2006年第21卷第3期 电 力 学 报 Vol.21No.32006 (总第76期) JOURNAL OF ELECT RIC POWER (Sum.76)
文章编号: 1005-6548(2006)03-0310-04
笼型异步电动机转子断条故障诊断技术
安永红, 夏昌浩
(三峡大学,宜昌湖北 443002)
Techniques of Broken Rotor Bar Fault Diagnosis For
Squirrel Cage Induction Motor
AN Yong hong, XIA Chang hao
(Three Gorge University,Yichang 443002,China)
摘 要: 对笼型异步电动机转子断条故障诊断进行了研究,归纳和总结出几种方法。这些方法均由研究人员进行了仿真或实验验证,对检测笼型异步电动机的转子故障是有效的。并对各种方法进行了分析比较,指出了各自的优缺点。
关键词: 异步电动机;转子断条;故障检测
中图分类号: TM343+.3 文献标识码: A Abstract: This paper focuses on the study of bro ken rotor bar fault diagnosis for squirrel cage induc tion motor,and concludes several effective methods. All of the methods have been tested by reseachers to simulate or identify their validity in motor rotor fault analysis.This paper compares these methods and points out their advantages and disadvantages.
Key Words: induction motor;broken rotor bar; fault detection
鼠笼式异步电动机的转子绕组比较坚固,但如果转子温度过高或作用在端环的离心负荷过大,可能会导致转子故障。另外,在制造过程中的某些缺陷(如铸导条或焊端环时的质量不良)也会导致电阻过高,从而引起过热。而在高温条件下,鼠笼的强度降低,鼠笼条可能出现裂纹,导致笼条伸出转子槽外而得不到转子铁芯的支撑。导条与转子槽的相对位移,连续的高温运行可引起端环和导条变形,并最终导致端环与鼠笼条的断裂[1]。
笼型异步电动机转子断条故障将导致电机出力下降,运行性能恶化,一旦发生,不仅会损坏电动机本身,而且会影响整个生产系统,甚至会危及人身安全,造成巨大的经济损失和恶劣的社会影响[2]。因此必须对其进行检测,特别是进行早期检测,早期检测系统可以在故障发生初期及时告警,有助于现场组织,安排维修,避免事故停机,具有显著经济效益。
1 转子断条故障诊断方法
笼型异步电动机转子故障的检测与诊断方法有许多种,如:磁通检测法,定子电流检测法,机械信号检测法,傅立叶变换法等。但这些方法有时很难提取转子故障特征,因此,必须寻求其它的检测与诊断方法。
1 1 基于小波变换的方法
笼型异步电动机正常运行时,定子绕组中只含
收稿日期: 2006-04-27 修回日期: 2006-09-10
作者简介: 安永红(1967-),男,湖北钟祥人,硕士研究生,小波理论及应用;
夏昌浩(1965-),男,湖北江陵人,副教授,硕士生导师,检测与自控,智能信号处理。
频率为f的电流[3]。而当转子发生断条故障后,由
文献[4 5]可知,其定子电流中将出现(1 2s)f频率的附加电流分量(s为转差率,f为供电频率),该电流分量称为边频分量,可将其作为转子断条的故障特征[6]。
在转子断条故障发展初期,其特征即定子电流(1 2s)f频率分量是细小微弱的,其幅值相对于f 频率电流的幅值仅为1%~3%,故利用它来检测转子故障,必须提高灵敏度。文献[7 8]解决了这一问题。但另一方面,因异步电机稳态运行时转差率比较小,特别是在轻载或空载的情况下,转差率更小,使定子电流中的(1 2s)f分量与f分量特别接近,故在作频谱分析时需要很高的分辨率。一般的定子电流检测法由于分辨率低,所以很难提取故障特征信号。而小波分析在时域和频域上同时具有良好的局部化性质,能对不同的频率成分采用逐渐精细的采样步长,聚焦到信号的任意细节。这对检测高频和低频信号均很有效,特别适用于分析奇异信号及其大小,并且能比较准确地反映故障发生的时间和位置等信息,所以它可以用来对定子电流中的故障特征信号进行提取[9]。通过选取适当的小波,首先对原信号进行小波分解,然后再进行小波重构(参见文献[10]),由小波变换系数可以得到定子电流中f频率分量i f(t),从原信号中减去这个分量就能大大削弱工频分量的影响。该方法的好处是充分利用小波变换的良好频域特性,最大程度地消除电源频率分量的影响,从而提高对故障特征信号的检测精度。这点可从对实际的异步电动机转子故障特征提取上看出。
选择电机型号Y315M1-4,其参数指标:额定功率132kW,额定转速1450r/m in,转子槽数64,定子槽数72。采集参数:采样长度4096,采样频率1kHz。经计算电机的转差率为s=0.0071,电网频率为50.2Hz,转子断条故障的特征频率分量49.5 Hz((1-2s)f分量)和50.9Hz((1+2s)f分量)。图1、2分别为电机正常运行和转子断条故障时的电流信号对数谱。对比两图可见,在故障信号的对数谱中除了包含电网频率分量外,还存在着转子故障的频率分量,只是由于转差率非常小,所以被湮没在电网频率信号中不易准确识别。
对上述2种状态的电流信号分别进行小波-
奇异值分解计算,获得的重构电流信号波形频谱的仿真图如图3、4所示。
图1 正常状态电流信号对数谱
图2 转子故障电流信号对数谱
图3 正常状态电流信号重构信号的频谱
图4 转子故障重构电流信号的频谱
从图3、4中可看出,电网频率分量50.2Hz被有效地抑制。另外,在图3所示的正常信号频谱中,电网频率附近只有噪声干扰,没有其它的特征分量出现,而在图4所示的重构信号频谱中,转子故障特征频率49.5H z((1-2s)f分量)和50.9H z ((1+2s)f分量)被有效地提取出来,表明了该方法在转子故障特征提取中的有效性。
1 2 温升检测法
与小波分析法从定子电流中提取故障特征信
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第3期 安永红等:笼型异步电动机转子断条故障诊断技术
号不同,温升检测法是从转子中提取故障特征信号。它是经分析电机在出现转子断条故障时各导条电流和温升分布规律来检测转子故障的1种途径。通过作适当的假设,得出计算导条温升的热模型,如图5
所示。
热源P 热容C 热阻R 导条温升
图5 计算导条温升的热模型
由该模型可以导出以导条温升为状态变量的状态方程
d d t =P C -1
CR 。(1)式中:C =C p G ;R =1/ A ;C p 、G 、A 及 分别为导条的比热容、导条重量,导条表面积及导条表面散热系数。由此式来计算转子有无故障时的温升。
设电机外加额定电压,且运行于额定转速。在转子无故障情况下,计算得到的导条电流及温升应是平衡的,即各导条电流和温升近似相等。当出现导条断裂故障时,其相邻两侧导条的电流和温升明显高于其它导条的电流和温升,即导条电流和温升出现显著的不平衡,并且导条断裂数目越多,这种不平衡就越显著[11]。因此,如果在电机正常运行时检测到转子导条温升,不仅能准确揭示电机是否存在转子断条故障,而且还能判断出转子故障的程度,这是目前常用的定子电流检测法难以实现的。
