面的放電電壓。這種沿表面放電實際上是一種氣體介質(zhì)放電現(xiàn)象，其電壓比單一氣體或固體中存在的擊穿電壓低得多，有時延面“爬電”距離可達數(shù)十厘米。沿面放電可能導(dǎo)致高電位之間貫穿性的擊穿閃絡(luò)，即相間短路事故。</p><p>　　3.2 異步電機繞組接地故障診斷方法</p><p>　　(1)試電筆法 用電筆測試機殼，若試電筆中氖燈發(fā)亮，繞組有接地機殼處。</p>

57、<p>　　(2)兆歐表法 用500v兆歐表測量各相繞組對地絕緣電阻，如果三相對地電阻中有兩相絕緣電阻較高，而另—相絕緣電阻為零，說明繞組接地。有時指針搖擺不定，表示此相絕緣已被擊穿，但導(dǎo)線與地還未接牢。若此相絕緣電阻很低但不為零，表示此相絕緣已受損傷，有擊穿接地的可能。當(dāng)三相對地絕緣電阻都很低，但不為零，說明繞組受潮或油污，只要清洗干燥處理即可。</p><p>　　(3)萬用表法 可將測量電阻旋轉(zhuǎn)

58、到R×10k低阻擋的量程上，把測試棒一根與繞組接觸，一根與機殼接觸，如果絕緣電阻為零，說明已經(jīng)接地。注意人手不要接觸測試棒針，以免測量不準。</p><p>　　(4)試燈法 用36V以下燈泡串接檢查，也可用220V或干電池試燈檢查。如果燈泡稍亮發(fā)紅，說明繞組絕緣已損壞，若燈發(fā)亮說明繞組已直接接地。 </p><p>　　圖3-1　用試燈法檢查接地相<

59、/p><p>　　圖3-2　電壓測定法</p><p>　　(5)電壓測定法 在有故障的一相繞組上通入適當(dāng)?shù)闹绷骰蚪涣麟妷?，如圖3-2所示，如用交流電源，必須通過隔離變壓器，使接到電動機上的電源不接地，同時電動機的轉(zhuǎn)子必須拉出定子，若繞組完全對地短路，則U3=U1+U2，可從U1、U2的比例關(guān)系，求出線圈接地的大概位置。</p><p>　　(6)電流定向法 把有故

60、障繞組的兩端并接在一起，再接上直流電源的一端，而直流電源的另一端接到電動機的鐵心上，電流將由繞組的兩端流向故障點。這時將磁針放在定子槽移動，可根據(jù)磁針改變指向的位置確定接地的槽號。再將磁針順槽方向在故障的槽號來回移動，即可大致確定接地點的位置。</p><p>　　(7)冒煙法 利用試燈法接線圖（電壓220），串接—只瓦數(shù)較大的燈泡進行檢查，最好是用高壓試驗變壓器來檢查，把電壓升高到500～1000V，這時接地點

61、可能冒煙或有火花發(fā)生，即可找出故障點，對于槽口處的接地故障最容易發(fā)現(xiàn)，但槽內(nèi)故障用此法不易發(fā)現(xiàn)。</p><p><b>　　(8)分組排除法 </b></p><p>　　如果上述方法不能找出接地點，很可能故障點在槽內(nèi)，可用分組排除法逐步確定接地點。 </p><p>　　3.3 異步電機繞組短路故障診斷方法</p><

62、p>　　電動機繞組出線短路后，在短路線匝內(nèi)產(chǎn)生很大的環(huán)流，使繞組產(chǎn)生高熱致使絕緣變色、焦脆、冒煙直至燒壞，發(fā)生焦味。短路匝數(shù)較多時，可使熔斷器熔斷。此時由于轉(zhuǎn)子所受電磁轉(zhuǎn)矩不平衡而使電動機振動，并發(fā)出不正常的響聲。造成這種現(xiàn)象的原因有：</p><p>　　(1)  電動機絕緣有缺陷 如端部相間墊尺寸不符合要求，墊的位置不正或絕緣墊本身有缺陷，容易造成端部相間短路。</p><

