毕业论文---鼠笼电机故障诊断分析

毕业论文---鼠笼电机故障诊断分析 毕业设计(论文)说明书 摘 要 异步电动机具有结构简单、价格低廉、运行可靠等优点而成为各种生产过程中使用最为广泛的能量转换装置，在电力、冶金、石油、化工、机械等工农业生产中得到了广泛应用。特别是近年来随着交流调速技术的发展，鼠笼式异步电动机在一些高性能传动领域也占有了一席之地。它们实现了工农业生产中一半以上的能量转换，其运行状态直接决定了生产过程的效益，生产线的安全以及产品的质量。在某些特殊的场合，如核反应堆的冷却系统，煤矿的通风系统等，关键电机的运行状态直接影响着生产人员的生命安全。因此，保证这些电机在生产过程中安全可靠运行具有重要意义。 本设计研究鼠笼电机故障诊断分析，先后介绍了鼠笼电机的结构、工作过程、故障类型及原因，并重点研究了转子断条故障的检测。 关键字: 鼠笼电机 转子断条 故障诊断分析 - 1 - 毕业设计(论文)说明书 Abstract Because of their simple structure)low price and high reliability, induction motors are widely used in many aspects, such as electric power 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 the production line and the quality of the products. Even at some special situation, such as the cooling system in a reactor or well ventilated system of the coal mine, the movement of squirrel-cage induction motors influence the safety of the people. So it is important to make these induction motors working safely and continuity. In the paper we discuss the probable breakdowns which the 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 bars that induction motors always happen owing to stresses. Key words: Squirrel-cage Induction Motors Broken Rotor Bars Online Induction - 2 - 毕业设计(论文)说明书 目 录 摘要 前言 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1 1. 异步电机的基本介绍„„„„„„„„„„„„„„„„„„2 1.1 异步电机的结构、工作过程 „„„„„„„„„„„„„3 1.2 异步电机的故障类型概述 „„„„„„„„„„„„„„4 2. 异步电机的故障类型及原因„„„„„„„„„„„„„„„4 2.1 异步电机故障类型与故障机理 „„„„„„„„„„„„4 2.2 异步电机故障的直接原因 „„„„„„„„„„„„„„8 2.3 异步电机故障的间接原因 „„„„„„„„„„„„„„11 3. 异步电机的故障检测诊断„„„„„„„„„„„„„„„„14 3.1 异步电机绝缘故障原因的诊断分析 „„„„„„„„„„15 3.2 异步电机绕组接地故障诊断方法 „„„„„„„„„„„16 3.3 异步电机绕组短路故障诊断方法 „„„„„„„„„„„18 4. 鼠笼电机转子断条故障诊断分析„„„„„„„„„„„„„20 4.1 常见鼠笼电机转子故障 „„„„„„„„„„„„„„„20 4.2 鼠笼电机转子故障检测的传统方法 „„„„„„„„„„21 4.2.1 传统的检测方法 „„„„„„„„„„„„„„„„21 4.2.2 鼠笼电机转子断条鼓掌排除方法 „„„„„„„„„23 4.3 鼠笼电机转子故障检测的在线方法 „„„„„„„„„„24 4.3.1 定子电流频谱诊断法 „„„„„„„„„„„„„„24 4.3.2 傅里叶变换法、小波分析法 „„„„„„„„„„„26 4.3.3 Park’s矢量法、气隙转矩分析法„„„„„„„„„„28 4.4 鼠笼电机转子断条实验数据以及分析„„„„„„„„„29 5. 