1 3 输出功率检测法
该方法通过判断电动机输出功率信号中是否含有余弦分量来判断鼠笼转子是否有断条故障,它
避开了对定子电流中边频分量成份的检测。由电机学理论可知,正常运行时电动机的输出功率为 P D =3
2U m I m
cos 1。(2)式中:U m 、I m 、 1分别为相电压,相电流的幅值和
电动机的功率因数角。
由式(2)可见,正常运行时电动机的输出功率信号中仅含直流分量,只有1个与时间无关的常量。
当转子出现断条故障后,定子电流中除了基波分量外,还有(1 2s)f 的分量。经计算,这时电动机的输出功率为
P Df =
3
2U m I mf cos 1f +3
2
a 2+
b 2cos(2s !0t -?)。(3)
a =U m I 1+2s cos 1+2s +
U m I 1-2s cos 1-2s ,
b =U m I 1+2s sin 1+2s -U m I 1-2s sin 1-2s ,
?=arccot (a/b)。式中:I m f 、I 1-2s 、I 1+2s 和 1f 、 1-2s 、 1+2s 分别为基波分量、(1-2s )f )边频分量、(1+2s)f 边频分量电流的幅值和滞后角;!0为电源角频率。
由式(3)可见,故障后电动机的输出功率信号
中除直流分量外,还有1个转速为2s !0的余弦分量。根据此特点,可判断鼠笼转子有无断条故障。
1 4 park 变换法
该方法的基本思想是将定子三相电流从a 、b 、c 坐标系下转换到d 、q 坐标系下,即
i d =23i a -16i b -1
6
i c ;
i q =
12i b -12i c
。
(4)
对于理想状态的异步电动机,有
i d =
6
2I m
sin (!0t);i q =
62I m sin (!0t -#2
)。
(5)
在d 、q 坐标系中,由i d 、i q 形成的矢量轨迹为一以原点为中心的圆。当转子出现断条故障时,其矢量轨迹就不再是圆,而变成1个椭圆,椭圆长短轴的长度和偏转方向与故障程度有一定的联系[12]。因此可以用这种方法进行故障诊断和检测。
1 5 神经网络法
为了利用异步电动机的特征输出序列:x (k -n), ,x (k -2),x (k -1)来预测特征输出x (k ),可以用1个具有n 个输入节点、1个输出节点的神经网络来模拟并通过进化学习来实现模型。神经网络的权值训练实际上是1个多变量函数优化的过程,求解多变量函数优化问题的许多搜索方法都能进行神经网络的权值训练[13]。为了提高搜索的效率,可采用遗传算法来进行。
设传感器的实际输出为x (k ),利用均方误差
来定义目标函数
?=1N N i=1
(x (k )-x ^(k ))2。(6)事先设定?的值(阈值),并设定算法的最大循环次数,以避免出现过长时间的搜索。若传感器的
312 电 力 学 报 2006年
第k步输出x(k)与神经网络的预测输出x^(k)之间的偏差低于设定阈值,则表明异步电机工作正常,当电机特征的实际输出x(k)与神经网络的预测输出x^(k)的偏差大于设定阈值时,则表明电机出现了故障。
2 上述诊断方法的比较
基于小波变换的检测方法,从定子绕组电流中提取故障特征信号,它不损伤电动机本身。但由于边频分量的幅值相对于基频分量的幅值往往较小,而且在频谱图上两者十分接近,故利用小波分析法可以从定子电流中提取边频分量,但在进行小波变换时,其截断误差对分析结果会产生影响。
温升检测法克服了定子电流中故障特征信号分量往往易被基频分量湮没而难以检测的缺点,但为了利用导条温升的不平衡来检测电机的转子断条故障,必须有1种在电机运行过程中可靠检测转子温升的方法。长期以来,由于测量技术的限制,很难在电机运行过程中获得有关转子的温升信息,特别是测量整个转子铁芯的温升分布或最热点的温升,更有相当的困难。另外,在转子内安装测量元件也比较困难,测量过程比较复杂。
输出功率检测法不存在电流频谱分析方法中故障诊断灵敏度低和对采样频率要求高的缺点,但它不能判断故障的严重程度。
Park变换法原理比较新颖,但要用它来预测早期故障比较困难,只有当故障发展到一定程度时,才能检测出故障。
用神经网络法进行检测时设计方便,可操作性强,但在网络的权值学习中易陷入局部最小点。
3 结束语
选择适当的方法对诊断笼型异步电动机的转子断条故障,具有重要意义。
本文通过异步电机转子断条故障诊断的几种方法的分析,发现小波分析法相比而言更具发展前途,因为它不但能检测故障及其严重程度,而且测量过程也相对简单。
参考文献:
[1] [英]P.J.达夫勒,J.彭曼著.姜建国,史家燕译.电机的
状态监测[M].北京:水利电力出版社,1992:34-35.
[2] 蒋建东,蔡泽祥.基于输出功率的感应电动机转子故
障检测方法[J].电力自动化设备,2004,24(11):11. [3] 蒋斌,颜钢锋.基于新型复值小波变换的异步电动机
故障诊断方法[J].机车电传动,2003(1):27-31. [4] Deleroi W.Broken bar in squirrel cage rotor of an induc
tion motor,Part1:Descr iption by super imposed fault cur rents[J].Ar ch.fur Elektrotechnik,1984,67(2):91-
99.
[5] M ilimonfared J,Kelk H M,N adi S,et al.A nov el ap
proach for broken rotor bar detection in cage induction motors[J].I EEE T r ans on Industry Applications,1999,
35(5):1000-1006.
[6] 许伯强,李和明.笼型异步电动机转子断条故障检测
新方法[J].中国电机工程学报,2004,24(5):5.
[7] M asoud Haji,T oliy at H A.P attern r ecognition a tech
nique for induction machines rotor bro ken bar detection
[J].IEEE T ransactions on Energ y Conversion,2001,
16(4):312-317.
[8] Kliman G B,Pr emerlani W J,K oeg l R A,et al.Sensi
tive,on line turn to turn fault detection in AC motors [J].Electr ic M achines and Pow er Systems,2000,28:
915-927.
[9] 任震.小波分析及其在电力系统的应用[M].北京:中
国电力出版社,2003:52.
[10] M allat S,Hwang W L.Singularity Detection and Pro
cessing with Wavelets[J].IEEE T rans on I nformation
T heory.1992,38(2):617-643.
[11] 王冰峰,康波.笼型异步电动机转子故障的温升检测
探讨[J].中小型电机,2000,27(3):195.
[12] 秦淑香,徐殿国.笼形异步电动机电流法诊断转子故
障方法综述[J].煤矿机械,2005(6):289.
[13] 庄哲民,肖广辉.基于遗传神经网络的异步电动机故
障诊断研究[J].测试技术学报,2004,18(4):313.