63、p>　　(2) 雙層繞組槽內(nèi)層間絕緣尺寸不符合要求，或墊偏可造成相間短路或一相的極相組間短路。</p><p>　　(3) 導(dǎo)線本身絕緣不良或嵌線時使絕緣受傷易于造成匝間短路。</p><p>　　(4)  電動機運行中出現(xiàn)過載、過電壓、欠電壓、單相運行等造成絕緣老化而損害而使繞組短路。</p><p>　　檢查電動機的短路故障時，應(yīng)先了解電動機的不

64、正常運行情況。電動機停轉(zhuǎn)后，用兆歐表測量相間絕緣，若相間絕緣電阻為零或接近零，說明是相間短路，否則可能是匝間短路。</p><p>　　(1) 觀察法 電動機發(fā)生短路故障后，在故障處因電流大，會使繞組產(chǎn)生高熱將短路處的絕緣燒壞，導(dǎo)線外部絕緣老化焦脆，可仔細觀察電動機繞組有無燒焦痕跡和濃厚的焦臭味，據(jù)此就可找出短路處。</p><p>　　(2) 兆歐表法 用兆歐表或萬用表測量相間絕緣，如果

65、相間絕緣電阻為零或接近于零，即可說明為相間短路，否則可能是匝間短路。</p><p>　　(3) 電阻法 用電橋或萬用表分別測量三相繞組的直流電阻，相電阻較小的一相有匝間或極相繞組兩端短路現(xiàn)象。當(dāng)短路匝數(shù)較少時，反應(yīng)不很明顯。</p><p>　　(4) 空轉(zhuǎn)法 將電動機轉(zhuǎn)20min(對小電動機空轉(zhuǎn)1—2min)后停機,迅速打開端蓋,用手摸繞組端部,若有—個或一組繞組比其他繞組熱,就說明

66、這部分繞組有匝間短路現(xiàn)象存在。也可仔細觀察繞組端部如有焦脆現(xiàn)象，即表明這只繞組可能存在短路故障,如有空轉(zhuǎn)時發(fā)現(xiàn)絕緣焦味或冒煙現(xiàn)象,應(yīng)立即停轉(zhuǎn)。</p><p>　　(5) 電流平衡法 如果繞組為星型聯(lián)結(jié)，將三相串人電流表后并聯(lián)接到低壓交流電源的—端,把中性點接到低壓交流電流的另一端,若繞組為三角形聯(lián)結(jié)需要拆開一個端口,分別把各相繞組兩端接到低壓交流電源上(一般用文流電焊機)，若三相電流中有一相電流明顯增大,此相

67、即為短路相。</p><p>　　(6) 短路偵察器法 短路偵察器法是利用П型和H型的開口鐵心(鐵心繞有線圈),將短路偵察器的開口鐵心邊放在被測定子鐵心的槽口上通入交流電源,使偵察器鐵心與被測定子鐵心構(gòu)成磁路，利用變壓器原理檢查繞組匝間短路故障,這時沿著每個槽逐槽移動,當(dāng)它所移到的槽口內(nèi)有線圈短路時電流表的讀數(shù)明顯增大。如果不用電流表，也可用一根鋸條或0.5mm厚的鋼片放在被測線圈另一邊槽口,當(dāng)被測線圈有匝間短

68、路時,鋼片產(chǎn)生振動,發(fā)出吱吱響聲。如果電動機繞組是三角形連接及多路并聯(lián)的繞組，應(yīng)將把三角形及各支路的連接線拆開，才能用短路偵察器測試,否則繞組支路中有環(huán)流，無法辨別哪個槽的繞組短路。對于雙層繞組,由于一槽內(nèi)嵌有不同線圈的兩條邊,應(yīng)分別將鋼片放在左右兩邊都相隔一個節(jié)距的槽口上測試,才能確定。</p><p>　　4．籠型電機轉(zhuǎn)子故障診斷概述</p><p>　　從故障性質(zhì)上看，籠型異步電動機