结论 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„37 参考文献 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„39 致谢 - 3 - 毕业设计(论文)说明书 前 言 本设计为毕业设计，研究异步电机的故障诊断分析，尤其是转子故障的分析。是根据目前对异步电机各种性能改善的要求，在确保各生产安全、可靠、经济的基础上完成的。 本设计的主要内容包括:异步电机的结构分析、异步电机的故障类型及原因、异步电机各种故障的检测诊断和鼠笼电机转子断条故障的诊断分析，以及鼠笼电机转子断条故障实验数据分析。 在设计的过程中，紧密联系鼠笼电机实际工作环境，对可能出现的故障进行了研究，通过搜集广泛的资料，查阅大量的图书，注重基本理论和概念，在此基础上完成了设计的各个环节。 在设计的过程中得到了吴尧辉导师的大力指导，还有同学们的帮助，在此致以衷心的感谢。由于专业知识的不足，在设计中不免出现错误，请老师给予指正。 - 4 - 毕业设计(论文)说明书 1(异步电机的基本介绍 异步电动机主要用作电动机，拖动各种生产机械。例如，在工业应用中，它可以拖动风机、泵、压缩机、中小型轧钢设备、各种金属切削机床、轻工机械、矿山机械等，在农业应用中，可以拖动水泵、脱粒机、粉碎机以及其他农副产品的加工机械等。在民用电器中，电扇、洗衣机、电冰箱、空调机等都由单相异步电动机拖动。总之，其应用范围广，需要量大，是实现电气化不可缺少的电气设备。 异步电动机主要的优点为:结构简单、容易制造、价格低廉、运行可靠、坚固耐用、运行效率较高和具有适用的工作特性。缺点是功率因素较 机在运行时，必须从电网里吸收滞后性的无功功率，它的功差。异步电动 率因素总是小于1，由于电网的功率因素可以用别的办法进行补偿，这并不妨碍异步电动机的广泛应用。 对那些单机容量较大、转速又恒定的生产机械，一般采用同步电机拖动为好。因为，同步电机的功率因数是可调的。但并不是说，异步电机就不能拖动这类生产机械，而是要根据具体情况进行分析比较，以确定采用那种电机。 异步电动机运行时，定子绕组接到交流电源上，转子绕组自身短路，由于电磁感应的关系，在转子绕组中产生电动势、电流，从而产生电磁转矩。所以，异步电机又叫感应电机。 异步电动机的种类很多，从不同角度看，有不同的分法。例如: 按定子相数分，单相异步电机、两相异步电机和三相异步电机。 按转子结构分，有绕线型异步电机和鼠笼异步电机。鼠笼电机包括单鼠笼异步电动机、双鼠笼异步电动机和深槽异步电动机。本设计只讨论较常用的鼠笼异步电动机的问题。 - 5 - 毕业设计(论文)说明书 1.1 异步电机的结构、工作过程 下面介绍一下异步电动机的结构。 异步电机主要由定子和转子两大部件组成，定子和转子之间有一个很小的气隙。此外还有端盖、轴承、风扇等零部件。图1-1为笼型异步电动机的结构图。 图1-1 三相笼型异步电动机的构造 1—轴承盖 2—端盖 3—机座 4—轴承 5—笼型绕组 6—转子铁心 7—罩壳 8—风扇 9—定子绕组 10—转子 11—转轴 12—定子铁心 13—接线盒 当三相异步电机接到三相电源上，定子绕组就能够产生一个旋转磁场，该磁场相对切割转子绕组，在转子绕组中产生感应电动势，笼型电机转子闭合，则会产生转子电流，该电流与定子旋转磁场相互作用，使转子绕组导体受到电磁力，而使转子跟着定子旋转磁场同方向旋转。 由于转子电流是由定子旋转磁场感应产生这一原理来考虑，异步电动机又可以称为感应电动机。电机转子的转速n总要略小于定子旋转磁场的转速n,这两种转速的差异是电动机能够工作的必要条件，因为转子的转1 速n加速到等于同步转速n 时，转子绕组和气隙旋转磁通密度之间就没1 有相当运动，当然转子绕组中就不再有感应电动势了，电流和电磁转矩都 - 6 - 毕业设计(论文)说明书 等于零。也就是说，这种情况不可能维持下去。通常把同步转速n和电动1机转子转速n之差与同步转速n的比值叫做转差率，用s 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 示。异步电动1 机转子的转速随负载的变化而变化的，转差率s也就随负载的变化而变化，一般在空载时，s约在0.5%以下;额定负载时，s约为2%-5%。 