[责任编辑:王 琨]
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第3期 安永红等:笼型异步电动机转子断条故障诊断技术
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电动机转子笼条断裂的原因分析及预防措施Analyse and Prevent about B reakdow n of E lectric Mober R otor C age 廖松涛 L IAO Song2tao (江西新余发电有限责任公司,江西 新余 338002) 摘要:分析了新电公司200MW汽轮发电机组多年来高压异步电动机转子鼠笼断条原因,提出了一些预防措施。 关键词:电动机;转子;断条;预防措施 中图分类号:TM343.307.1 文献标识码:B 文章编号:1671-8380(2004)04-0022-02 1 引言 厂用电动机是火力发电厂重要的厂用电气设备之一。江西新余发电有限责任公司(以下简称新电公司)两台200MW火力发电机组自1995年、1996年相继投产以来,其厂用高、低压电动机先后发生各种故障100多台次,造成了较大的经济损失,其中一个主要的故障原因就是电动机鼠笼转子断条。本文主要分析高压异步感应电动机转子鼠笼断条故障发生的原因,进而提出了一些相应的预防措施。 2 鼠笼断条的基本特征 ①鼠笼型电机断条多发生在具有频繁,重载启动的鼠笼型电机单、双鼠笼型电机。双鼠笼电机外笼条断条最多,约占断条电机的95%以上,内笼和端环断裂的不到5%。 ②圆形笼条断条的几率大大高于矩形笼条断条的几率,约占断条总数的80%。 ③外笼条断裂时有明显的位移现象。这说明笼条在槽内松动。断条上有明显被槽壁突出的硅钢片磨损的沟槽,在伸出铁芯端笼条有明显的向上变形现象,短路环也有扭曲变形现象。 ④笼条断口多发生在与端环的焊口里侧部位,槽内断条的很少,笼条开焊多发生在笼条与端环的焊接部位。开焊后笼条在离心力作用下向外侧甩出刮伤定子造成定子线圈短路。笼条槽内断口处有明显电弧烧伤痕迹,断口两断面吻合严密,呈脆性疲劳断列性质。 ⑤断条槽的铁芯多有局部过热变色烧损现象,开焊处的端环孔周围也有过热变色及电弧烧伤痕迹。 3 转子断条原因分析 电动机转子频繁发生断条,均是转子受各种应力作用的结果,而且应力超过了笼条所能承受的极限,或是交变应力的长期作用使笼条产生疲劳。主要有以下几方面的原因。 3.1 制造工艺产生的应力和启动时交变应力 由于焊接质量不一致,引起笼条热膨胀有差异,造成笼条之间产生的较大温差。笼条上下的不均匀温升会使笼条产生向转子中心弯曲的应力,端环中强大的启动电流使之发热产生径向位移,造成笼条产生背离转子中心的弯曲应力。笼条铁芯冲孔工艺会使笼条嵌装的松紧程度不一致。当电流的相位不同,传递给端环的振动力会使端环产生扭曲,受力最大的部位仍是笼条的焊接处,而此处恰恰是鼠笼结构最薄弱点。由于热传导性能差异会使各笼条间产生不均匀的温升,因而各笼条之间将产生不同的轴向位移而使笼条产生轴向的拉应力。且使笼条产生电磁振动应力,特别是在电动机刚启动的瞬间,振动幅值达到最大值,是正常运行时50～60倍;频率为100Hz,随着转速的升高和启动电流的增加而增大。由于各应力作用点大都集中于笼条与端环的焊口附近,且每启动一次便交变一次,这样各应力的破坏作用随启动的次数的增加和温升积累而增大。 3.2 负载变化使鼠笼条产生切向交变应力 由于笼条在槽内有一定的间隙,转子铁芯和与 收稿日期:2004-03-13;修订日期:2004-07-19 22广西电力 2004年第4期
2006年第21卷第3期 电 力 学 报 Vol.21No.32006 (总第76期) JOURNAL OF ELECT RIC POWER (Sum.76) 文章编号: 1005-6548(2006)03-0310-04 笼型异步电动机转子断条故障诊断技术 安永红, 夏昌浩 (三峡大学,宜昌湖北 443002) Techniques of Broken Rotor Bar Fault Diagnosis For Squirrel Cage Induction Motor AN Yong hong, XIA Chang hao (Three Gorge University,Yichang 443002,China) 摘 要: 对笼型异步电动机转子断条故障诊断进行了研究,归纳和总结出几种方法。这些方法均由研究人员进行了仿真或实验验证,对检测笼型异步电动机的转子故障是有效的。并对各种方法进行了分析比较,指出了各自的优缺点。 关键词: 异步电动机;转子断条;故障检测 中图分类号: TM343+.3 文献标识码: A Abstract: This paper focuses on the study of bro ken rotor bar fault diagnosis for squirrel cage induc tion motor,and concludes several effective methods. All of the methods have been tested by reseachers to simulate or identify their validity in motor rotor fault analysis.This paper compares these methods and points out their advantages and disadvantages. Key Words: induction motor;broken rotor bar; fault detection 鼠笼式异步电动机的转子绕组比较坚固,但如果转子温度过高或作用在端环的离心负荷过大,可能会导致转子故障。另外,在制造过程中的某些缺陷(如铸导条或焊端环时的质量不良)也会导致电阻过高,从而引起过热。而在高温条件下,鼠笼的强度降低,鼠笼条可能出现裂纹,导致笼条伸出转子槽外而得不到转子铁芯的支撑。导条与转子槽的相对位移,连续的高温运行可引起端环和导条变形,并最终导致端环与鼠笼条的断裂[1]。 笼型异步电动机转子断条故障将导致电机出力下降,运行性能恶化,一旦发生,不仅会损坏电动机本身,而且会影响整个生产系统,甚至会危及人身安全,造成巨大的经济损失和恶劣的社会影响[2]。因此必须对其进行检测,特别是进行早期检测,早期检测系统可以在故障发生初期及时告警,有助于现场组织,安排维修,避免事故停机,具有显著经济效益。 1 转子断条故障诊断方法 笼型异步电动机转子故障的检测与诊断方法有许多种,如:磁通检测法,定子电流检测法,机械信号检测法,傅立叶变换法等。但这些方法有时很难提取转子故障特征,因此,必须寻求其它的检测与诊断方法。 1 1 基于小波变换的方法 笼型异步电动机正常运行时,定子绕组中只含 收稿日期: 2006-04-27 修回日期: 2006-09-10 作者简介: 安永红(1967-),男,湖北钟祥人,硕士研究生,小波理论及应用; 夏昌浩(1965-),男,湖北江陵人,副教授,硕士生导师,检测与自控,智能信号处理。