69、的故障大致可以分為電氣性故障和機械性故障兩大類，電氣性故障主要包括定子繞組故障和轉(zhuǎn)子導(dǎo)條故障，而機械性故障則包括由于機械上的原因而引起的氣隙偏心故障等。</p><p>　　籠型異步電動機由于結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、運行可靠，在電力、冶金、石油、化工、機械等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。由于工作環(huán)境惡劣或電機啟動頻繁等原因，轉(zhuǎn)子導(dǎo)條或者端環(huán)經(jīng)常會發(fā)生開焊和斷裂等故障。這種故障先有1~2根，而后發(fā)展成多根，以至出力下降，最后帶不

70、動負荷而停機。對電機進行在線檢測，提前發(fā)現(xiàn)電機的故障隱患及早采用相應(yīng)措施，以減少或避免惡性故障的發(fā)生。</p><p>　　異步電動機轉(zhuǎn)子故障的發(fā)生，將會使電機各運行參數(shù)發(fā)生相應(yīng)的變化，通過檢測電機參數(shù)在故障前后的變化，可以達到檢測電機故障的目的。</p><p>　　4.1 常見鼠籠電機轉(zhuǎn)子故障</p><p>　　籠型異步電動機轉(zhuǎn)子故障一般為：轉(zhuǎn)子斷條、端環(huán)斷

71、裂、高阻接頭和轉(zhuǎn)子氣隙偏心等故障。在冷卻效果較差時，起動電流產(chǎn)生的熱應(yīng)力和機械應(yīng)力較大，當(dāng)在重載和頻繁起動情況下，籠條與斷環(huán)焊接處是經(jīng)常發(fā)生開焊和斷裂的部位。</p><p>　　轉(zhuǎn)子導(dǎo)條或端環(huán)出現(xiàn)輕微故障時，通常只引起電機在恒轉(zhuǎn)矩負載下的轉(zhuǎn)差率增大，相應(yīng)地引起定子電流和輸入功率的增加。當(dāng)轉(zhuǎn)子導(dǎo)條出現(xiàn)比較嚴重的斷裂時，電機的起動時間明顯加長，甚至起動不起來。運行時，電機還伴有劇烈的振動，噪聲增大，影響了電機的運行

72、?；\型轉(zhuǎn)子部分斷條后，電動機雖然能空載起動，但一加負載轉(zhuǎn)速就會下降，定子電流就會增加，此時若用電流表測量定子三相電流，就會發(fā)現(xiàn)電流表指針不穩(wěn)，來回擺動。把出現(xiàn)這些不正常的電機拆開后，它們的轉(zhuǎn)子往往有了較嚴重的導(dǎo)條或端環(huán)斷裂的現(xiàn)象，而且還會發(fā)現(xiàn)斷條往往是連續(xù)發(fā)生的。</p><p>　　籠型異步電動機轉(zhuǎn)子斷條的發(fā)展過程過程如下：</p><p>　?、?在即將斷裂的部位經(jīng)常出現(xiàn)過熱、很高的熱

73、應(yīng)力或機械應(yīng)力。</p><p>　　② 達到疲勞極限時籠條斷裂，并產(chǎn)生電弧。</p><p>　?、?在繼續(xù)起動時，相鄰的籠條通過更大的電流，并承受更大的機械和熱應(yīng)力。</p><p>　?、?造成更多籠條斷裂，故障更加擴大，產(chǎn)生較大的單邊磁拉力、使電機產(chǎn)生振動、噪聲、定子電流擺動和溫升增加、轉(zhuǎn)速波動。</p><p>　　4.2 鼠籠電

74、機轉(zhuǎn)子故障檢測的傳統(tǒng)方法</p><p>　　4.2.1 傳統(tǒng)的檢測方法</p><p>　　(1) 電流表法 把定子繞組接成星型，用調(diào)壓器加上三相低壓電源（一般電壓為電動機額定電壓的15％～30％，對于額定電壓為380伏的電動機可以降到100伏左右）進行檢查，在一相中串入一只交流電流表，此時用手慢慢轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)子，若電流表只能均勻的微弱擺動，說明轉(zhuǎn)子使完好的；若電流表指針有突然下降

75、或輪流偏轉(zhuǎn)較大的現(xiàn)象，說明轉(zhuǎn)子有斷裂。對雙鼠籠轉(zhuǎn)子的檢查，可在電動機負載的情況下仔細觀察，若電流表指針隨著兩倍轉(zhuǎn)差率的節(jié)拍而擺動，又有周期性變化的“嗡嗡”聲，就可能存在斷條，縮孔等缺陷。這種方法特別適用于現(xiàn)場安裝時的檢查。</p><p>　　(2) 偵察器法 把兩鐵心式斷條偵察器放在被測轉(zhuǎn)子上，用一鐵心逐槽移動進行檢查，若伏安表讀數(shù)減小，說明鐵心開口下的轉(zhuǎn)子有斷條故障。</p><

76、;p>　　圖4-1 用偵察器法檢查籠型轉(zhuǎn)子斷條方法 </p><p>　　(3)電磁感應(yīng)法 用電磁感應(yīng)法準確的判定籠型斷條的槽位，若電流表的讀數(shù)較大，鋁條振動，說明籠條完好；若電流表讀數(shù)較小，鋁條不振動，說明籠條有斷裂等缺陷。</p><p>　　圖4-2 用電感應(yīng)法檢查轉(zhuǎn)子斷條</p><p>　　(4)大電流鐵粉法 可根據(jù)電動機的大小而調(diào)節(jié)電流（一般為

77、300～500安），在轉(zhuǎn)子上撒上鐵粉，在磁場作用下，使鐵粉沿槽均勻分布、整齊的排列成行，若鐵粉出現(xiàn)斷口或稀疏現(xiàn)象，說明有斷條缺陷。</p><p>　　圖4-3 大電流鐵粉法</p><p>　　4.2.2 鼠籠電機轉(zhuǎn)子斷條故障排除方法</p><p>　　(1)籠條的端環(huán)斷裂 </p><p>　　若轉(zhuǎn)子籠條的端環(huán)有部分裂開現(xiàn)象，可用氣焊

78、來修補。也可在裂紋的兩邊剔開坡口，清理轉(zhuǎn)子表面的污油，用噴燈加熱端環(huán)至400～500攝氏度，將融化的焊劑注入裂縫中即可。</p><p>　　(2)個別籠條斷裂 </p><p>　　找出斷裂點后，在斷裂點的中間，用一個與轉(zhuǎn)子槽寬度相近的鉆頭鉆個孔，并用絲錐攻上絲，然后將特制的螺釘擰上去，并把多余的部分鏟去或用車床車光就可。若斷裂較嚴重，即有一個較長的裂口，可用長鉆頭沿斜槽方向?qū)⒂泄收系?/p>

79、籠條鉆通或?qū)嗔烟幍霓D(zhuǎn)子槽開個長方形口，把斷裂點修齊，然后按斷裂點的大小把合適的鋁條嵌入槽中，并把兩端和端環(huán)焊接形成整體或在兩端部鉆孔鉸絲擰上螺絲。</p><p>　　(3)鑄鋁籠改為銅籠</p><p>　?、?先車去轉(zhuǎn)子兩面的鋁端環(huán)（應(yīng)用夾具夾緊鐵心）。</p><p>　?、?配置足以侵沒轉(zhuǎn)子30％的燒堿溶液，并加熱至80～100攝氏度。</p>

80、<p>　　③ 將鋁條轉(zhuǎn)子置于燒堿溶液中進行腐蝕（溶液溫度保持80～100攝氏度）。</p><p>　　④ 取出轉(zhuǎn)子，用水沖洗干凈后，立即投入0.25％的冰醋酸溶液中煮沸，以中和殘余的燒堿，然后置于開水中煮1～2小時，取出后沖洗干凈、烘干。</p><p>　?、?#160;檢查轉(zhuǎn)子槽內(nèi)和鐵心兩端是否有殘余的鋁層、油污等。若有應(yīng)予以清除。</p&g

81、t;<p>　?、?#160;將選好的紫銅條插入槽內(nèi)，將其與導(dǎo)條焊接好。</p><p>　　4.3 鼠籠電機轉(zhuǎn)子故障檢測的在線方法</p><p>　　4.3.1 定子電流頻譜診斷法 </p><p>　　定子電流的頻譜分析是診斷和監(jiān)測交流電機故障的有效方法，它可以診斷交流電機籠型繞組的斷條、靜態(tài)氣隙偏心、動態(tài)氣隙偏心、機械不平衡等故障，交流電機