实验十一 三相鼠笼式异步电动机 一、实验目的 1. 熟悉三相鼠笼式异步电动机的结构和额定值。 2. 学习检验异步电动机绝缘情况的方法。 3. 学习三相异步电动机定子绕组首、末端的判别方法。 4. 掌握三相鼠笼式异步电动机的起动和反转方法。 二、原理说明 1. 三相鼠笼式异步电动机的结构 异步电动机是基于电磁原理把交流电能转换为机械能的一种旋转电机。 三相鼠笼式异步电动机的基本结构有定子和转子两大部分。 定子主要由定子铁心、三相对称定子绕组和机座等组成，是电动机的静止部分。三相定子绕组一般有六根引出线，出线端装在机座外面的接线盒内，如图11—1所示，根据三相电源电压的不同，三相定子绕组可以接成星形(Y)或三角形() △，然后与三相交流电源相连。 图 转子主要由转子铁心、转轴、鼠笼式转子绕组、风扇等组成，是电动机的旋转部分。小容量鼠笼式异步电动机的转子绕组大都采用铝浇铸而成，冷却方式一般都采用扇冷式。 2. 三相鼠笼式异步电动机的铭牌 三相鼠笼式异步电动机的额定值标记在电动机的铭牌上，如下表所示为本实验装置三相鼠笼式异步电动机铭牌。 型号 DJ24 电压 380V/220V 接法Y/△ 功率 180W 电流 1.13A/0.65A 转速 1400转/分 定额连续 其中： (1) 功率额定运行情况下，电动机轴上输出的机械功率。 (2) 电压额定运行情况下，定子三相绕组应加的电源线电压值。 (3) 接法定子三相绕组接法，当额定电压为380V/220V时，应为Y/△接法。 (4) 电流额定运行情况下，当电动机输出额定功率时，定子电路的线电流值。 3. 三相鼠笼式异步电动机的检查 电动机使用前应作必要的检查
鼠笼式电动机转子笼条断裂开焊故障 一、笼条断裂开焊故障的特征 1、笼条断裂的断口呈疲劳断口。 2、笼条断裂的发生与笼条在转子铁芯槽内的夹紧程度密切相关，在槽内松动的笼条容易发 生断裂。 3、一台新电动机发生笼条断裂的起始时间与运行启动次数直接相关。启动频繁的，笼条断 裂发生的时间就早，启动次数少的笼条断裂发生的时间就晚。笼条断裂故障多发生在电动机启动过程中。 4、笼条断裂多发生在端环（短路环）附近，且与笼条和端环的焊接工艺质量密切相关。有 的笼条开焊处检修焊补后，运行不久就开焊。 5、双笼电动机笼条开焊或断裂一般都是从外笼开始，如未能及时发现和处理，则会很快扩 大到整个转子，以致损坏整台电动机。 6、高压电动机，转子笼条断裂在不解体情况下，通常不易被发现，但却常常伴随一些症状 发生，比如产生一定的振动，这种振动是由于转子笼条断裂后，原来的电机定子、转子电磁拉力产生不平衡。虽然有时通过调整动平衡能使振动得到暂时消减，但维持不了多久，出现新的断条时，振动又会加大。此外，仔细观察断条处，可以看到微弱的放电弧光。 7、笼条开焊断裂故障多发生在磨煤机等负荷重、启动频繁的拖动电动机上。电动机笼条截 面和端环尺寸偏小的电动机笼条容易产生开焊和断裂。据调查分析，我国JSQ158-6电动机外笼条直径为Φ8—Φ12，易开断，而国外同容量电机笼条直径约16mm，电流密度〈1A/mm2,不易开焊断裂。 二、笼条断裂应力分析 从上述笼条断裂的特征可以得出电动机笼条的开焊和断裂主要发生在电动机启动过程中，笼条所受的应力超过了笼条的机械强度。笼条的断裂应力包括静态应力和交变应力两个分量，主要包括： 1、热应力。在启动过程中，笼条和端环将流过很大的启动电流，其值可达额定电 流的5—7倍（双笼式电动机启动过程中，外笼条和外端环将流过很大的启动电 流）。由此而产生的损耗可使笼条和端环产生200—300℃的温度，从而使端环 产生相当大的热变形。端环的热变形将使笼条受到一个弯曲应力。据计算，此 弯曲应力比笼条所受的离心应力高约6倍。 2、焊接残余应力。国产电动机转子笼条的焊接多采用手工气焊，焊接温度难以准 确控制。由于端环在焊接中局部受热而产生热变形，焊好后因冷却收缩而造成 笼条弯曲应力。由于每根笼条在焊接温度上的差异，此应力的分布极不均匀， 可能造成很高的局部高应力。而且焊接所必须的温度使焊接区域内的端环和笼 条受到退火处理，从而使材料的机械强度有所降低。 3、交变应力。笼条所受的交变应力有两种，一种是启动过程中的电磁力，这是笼 条中的启动电流与转子磁场的作用力。笼条受到压向槽底的电磁力以2倍电流 频率脉动，若笼条在槽内固定良好，则此脉动力仅表现为对槽内铜条的脉动压 力，对铜条外悬部分不产生作用。但如笼条在转子槽内处于悬空状态（实际上 国产双笼电动机笼条与槽之间配合公差为0.2—0.5mm），笼条在槽内除一些支 撑点与铁芯接触外，其余部分均处于悬空状态），则在此脉动力的作用下，笼条 将产生振动，在笼条的两个固定端（即笼条与端环的焊接处），将附加一个二倍 电流频率的脉动应力。另一种交变应力是电动机启动过程中的低频循环应力。 此循环应力的幅值即为笼条的全部机械应力，其交变频率即为电动机的启停次
利用连续细化的傅里叶变换方法，通过对异步电动机稳态运行时定子电流进行分析，提出了用傅里叶变换的结果作为参考信号以抵消基波1f 分量的方法，解决了傅里叶变换时1f 分量的泄漏淹没()121f s -分量这以问题。该方法可用于电动机转子故障的在线检测，并可成功应用于嵌入式在线监测仪的研制。 三相异步电动机由于结构简单、价格低廉、运行可靠，在电力、冶金、石油、化工、机械等领域得到广泛应用。由于工作环境恶劣或者电动机频繁启动等原因，转子导条或者端环经常会发生开焊和断裂等故障。这种故障通常先有1~2根，而后发展成多根，以至出力下降，最后带不动负荷而停机。对电动机进行在线检测，提前发现电动机的故障隐患及早采取相应措施，以减少或者避免恶性故障的发生。 目前常用的转子断条在线检测方法是对稳态的定子电流信号直接进行频谱分析，根据频谱中是否存在()121f s -的附加分量来判断转子有无断条。但由于()121f s -分量的绝对幅值很小，并且异步电动机运行时转差率s 很小，频率()121f s -与1f 非常接近，用快速傅里叶变换直接作频谱分析时，基波1f 频率分量的泄漏会淹没()121f s -频率分量，因而使检测()121f s -频率分量是否存在变得非常困难。 本文采用快速傅里叶变换的方法，通过快速傅里叶变换得到电动机断条时信号的频谱，为了抵消基频50Hz 频谱图由于频谱泄漏对故障信号频谱的淹没，将电动机断条故障时的信号经自适应陷波器处理，以滤除工频50Hz 对特征分量的影响。