82、的故障往往是有機械和電氣相互聯(lián)系的復(fù)合原因引起的，這是由其設(shè)計和運行特點所決定的。異步電機因氣隙較小，因而對磁動勢和磁拉力的不平衡比較敏感。直接起動的交流電機因起動電流大（通常是5~7倍滿載電流），在很短的起動過程中，籠型繞組或阻尼繞組將承受很高的熱應(yīng)力和機械應(yīng)力，致使籠條和端環(huán)在很高的應(yīng)力作用下疲勞斷裂。直接起動時的大電流還會在繞組端部產(chǎn)生很大電動力，使繞組端部變形和振動，造成絕緣的機械損傷和磨損，而導(dǎo)致?lián)舸?。起動時的大電流還會造成鐵

83、心振動，機械原因造成的氣隙偏心將氣隙磁場諧波，并產(chǎn)生很大的單邊磁拉力等等。籠條斷裂和氣隙偏心等故障征兆都會通過氣隙磁場在定子電流反映出來，通過定子電流檢測和頻譜分析可對這些故障進行診斷。</p><p>　　定子電流檢測診斷斷條的原理：理想的異步電機定子電流的頻率是單一的，即電源頻率。但是當(dāng)轉(zhuǎn)子回路出現(xiàn)故障時，定子電流頻譜圖上，在與電源頻率相差二倍轉(zhuǎn)差頻率（）的位置上將各出現(xiàn)一個旁頻帶，這一現(xiàn)象已為英國Hargi

84、s等學(xué)者的理論所證實。</p><p>　　籠型異步電機正常運行時，定子電流只含有基波分量，頻率為，轉(zhuǎn)子電流頻率為，如果出現(xiàn)斷條等故障使轉(zhuǎn)子不對稱后，轉(zhuǎn)子電流的對稱系統(tǒng)就會被破壞。這樣的不對稱系統(tǒng)產(chǎn)生的磁場可分為正向旋轉(zhuǎn)和反向旋轉(zhuǎn)的磁場。正向旋轉(zhuǎn)的磁場與定子磁場同步旋轉(zhuǎn)，相互作用產(chǎn)生同正常電機一樣的異步轉(zhuǎn)矩，而反向旋轉(zhuǎn)的磁場，其旋轉(zhuǎn)方向與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的方向相反，對轉(zhuǎn)子而言，該磁場的轉(zhuǎn)速為 </p>&l

85、t;p><b>　　式中為同步轉(zhuǎn)速。</b></p><p>　　則反向旋轉(zhuǎn)的磁場相對于定子的轉(zhuǎn)速為</p><p><b>　　式中為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。</b></p><p>　　由于 ， </p><p>　　故該磁場在定子繞組中感應(yīng)的電流頻率為</p><p>

86、;　　該電流疊加在頻率為的定子電流上，使定子電流含有頻率為的附加分量，其大小主要由轉(zhuǎn)子不對稱程度而定（相同轉(zhuǎn)差率下）。所以可以在實際中通過檢測定子電流中的頻率分量來判斷轉(zhuǎn)子故障。</p><p>　　電機定子的供電電流在很大程度上受電機狀態(tài)的影響。籠型異步電機轉(zhuǎn)子的每一根導(dǎo)條都相當(dāng)于單匝、短極距、單相繞組，轉(zhuǎn)子電流包括以轉(zhuǎn)差頻率旋轉(zhuǎn)的基波電流和以同樣頻率反向旋轉(zhuǎn)的電流。當(dāng)轉(zhuǎn)子正常時，反向電流之和為零，此時定子電流

87、的頻率是單一的電源頻率；而當(dāng)轉(zhuǎn)子出現(xiàn)斷條或偏心故障時，轉(zhuǎn)子反向電流之和為非零，該反向分量就在定子線圈中感應(yīng)出相應(yīng)的頻率成分。</p><p>　　轉(zhuǎn)子斷條引起的定子電流諧波成分</p><p>　　式中 —— 故障頻率； —— 供電頻率；</p><p>　　—— 轉(zhuǎn)差率； —— 整數(shù)（0，1，2…）。</p><p