第一章绪论 1 引言 2 电动机转子断条故障的现状与课题意义 3 本文的主要研究方法法与研究内容 第二章电动机的结构与工作原理 2.1 电动机结构及原理分析 2.1.1 组成结构 2.1.2 转子的结构、定子的结构 2.1.3 电动机工作原理分析 2.2 电动机断条故障的原理 2.2.1转子断条原因 2.2.2转子断条常见现象 2.2.3断条原因分析 第三章快速傅里叶变换与MATLAB实现 3.1 MATLAB简介 3.2 快速傅里叶变换的数字实验 3.3 本章小结 第四章自适应陷波器原理 4.1 原理分析 4.2 基于LMS算法的MATLAB实现 4.3 用MATLAB程序实现LMS算法 4.4 本章小结 第五章电动机断条故障理论分析 5.1 电动机断条故障理论分析 5.1.1异步电动机转子断条故障时定子电流的特点 5.1.2电动机断条故障理论分析程序流程图 5.1.3理论仿真波形及其分析 5.2 理论仿真波形与分析 5.3 本章小结 参考文献 附录 致谢
三相鼠笼式异步电动机实验报告 实验名称：三相鼠笼异步电动机实验 实验目的：1.掌握三相异步电机的负载试验的方法。 2.用直接负载法测取三相鼠笼异步电动机的工作特性。 3.测定三相鼠笼型异步电动机的参数 实验项目：1.掌握三相异步电机的负载试验的方法。 2.用直接负载法测取三相鼠笼异步电动机的工作特性。 3.测定三相鼠笼型异步电动机的参数 （一）填写实验设备表 序号名称型号和规格用途 1 电机教学实验台NMEL-II 提供电源，固定 电机
2 三相笼型异步电动机M04 实验所需电机 3 电机导轨及测功机实验所需电机 4 转矩、转速测量及控制平台NMEL-13 测量和调节转矩 5 交流表NMEL-001 提供实验所需电压 表，电流表功率表以 及功率因数表 6 三相可调电阻器NMEL-03 改变输出电流 7 直流电压、毫安、安培表NMEL-06 测量直流电压，电流 8 直流电机仪表电源NMEL-1 提供电压 9 旋转指示灯及开关NMEL05 通断电路 （二）测量定子绕组的冷态直流电阻 填写实验数据表格 表3-1 室温25 ℃绕组I 绕组Ⅱ绕组ⅢI（mA）50 40 30 50 40 30 50 40 30 U（V） 2.35 1.89 1.41 2.35 1.88 1.41 2.36 1.89 1.41 R（Ω）160 120 80 160 120 80 160 120 80 （三）测取三相异步电动机的运行特性 填写实验数据表格 表3-2 N U=220V() 序号 I OL（A）P O（W） T2 （N. m） n （r/ min） P2（W）I A I B I C I1P I P II P1
鼠笼型电动机转子断条的检查与修狸 2010-04-22 11:55:08|分类：默认分类|标签：|字号大中小订阅 鼠笼型电动机转子断条的故障，一般厂矿和农村社队的用户都能遇到，从事修理电机的单位更是屡见不鲜。对那些空载不能起动，或空载能起动但发出时高时低的嗡嗡声，机身振动，尤其加上负载后转速明显下降，甚至停转的电机，经过初步检查，确定定子绕组没有毛病的，就应对转子的笼条进行检查。作为修理单位，对那些绕组过热甚至烧毁的电机，凡未检查出烧毁原因的，都应对转子进行必要的检查，特别对农村中广泛使用的一些老杂牌和非专业厂生产的电机，更应认真检查。检查的方法有许多种，十几年来，各种方法我们先后都使用过，现将自己感到比较简便的几种方法简介如下： 1、观察法将转子抽出，仔细观察转子笼条及转子端环与笼条的交接处，如发现有过热、变色的迹象，就是断条的地方。 2、换同型号转子一试若怀疑转子断条时，将它抽出，用同型号转子换上，试运转一会，如果带负荷运行时转速、声音都正常，就说明换下的转子有断条的地方。 3、用三相低电压电源试将三相对称的30～40V的交流电源，串上电流表通入三相定子绕组，如图1。通入的电压高低，以电流表的读数不超过电机的额定电流为准，然后用手慢慢转动转子的轴，如果转子笼条是完好的，三相电流表上指示的电流数基本上稳定不变，若转子笼条有断裂的，电流表有突然下降的情形，随转子慢慢转动，会引起三相电流大小循环的变动。2、3两法仅能判断出笼条是否有断裂现象，而不能找到断条的确回位置，这对只需要找出毛病，不能修理的单位是可以使用的。既能断定出转子是否有断裂，又能指示出断裂的确切位置
的方法有： 4、用铁粉检查利用转子笼条通入电流（或转子内有感应电流生成）时，笼在条周围能形成磁场的原理，在转子通电（或有感应电流）的同时，向转子上撒铁粉（用打磨粉器的砂轮下面的粉沫最好）。从转子上铁粉的分布情况，便可以看出转子笼是否断裂，若铁粉都很整齐的一行一行的顺笼排列，说明笼条是完好的。若笼条断了，铁粉撒不上（不吸铁粉）。具体又有以下几种方法： （1）用调压器和变压器检查。如图2，调整调压器，使变压器二次电流逐渐增大，再向转子上撒铁粉，到铁粉能排列整齐为止。 （2）只用调压器检查。若有现成的调压器，其大小在1KVA以上，将其外罩去掉，调压器的输出部分间置不用，用20㎜2的软线在调压器的铁蕊上穿绕2——3匝，做为二次，引出线上转子。当输入部分通入220V交流电时，二次可感应出足够的电流供测试用。如果无完好的调压器，可找一台2～3KVA的废调压器（或变压器）铁蕊，用1．20左右的漆包线在其上面绕320匝（不需排到很平整）做为一次，二次仍用20㎜2左右的软线绕2～3匝即可。 （3）利用电焊机检查。若现场无专用设备可使用，有电焊机的单位，可直接用它的一次做电源，拿去外罩，在其铁蕊上穿绕1～2匝软线做为二次，若现场无软线可用，可用焊把线绕上1——2匝做为二次（必要时，可把活动铁蕊退出后
1，高压电动机鼠笼转子断条改进方法 1）在鼠笼条和端环整体连接处加强机械强度，避免转子鼠笼条断后翘起扫膛，利用制作合适尺寸的钢环或无纬环氧玻璃丝带及钢线绑扎来增加转子端部鼠笼条和端环的机械强度。对于转子直径较小，可以不扎钢线或无纬玻璃丝带，而用一个钢环，包以绝缘，置于端头，用玻璃丝带扎牢，再浸漆烘干。 2）对于鼠笼条在铁芯槽内松动的转子，必须制作比原铜条尺寸略大的铜条来打进槽孔，槽孔和铜条夹紧没松动、翘起。 3）避免电动机超载、频繁短时间开启，改善电动机运行工况，制定合适的运行方式，保证电动机的安全运行。 2，高压电动机鼠笼转子断条技改工艺 1）更换断裂的转子铜条。如果铜条断条或裂纹在槽内，首先用铣床铣去端环上对应孔洞内的焊接部位，用与槽型匹配的钢杆顶出断裂的导条，仔细吹扫铁心槽，检查槽内清洁无杂物。再以重新定制的铜条（尺寸略大一点）打入转子槽内。 2）笼条与端环焊接，钎焊前彻底清理焊接部位，打好45°坡涂上溶剂进行施焊。为了减少内应力和保证强度，要低温钎焊，且均匀加热，当温度达到800℃时，用45%银钎料银焊条焊接，以减少接触电阻；将银焊条触及接头处，让钎料溶化并逐渐填满间隙，焊接4～5 个接头后，转180°后再焊接另一面的接头，要交叉进行焊接，以减少焊接后的残余应力。