88、>　　當(dāng)k=0時，上式的故障頻率為，稱之為2倍轉(zhuǎn)差頻率。由于它對供電頻率兩側(cè)的位置上各出現(xiàn)一個邊頻帶，隨著斷條數(shù)目的增加，處的幅值的大小即可判斷轉(zhuǎn)子斷條故障和故障程度。估計斷條數(shù)目的公式為：</p><p>　　式中 </p><p>　　—— 頻率處與頻率處幅值之比；</p><p>　　—— 轉(zhuǎn)子斷條數(shù)目。</p>&

89、lt;p>　　如果將頻率幅值用分貝表示，則有下式</p><p>　　式中 ——轉(zhuǎn)子鐵芯槽數(shù)；</p><p>　　——供電頻率與頻率的分貝之差；</p><p><b>　　——電機極對數(shù)。</b></p><p>　　轉(zhuǎn)子偏心引起的定子電流諧波成分 </p><p><

90、b>　　——電機極對數(shù)；</b></p><p>　　——動態(tài)偏心級數(shù)。當(dāng)存在靜態(tài)偏心時，=0；</p><p>　　存在動態(tài)偏心時，=1；</p><p>　　——定子磁動勢諧波次數(shù)。</p><p>　　由上面的四個計算公式可知，通過檢測定子電流頻率中的特征頻率成分便可以判斷電機轉(zhuǎn)子有無斷條和偏心故障。</p>

91、;<p>　　4.3.2 傅里葉變換法、小波分析法</p><p>　　國內(nèi)外鼠籠式異步電動機轉(zhuǎn)子斷條故障檢測技術(shù)中，分析電機定子電流頻譜分量主要有兩種手段:傅里葉變換和小波變換。</p><p>　　傅里葉變化法主要是對穩(wěn)態(tài)的定子電流信號直接進行頻譜分析。當(dāng)診斷轉(zhuǎn)子故障時，可以根據(jù)頻譜中是否存在的附加分量來判斷轉(zhuǎn)子有無斷條。通常情況下，直接用傅里葉變化法進行頻譜分析并不能

92、夠有效地診斷出電機的故障，這是由于分量的絕對幅值很小，并且異步電動機運行時轉(zhuǎn)差率s很小，與兩個頻率非常接近，因而用快速傅里葉變化直接做頻率分析時，基波頻率分量的泄漏會淹沒頻率分量，使檢測頻率分量是否存在變得非常困難。因而對傅里葉變化法進行改進是必要的。經(jīng)實驗驗證，連續(xù)細化的傅里葉變化法可以得到一信號中某個主要頻率分量的精確解析表達式，即頻率、幅值和初相角的精確值。有效的解決頻譜泄漏淹沒故障頻率分量的問題。</p><

93、p>　　傅里葉變換方法是平穩(wěn)信號分析和信號處理的重要工具，但這種方法有較大的局限性：首先，從理論上講為了用傅里葉變換研究一個時域信號的頻譜特性，必須獲得信號在時域內(nèi)的全部信息；其次，在應(yīng)用的角度來說，如果某一信號只在某一時刻的一個小的范圍發(fā)生變化，那么信號整個的頻譜都要受到影響，而頻譜的變化從根本上有無法標定發(fā)生變化的時間位置和變化的激烈程度，也就是說傅里葉變換方法對信號的局部畸變沒有標定和度量的能力。</p>&l

94、t;p>　　在故障診斷中，故障點通常表現(xiàn)為輸出信號發(fā)生突變，對突變點監(jiān)測和診斷在故障診斷有重要意義，而小波變換的空間局部化特性對分析信號的奇異性、奇異性位置及奇異性大小是比較有效的。同時，通過小波變換對信號噪聲的消除具有良好的效果。</p><p>　　因此，在三相異步電動機故障診斷中，小波變換在以下兩個方面優(yōu)于傅里葉變換：首先，在故障特征提取方面，由于小波函數(shù)能量比較集中（在無窮初衰減為零），而傅里葉算法