钎焊后，当端环冷却到180℃时，用10％的柠檬酸水溶液洗刷，并吹干。 3）防护环采用磁性钢环，工艺要标准，采用热套法装入。厚度为2～3mm，厚度不得超过铁心外圆。 4）无纬玻璃丝带绑扎。用厚度为 0.17mm 宽度为 25 （或 15）mm无纬环氧玻璃丝带绑扎。将转子安放在绑扎机上，通过拉紧装置将无纬玻璃丝带拉至转子，调整好合适的拉力及转速，然后进行缠绕绑扎，绑扎厚度不得超过转子铁心外圆。无纬玻璃丝带浸漆烘干固化后，用小榔头敲打可发出清脆的金属声为合格。用锉刀锉平箍环。 5）转子进行动平衡校验。 5 转子改造后的效果1）逐步改进后转子断条故障情况见表。 2）电动机转子经过改进后，效果良好，运行至今没有出现过鼠笼条断条故障。 6 结束语总之，做好电动机的定期检查和维护工作，及时判断故障原因，进行相应处理，是防止故障 扩大，保证电动机安全运行，延长使用寿命的有效措施。 控制导条与端环焊接温度和时间，采用45％银铜整体中频焊接。
笼型异步电动机转子断条故障检测方法 笼型异步电动机在运行过程中，转子导条受到径向电磁力、旋转电磁力、离心力、热弯曲挠度力等交变应力的作用，加之转子制造缺陷，导致断条故障，其发生概率约为15%[1~3]。 转子断条是典型的渐进性故障，初期通常1、2根导条断裂，而后逐渐发展以至电机出力下降甚至停机。因此，必须实施转子断条故障在线检测，特别是初发性转子断条故障在线检测，这具有重要意义。 笼型异步电动机发生转子断条故障之后，在其定子电流中将出现1)21(f s ±频率的附加电流分量（s 为转差率，1f 为供电频率）[4，5]，该电流分量称为边频分量。以此作为故障特征，对定子电流信号做傅立叶频谱分析即可进行转子断条故障检测。 在转子断条故障发展初期，其特征——定子电流1)21(f s ±频率分量是细小、微弱的。因此，进行转子断条故障检测，特别是早期检测必须保证高灵敏度。 另一方面，由于本身所固有的非对称、气隙偏心、转子不对中及其它因素，异步电动机即使处于正常运行状态，其定子电流中亦可能包含1)21(f s ±及其它频率分量。并且对于不同的异步电动机，情况复杂。这极易与转子断条故障初期特征相混淆，导致误判，影响故障检测可靠性。 为了解决这一问题，姜建国、汪庆生 等采用自适应滤波方法抵消定子电流1f 频率分量，以凸现转子断条故障特征——定子电流1)21(f s -频率分量，从而显著提高故障检测灵敏度 [6]。K. Abbaszadeh, J. Milimonfared, et al 应用小波分析技术处理定子电流信号，提取小波分解系数反映转子断条故障特征，据此改善故障检测灵敏度[7]。 华北电力大学业已提出卓有成效的初发性转子断条故障检测方法[8,9]：采用定子电流1)21(f s ±频率分量作为故障特征，将连续细化傅里叶变换、自适应滤波、转子齿槽谐波转差率估计、检测阈值自整定技术有机结合，高灵敏度/高可靠性地在线检测异步电动机转子断条故障。 文献[8，9]表明：应用连续细化傅里叶变换与自适应滤波技术可以保证高灵敏度地提取电机定子电流边频分量；应用转子齿槽谐波转差率估计技术可以正确判断该分量是否真正由转子断条故障所导致；应用基于样本学习的检测阈值自整定策略则可以适当设臵检测阈值，避免故障漏检与误判。 异步电动机低转差率运行（如轻载甚至空载）时，频率1)21(f s -与频率1f 非常接近，而定子电流1)21(f s -频率分量幅值远远小于1f 频率分量，因此断条特征----1)21(f s -频率分量可能被1f 频率分量的泄漏所淹没。在这种情况下，检测结果可信度欠佳。
鼠笼型异步电动机转子断条是一种常见故障,断条后的异常表现: (1)接上三相电源后,机身振动且伴有噪声;电机转速降低,且随负载增加而迅速下降。(2)空载电流增加,电流表指针周期性摆动;电机转矩降低,带负荷无力,严重时无法起动。上述现象随着转子断条的增多而加剧。笼型转子断条的原因：(1)浇铸质量不佳, (2)结构设计不合理(3)起动频繁的冲击负荷(4)操作不当和违章操作，使用过程负载过大，或者转子上的感应电流分布不均匀，造成转子槽内导条烧断，铸铝多发生在槽内，而铜条多发生在与端环的联接处。(5)使用场所对电机的腐蚀。 有的电机就是这样，如果烧了从绕就必须加多线圈。槽满率太高的话就减细线径。 看电流大小而定加线圏的多少，加线圈一般是电流增加10％，线圈增加1％。 只是经验。一般也很准的。 短路环用来短路转子线圈使其线圈中的感应电动势闭合产生电流，电流形成磁场与定子旋转磁场相互作用并转起来； 若转子不短路电机就是个二次侧开路的空载变压器。 电机通电后产生一个旋转磁场，这个磁场的励磁是由电流的无功产生。旋转磁场切割转子导体产生感应电势，通过转子的短路环形成感生电流，这个电流在磁场中受力，使电动机转动。所以说三相异步电动机转子末端短路环的作用是形成感生电流的。 三相异步电动机转子铁芯开槽是为了嵌入转子绕组，定子上通常也开槽，作用也是嵌入定子绕组。而且这些槽都是斜槽，斜槽的作用如下： 电机内部有各种频率的谐波，因定子采用分布短距绕组，所以除齿谐波之外的其它频率的谐波磁势幅值均被极大程度地削弱。由于齿谐波绕组系数等于基波绕组系数，所以齿谐波磁势几乎不受影响。因为三相异步电动机的定、转子开槽，造成整个气隙圆周范围磁阻不均匀，电机运转时电磁转矩和感应电动势相应波动。转子斜槽后，形成的电磁转矩和感应电动势近似于同一根转子导条均匀分布在一段圆周范围内的平均值，能有效地削弱齿谐波磁场所产生的谐波电动势，从而削弱由这些谐波磁场引起的附加转矩，降低电磁振动和噪声。转子斜槽后虽然也会使转子感应的基波电动势减少，但一般选择的斜槽度相对于极距来说小得多，因而对电机基本性能影响很小，故中小型铸铝转子异步电动机普遍采用转子斜槽
三相异步电动机结构图解 图1封闭式三相异步电动机的结构 1—端盖2—轴承3—机座4—定子绕组5—转子 6—轴承7—端盖8—风扇9—风罩10—接线盒 异步电动机的结构也可分为定子.转子两大部分。定子就是电机中固定不动的部分，转子是电机的旋转部分。由于异步电动机的定子产生励磁旋转磁场，同时从电源吸收电能，并产生且通过旋转磁场把电能转换成转子上的机械能，所以与直流电机不同，交流电机定子是电枢。另外，定.转子之间还必须有一定间隙(称为空气隙)，以保证转子的自由转动。异步电动机的空气隙较其他类型的电动机气隙要小，一般为0.2mm～2mm。