95、的能量比較分散（在無窮遠出不衰減），從而小波變換在處理非平穩(wěn)信號和突變信號方面有較大優(yōu)勢；在檢測系統(tǒng)諧波方面，小波分析不僅能檢測故障信號的整次諧波，還能檢測故障的分次諧波，而傅里葉變換只能檢測整次諧波。</p><p>　　小波變換的故障診斷方法無需對象的數(shù)學(xué)模型，且對輸入信號的要求較低，計算量不大，靈敏度高，克服噪聲能力強，在故障診斷領(lǐng)域取得越來越廣泛的應(yīng)用，作為處理和分析信號的工具有較大的生命力，是一種很有前

96、途的故障診斷方法。</p><p>　　4.3.3 Park’s矢量法、氣隙轉(zhuǎn)矩分析法</p><p>　　用傅里葉變換和小波變換方法做頻譜分析進行故障診斷的方法具有以下不足：由于頻譜復(fù)雜，特征頻率成分的幅值往往較小，當(dāng)與基頻分量頻率很接近時，容易被基頻及其“旁瓣”成分湮沒。基于Park’s矢量法的異步電動機故障監(jiān)測方法可以克服這一缺點。該方法的原理是將定子三相電流從（a,b,c）坐標下

97、轉(zhuǎn)換到（d,q）坐標下，即 </p><p><b>　　；</b></p><p><b>　??；</b></p><p>　　對于理想狀態(tài)的異步電動機，有</p><p><b>　??； </b></p><p>　　式中

98、 —— 相電流最大值；</p><p>　　—— 外加電壓角頻率。</p><p>　　在（d,q）坐標中，有 ，形成的矢量的軌跡為一以原點為中心的圓。實際上，由于制造、安裝、材料等方面的原因，正常的電動機的矢量軌跡只能接近為圓。當(dāng)出現(xiàn)各種故障時，會偏離圓軌跡，變成橢圓。長短軸的長度和偏轉(zhuǎn)方向變化，與故障類型和程度有一定的關(guān)系。因此可用這種方法進行故障診斷和監(jiān)測。這種方法原理比較新穎

99、，但要用來預(yù)測早期故障，比較困難。因為只有當(dāng)故障發(fā)展到一定程度時，才會對軌跡有一定影響，才能檢測出故障。下面介紹一下氣隙轉(zhuǎn)矩分析法。</p><p>　　異步電動機轉(zhuǎn)子出現(xiàn)斷條等不對稱故障時，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場將被分解有正、負序兩個分量，正序分量與電機定子磁場相互作用形成一恒定轉(zhuǎn)矩，而負序分量和定子磁場作用將會形成分量諧波轉(zhuǎn)矩，氣隙轉(zhuǎn)矩中分量可以作為轉(zhuǎn)子故障特征信號。</p><p>　　電機穩(wěn)

100、態(tài)運行時，忽略定子鐵心損耗，則氣隙轉(zhuǎn)矩與定子端輸入功率成角速度倍數(shù)關(guān)系。其包含了瞬時功率分析法的優(yōu)點，即轉(zhuǎn)子故障信息量大，但轉(zhuǎn)矩計算包含積分運算，由于測試裝置帶來的誤差，采集到的電機電壓、電流中含有微弱的波動成分，通常情況下，電機磁鏈數(shù)值都很小，這些波動成分對磁鏈數(shù)值的影響很大， 結(jié)果會使氣隙轉(zhuǎn)矩中含有恒值、工頻、二倍工頻分量，造成電機轉(zhuǎn)矩強烈的波動。</p><p>　　4.4 鼠籠電機轉(zhuǎn)子斷條實驗數(shù)據(jù)以及分析

101、</p><p>　　實驗用的鼠籠電動機在實驗室中的編號為1622號。銘牌內(nèi)容為：=100W，=220V，=0.5A。表1-1～表1-4分別為1622號電機各個狀態(tài)下的短路實驗數(shù)據(jù)。表1-5～表1-9分別為1622號電機各個狀態(tài)下的空載實驗數(shù)據(jù)。從這些實驗數(shù)據(jù)中我們可以看到當(dāng)鼠籠轉(zhuǎn)子有斷條時，定子端的電流表指針來回擺動。隨著斷條數(shù)目的增加定子端電流的變化規(guī)律是先減小再增大，空載功率的變化規(guī)律也是先減小再增大。當(dāng)斷