三相异步电动机外形有开启式.防护式.封闭式等多种形式，以适应不同的工作需要。在某些特殊场合，还有特殊的外形防护型式，如防爆式.潜水泵式等。不管外形如何电动机结构 基本上是相同的。现以封闭式电动机为例介绍三相异步电动机的结构。如图1所示是一台封闭式三相异步电动机解体后的零部件图。 1.定子部分 定子部分由机座.定子铁心.定子绕组及端盖.轴承等部件组成。 (1)机座。机座用来支承定子铁心和固定端盖。中.小型电动机机座一般用铸铁浇成，大型电动机多采用钢板焊接而成。 (2)定子铁心。定子铁心是电动机磁路的一部分。为了减小涡流和磁滞损耗，通常用0.5mm厚的硅钢片叠压成圆筒，硅钢片表面的氧化层(大型电动机要求涂绝缘漆)作为片间绝缘，在铁心的内圆上均匀分布有与轴平行的槽，用以嵌放定子绕组。
(a)直条形式(b)斜条形式 图2 笼型异步电动机的转子绕组形式 (3)定子绕组。定子绕组是电动机的电路部分，也是最重要的部分，一般是由绝缘铜(或铝)导线绕制的绕组联接而成。它的作用就是利用通入的三相交流电产生旋转磁场。通常，绕组是用高强度绝缘漆包线绕制成各种型式的绕组，按一定的排列方式嵌入定子槽内。槽口用槽楔(一般为竹制)塞紧。槽内绕组匝间.绕组与铁心之间都要有良好的绝缘。如果是双层绕组(就是一个槽内分上下两层嵌放两条绕组边)，还要加放层间绝缘。 (4)轴承。轴承是电动机定.转子衔接的部位，轴承有滚动轴承和滑动轴承两类，滚动轴承又有滚珠轴承(也称为球轴承)，目前多数电动机都采用滚动轴承。这种轴承的外部有贮存润滑油的油箱，轴承上还装有油环，轴转动时带动油环转动，把油箱中的润滑油带到轴与轴承的接触面上。为使润滑油能分布在整个接触面上，轴承上紧贴轴的一面一般开有油槽。 2.转子部分
高压电动机转子笼条断条的原因及改进方法 1 引言 大武口发电厂锅炉辅机设备高压异步电动机自投产以来 频繁出现电动机线圈烧毁、转子笼条断条、转子熔铝等故障。故 障多发生在频繁启动且负荷大的排粉机、磨煤机及渣浆泵。仅 1993年就发生了2起因磨煤机转子熔铝致使高压电动机报废的 事故，造成了很大的经济损失。1994年利用机组大小修将该设 备转子改为铜条笼，但转子断条故障又相继发生，仅1995年统计为11次，故障率为35%，严重影响了电力生产的正常运行和 安全。 2 转子笼条断条分析 2.1 转子笼条断条现象 笼条断裂与电机负载形式及起动情况有关，大武口发电厂转子笼条断裂90%发生在起动频繁的排粉机、磨煤机和渣浆泵。从 笼条断裂部位看，大多发生在笼条与端环焊接处，如图1所示。
图1 笼条断裂部位示意图 从端环结构图看，端部转子笼条断裂如外翘时，将磨损定子端部绝缘从而引起电机烧坏。 2.2 转子笼条断条原因分析 (1) 笼条端环结构不合理，端环为整体，笼条与端环采用刚性连接，对单根笼条而言，其不能自由伸缩，易在焊接处产生应力集中。 (2) 外笼条为保证其电阻率大，其材质机械强度低，不能承受大的拉力，如焊接工艺不良，其热应力将很容易造成在端环处断条。 (3) 笼条在铁芯槽内压接不紧，运行中在离心力作用下窜动较 大。 (4) 由于电机的频繁启动，笼条在启停中加热和冷却过程反复进行，使笼条交替受力，极易被拉断或胀鼓与定子磨擦断裂。
3 转子改进方法 3.1 改进方法 利用大小修机会对锅炉辅机及除灰的5台渣浆泵的转子进行了改进，参见图2和图3。 图2 改造前笼条端环结构图及端环平面图 (1) 将原刚性悬充端环改造为两部分：指型弹性环部分和防护环部分。 (2) 与笼条连接部分改为指型弹性环部分，保证每根笼条轴向自由伸缩，以消除和减少热应力，同时消除笼条由于焊接工艺不良而产生的热应力。 (3) 增改防护环以增加转子端部笼条整体紧固力，防止笼条断后翘起刮坏定子绝缘，防护环可用磁性钢环或环氧与玻璃丝布带固 定成型的环。 (4) 将笼条镀铬加粗使笼条槽孔的间隙小于0.2 mm，减少纵向和轴向移动。
鼠笼式三相异步电动机和绕线式三相异步电机区别和应用 1、结构的区别： 1）鼠笼绕组； 2）绕线绕组，有滑环； 2、机械性能的区别： 1）结固； 2）高速不结固； 3、安全性的区别： 1）安全； 2）电刷有火花，有火灾、爆炸危险； 4、机械特性的区别： 1）机械应特性，即恒速； 2）软特性，可小范围调速； 5、启动性能： 1）启动电流大，转矩小； 2）启动转矩大，可以达到最大转矩，启动电流小； 6、应用： 1）适用恒速要求硬特性的场合； 2）使用调速软特性的场合，如起重机！ 7、起动原理： 1）减压启动； 2）改变转差率调速起动； 绕线电机和鼠笼电机有什么区别 ? 三相异步电动机由定子和转子两个基本部分组成.定子是电动机的固定部分,用于产生旋转磁场,主要由定子铁芯、定子绕组和基座等部件组成.转子是电动机的转动部分,由转子铁芯.转子绕组和转轴等部件组成.其作用是在旋转磁场作用下获得转动力矩.转子按其结构的不同分为鼠笼式转子和绕线式转子。 1.鼠笼式转子:转子绕组由插入转子槽中的多根导条和两个环行的端环组成.若去掉转子铁心,整个绕组的外形像一个鼠笼,故称笼型绕组.中小型转子一般采用铸铝方式。对于100KW以上的电动机采用铜条和铜端环焊接而成。 鼠笼型异步电机转子相数就是鼠笼转子上的导条数,每相匝数等于1/2匝.转子绕组不用对地绝缘.转子极对数是靠定子绕组磁动势异步而得的,因此它始终与定子绕组的极对数相等,与鼠笼转子的导条数无关。 鼠笼型异步电动机常用启动方法: 直接启动.降压启动.变频启动.或软启动器启动. 2. 绕线式转子:绕线式转子的绕组和定子绕组相似,中型电动机多采用双层绕组,三相绕组连接成星形,三根端线连接到装在转轴上的三个铜(或钢)滑环上,通过电刷与外电路相连接. 绕线型异步电机转子绕组的相数、极对数总是跟定子相同,每相的匝数相对较多,感应电势较大,转子绕组对地绝缘需绝缘. 绕线式异步电动
如何检测异步电动机转子笼条断裂 许多电动机故障的发生都是由各种原因造成的，从机械角度来看，电动机周期间歇运行、频繁起动运行都会引起绕组松动、绝缘老化、轴承磨损、振动加剧等缺陷。从电气角度看，电动机都可能受到所在电力网的各种暂态过程的影响，这些暂态过程有缓慢扰动与快速扰动之分。缓慢扰动会引起电动机过热，电力系统的电压快速变化的暂态过程，可以引起电动机绕组电位分布不均匀，导致部分绕组上的电压超过其绝缘的承受能力而损坏绝缘。电动机遇到的最严重的瞬变过程发生在起动和重新起动之际。特别是在电力工业中高压电动机反复起动，常常由于转子温度过高以及作用在笼型转子端环上的离心力过大，使笼型转子的强度降低，使转子本身在制造过程中就已存在的焊接不良等事故隐患暴露出来，在笼型转子的端环处首先可能出现笼条断裂，导致笼条伸出转子槽外，而发生扫堂现象，严重者使电动机报废，造成一定的经济损失。大型高压电动机，绕组一旦出现故障，修理起来更感困难。从环境角度来看，电动机又会遇到高温、污染，从而使电动机绝缘材料劣化等等。所以应用于电动机上的在线检测系统必须灵敏、准确地探测出电动机存在的故障和潜在故障。但有时会因外界条件变化，人为操作方法不当，产生较大误差使判断出错。所以，在使用较为先进的测试仪器时，要注意现场的具体情况和人为操作的准确度等因素，以便得到满意而准确的结果，减少不必要的劳动。 笼型异步电动机转子断条在线检测的原理
笼型异步电动机转子绕组的故障检测是比较困难的，因此，若能在转子断条故障初期检测出来并及时维修，可避免意外停机及恶性事故的发生，这对保证安全生产具有重要意义。 我们采用监测定子电流的仪器，不干扰电动机运行。电流传感系统只要把钳形电流互感器卡在电动机的次级回路上即可，电流互感器直接和一高分辨率的频谱分析仪相连，再由一微机系统将电流信号存储起来做出频谱分析。正常的异步电动机定子电流中只有与电源频率相同的电流。负载的变化将调制电流幅度的大小，产生一单脉冲。若转子电路中有故障，会在比电源频率低两倍转差率的地方产生一单脉冲。如果忽略高次谐波，定子电流只含有基波分量，频率为工频f1(50Hz)，转子电流的频率为sf1，其中s为转差率，s=(n1-nn)/n1,当转子发生断条时，转子绕组出现不对称，转子电流产生的合成磁动势不再只有正转，而是出现相对于转子既有正转的磁动势又有反转的磁动势，其转速分别为+n2和-n2，即n2=n1-nn=sn1。这两个转子磁动势相对于定子的转速分别为nn+n2和nn-n2，前者在定子绕组中感应的电动势频率为 p(nn+n2)/60=pn1/60=f1 后者在定子绕组中感应的电动势频率为 p(nn-n2)/60=p(nn-sn1)/60=p(n1-sn1-sn1)/60=p(1-2s)n1/60=(1-2s)f1 式中p——电动机的极对数 nn——电动机的实际转速 n1——同步转速
三相鼠笼式异步电动机的启动方法 电动机从接通电源开始，转速从零增加到额定转速的过程称为启动过程。 衡量电动机启动性能好坏，主要从下列几个方面考核。 （1）启动电流应尽量小。 （2）启动转矩应足够大，保证电动机正常启动。 （3）转速应尽可能平滑上升。 （4）启动方法应简便、可靠，启动设备应简单、经济。 （5）启动过程中消耗的电功率应尽可能小。 鼠笼式异步电动机的启动方法有直接启动和降压启动两种。 直接启动 直接启动是指启动时把电动机定子绕组直接接到电源上，加在电动机上的电压和正常工作电压相同，所以直接启动又叫全电压启动。 当电源容量(供电变压器容量)足够大，而电动机容量较小时，采用直接启动，电源电压不至于受电动机的启动而波动很大。 一般情况下，判断一台电动机能否直接启动，可用下面的公式来决定，公式为Ist ／IN≤3／4＋SN／4PN，式中Ist为电动机的启动电流，安；IN为电动机的额定电流，安；SN为给电动机供电的变压器容量，千伏安；PN为电动机的额定功率，千瓦。 Ist／IN是电动机的启动电流倍数，可在电动机样本和技术资料中查到。如果计算结果不能满足公式时，应采用降压启动。 降压启动 电动机启动电流过大是很不利的，主要危害是： （1）使线路上压降增加，造成末端电压下降。末端电压下降会影响其他用电设备用电，同时影响本身启动。 （2）使线路损耗增加，使电动机绕组铜损增加，造成电动机过热，减少电动机使用寿命。 （3）使电动机绕组端部受的电动力增加，严重时会发生变形；使电动机接线板上接线端子发热增加，因为启动电流大，加上接线端子接触电阻本来相对也大，所以发热就会增加，严重时会烧坏接线端子，烧坏接线板。另外，接线板的接线端子之间电动力也会因启动电流大而增大，严重时会损坏接线端子或使接线端子变形。 为了防止电动机启动电流过大，常利用启动设备将电源电压适当降低后加到电动机定子绕组上启动，以限制电动机的启动电流，待电动机转速升高到接近额定转速时，再使电动机定子绕组上的电压恢复到额定值，这种启动过程称为降压启动。 降压启动既要保证有足够的启动转矩，又要减小启动电流，还要避免启动时间过长。一般将启动电流限制在电动机额定电流的2～倍范围之内。启动时由于降低了电压，使转矩也大大降低了，因此降压启动往往在电动机轻载状态下进行。 常用的降压启动方法有自耦变压器降压启动、星形—三角形降压启动等。 1.自耦变压器降压启动 自耦变压器降压启动是指启动电动机时，利用自耦变压器来降低加在电动机定子绕组上的启动电压，待电动机启动完毕后，再使电动机与自耦变压器脱离，在全电压下正常运行。
三相笼型异步电动机分类、结构、工作原理、参数和铭牌识读 一、电动机的用途和分类 1.用途：电动机用于把电能转换成机械能并输出转矩，从而带动其他机械运转。 2.分类：?????????????????????????????????????? 直流电动机单相电动机同步电动机按系列分:J\JO2\JO3\JR\Y(国产\体积小\重量轻\节能)等系列电动机交流电动机按转子结构分:绕线式和鼠笼式电动机三相电动机异步电动机按工作方式分:连续\短时\间断等工作制电机按防护方式分:开启\防护\封闭\防爆\潜水电机按外型尺寸分:大型\趼\小型\微型电机 三相电动机大小分类表 大型 中型 小型 微型 中心高度㎜ ＞630 355~630 ＜71 定子铁心外径㎜ ＞1000 500~1000 100~500 ＜100 电动机座号 16号以上者 11~15号者 10号以下者 三相异步交流电动机具有结构简单、维修方便、运行可靠的特点，与同容量的其他电动机比重量轻、成本低、价格便宜，因此得到广泛的应用。由于时间关系，我们只学习三相笼型异步电动机。 二、三相笼型异步电动机的基本结构 :,:,????? 机座:由铸铁或铸钢铸成,用于支承定子铁心\定子绕组\转子定子铁心:由相互绝缘的硅钢片叠制而成,用于集磁和装放定子绕组绕组:铜线制成,三个绕组互成120,用于通入三相对称交流电以产生旋转磁场三相笼型异步电动机转子铁心:由相互绝缘的硅钢片叠制固定在转子轴上,用于集磁和装放转子导体转子转子导体多用铝铸成用于切割磁力线,通过感应电流和产生电磁力 转轴由优质碳钢制成用于支承转子铁心并使其作? ???? ??? ??????定轴旋转和输出机械转矩 三、三相异步电动机的工作原理 三相异步电动机的定子中的三个对称绕组通入对称三相交流电，就产生一个旋转磁场，旋转磁场按 160/n f p =旋转(f 为交流电的频率,p 为磁极对数), 在转子绕组或鼠笼条产生感应电动势和感应电 流，进而转子绕组或鼠笼条受到电磁力的作用，电磁力产生电磁转矩，转子在电磁转矩的作用下以 1(1)n s n =-的转速转动起来；电动机的转向与旋转磁场的方向相同，任意对调两相电源线，就可改变电 动机的转向。 1．旋转磁场的形成、转速和方向 下面以两极电动机说明旋转磁场的形成。设输入 三相电流为: 1sin U m i i I t ω== 2sin(120)V m i i I t ω==- 3sin(120)W m i i I t ω==+ 则三相电流的波形图如图4.1，三相交流电在 不同时刻产生的合成磁场的方向如图4.2所示。 t ωi 1i 2 i 3 i 90 180 270 360 4.1 图定子绕组中三相交流电的波形