102、條數(shù)目達到一定數(shù)量時，電機會振動，而且起動困難，加負載后轉(zhuǎn)速下降很多甚至停機。</p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　至此，異步電機轉(zhuǎn)子故障檢測研究策略的設(shè)計已經(jīng)完成了。在這幾個月的時間里，我先后完成了資料的搜集、設(shè)計方案的擬定、設(shè)計的初稿和修改，以及畫圖等多方面的工作，深深的體會到了設(shè)計的復(fù)雜和艱辛，同時設(shè)計中的樂趣也是前所未有的，每完

103、成一項工作，都使我受益匪淺。</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計全面培養(yǎng)了我各方面的能力，熟練使用Word、 AutoCAD的同時更加鞏固了專業(yè)知識，以及如何搜集資料等等。關(guān)于異步電機故障診斷, 以前雖說有所了解但實際設(shè)計中并非我想象的那么簡單，通過搜集資料和系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，對異步電機有了更深的了解，更有利于以后的進一步學(xué)習(xí)。</p><p>　　設(shè)計中遇到了不少問題。例如鼠籠電機故障檢測方法中，由

104、于都是理論的介紹，沒有實踐操作，理解上還有一些模糊。經(jīng)過查閱資料和及時請教導(dǎo)師和同學(xué)，才明白各種方法的用途。</p><p>　　由于缺乏經(jīng)驗，做設(shè)計之處遇到很多困難，在吳曉輝導(dǎo)師的親切指導(dǎo)和幫助下才終于完成。但因水平有限，我的設(shè)計難免有不足之處，還有需要改善的地方，請各位老師多加斧正。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p

105、>　　首先，我要感謝我的導(dǎo)師***老師。在整個做畢業(yè)設(shè)計期間，**始終對我悉心指導(dǎo)，他學(xué)識淵博、思路清晰、嚴謹求實的治學(xué)態(tài)度和科學(xué)的工作作風(fēng)，特別是他的平易近人給我留下了深刻的印象，使我受益終生。在此謹向***老師致以最誠摯的謝意。</p><p>　　其次，還要感謝我班的同學(xué)，在與他們的交流和討論中，我獲得了不少新的思想，對我的課題幫助很大。</p><p>　　最后，我再次向所有

106、曾經(jīng)幫助過我的老師和同學(xué)們致以最衷心的感謝。</p><p><b>　　參 考 文 獻：</b></p><p>　　[1] 蔣建東，蔡澤祥，鼠籠型異步電機轉(zhuǎn)子故障診斷新方法，繼電器2004，1（4）：14~16</p><p>　　[2] 牛發(fā)亮，黃近，籠型異步電機狀態(tài)監(jiān)測與轉(zhuǎn)子故障診斷方法對比分析，中小型電機。2004，31（4）：48~

107、52</p><p>　　[3] 許伯強，葉東，孫麗玲等，籠型異步電動機轉(zhuǎn)子斷條綜合在線檢測方法，華北電力大學(xué)學(xué)報。2001，28（6）：47~57</p><p>　　[4] 寧玉泉，籠型感應(yīng)電動機轉(zhuǎn)子故障時的參數(shù)計算，電子技術(shù)學(xué)報。2002，17（4）：84~88</p><p>　　[5] 盧國獻，趙勇等，鼠籠異步電動機斷條狀況和斷條檢測儀的研制，河南電力。1

108、995.2，28~39</p><p>　　[6] 董建國，段志善，熊萬里等，異步電機定子繞組故障分析及其診斷方法，中國電機工程學(xué)報。1999，19（3）：26~30</p><p>　　[7] 秦淑香，徐殿國，籠型異步電機電流診斷轉(zhuǎn)子故障方法綜述，煤礦機械，2005年第6期：148~150</p><p>　　[8] 徐虎、胡幸鳴，《電機原理》，機械工業(yè)出版社。&