1.2 异步电机的故障类型概述 从故障性质上看，异步电动机的故障大致可以分为电气性故障和机械性故障两大类，电气性故障主要包括定子绕组故障和转子导条故障，而机械性故障则包括由于机械上的原因而引起的气隙偏心故障等。 笼型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的应用。由于工作环境恶劣或电机启动频繁等原因，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。对电机进行在线检测，提前发现电机的故障隐患及早采用相应措施，以减少或避免恶性故障的发生。 异步电动机转子故障的发生，将会使电机各运行参数发生相应的变化，通过检测电机参数在故障前后的变化，可以达到检测电机故障的目的。 2(异步电机的故障类型及原因 2.1 异步电机故障类型与故障机理 异步电机长期运行，一些结构、部件会逐渐劣化，逐渐失上原有性能和功能，就会暴露出一些不正常的状态，例如定子电流不稳定，转子振动等一系列故障。诊断技术是通过各种检测技术、测定出能反映故障隐患和趋势的参数，从中得到预警信息，进一步通过信息分析对电动机故障程度和起因有—个准确判断，能及时、有效的对电动机进行维修、排除故障，以实现电动机的预知维修，而不致影响生产。 但是检测技术只能测出各种参数，而且有些参数不是直接反映事故的 - 7 - 毕业设计(论文)说明书 一次参数，而是间接反映事故的二次参数。因此，故障认别必须有大量经验积累，形成一个数据库和专家系统后，才有较高的可靠性。同时故障识别必须对诊断对象的各种性能、结构、各种参数非常熟悉。为了对电动机的故障能出准确的判断，先介绍电动机各部分可能产生的故障。 表1 鼠笼电机故障类型与型态 电动机部位 故 障 故 障 原 因 故 障 型 态 (1)设计不良 机座振动 (2)安装不良 振动加大 (3)强迫机械振动 机座带电 (1)制造问题 (1)温升增加 机 座 (2)安装不良 (2)绝缘分解 (1)管道堵塞 (1)温度增加 冷却介质流失 (2)软管破裂 (2)温升增加 (3)泵故障 (3)绝缘热分解 (1)绕组绝缘破损 (1)机座带电 接 地 (2)绝缘电阻过低 (2)放电 (3)带电导体碰壳 (1)压装不紧 (1)起动和运行 铁心松动 (2)机械振动 噪声大 (3)压紧部件失效 (2)绝缘磨损 定子铁心 (4)铁心风道压条损坏 (3)振动加大 (1)定、转子相擦 (1)局部温升 局部过热 (2)制造和安装中铁心绝缘局(2)绝缘热分解 部损坏 - 8 - 毕业设计(论文)说明书 绝缘局部破损 安装、运行中撞坏 局部放电 (1)多次起动，定子绕组松动 (1)端部振动加 (2)绕组端部支撑环设计、制大 绝缘磨损 造不当 (2)泄露电流增 (3)绕组端部绑扎不紧、糟楔加 松动 (3)局部放电增 (4)铁心松动，电机振动 加 (1)冷却空气湿度过高 (1)绝缘电阻下 (2)冷却空气过滤不好 降 绝缘受污染 (3)轴承漏油 (2)泄露电流增 (4)风路和端罩漏风 加 (1)焊接不良 定子绕组 连接线受损 (2)振动 放电 (3)电流过大 (1)绝缘电阻下 (1)端部固定不良 降 绝缘裂纹 (2)机械振动 (2)罅漏电流增 (3)温度过高，湿度过低 加 (3)局部放电增 加 (1)铁心出口处电位梯度过大 (1)暗处能看到 电 量 (2)绝缘层间间隙制造工艺缺电晕现象 陷 (2)绝缘电腐蚀 - 9 - 毕业设计(论文)说明书 (1)糟楔松、线圈与槽有间隙 绕组窜位 (2)端部绑扎不紧，绑扎垫块 脱落 (3)起动时电动力大 (1)端部固定不好 (1)三相电流不 (2)机械碰撞使绕组变形 对称 定子绕组 匝间短路 (3)绕组振动 (2)电动机振动 (4)制造缺陷 (3)有短路匝线 圈温度高 铁心、支架松(1)冲击负荷使连接松动 电动机振动 动 (2)制造缺陷 支架开裂 (1)冲击负荷 (1)噪声 (2)轴系扭振 (2)焊接开裂 (1)匝间短路或断条 (1)振动 转子本身 不平衡 (2)转子零部件脱落 (2)噪声 (3)转子绕组或端环移位 (1)偏心产生的单边磁拉力 (1)振动、温升 与定子相擦 (2)轴承磨损 增加 (2)电流摆动 接 地 (1)绝缘损伤 (1)振动 (2)过热 (2)放电 匝间短路 (1)绝缘损伤 (1)电流摆动 (2)过热 (2)三相阻抗不 (3)污垢积存 平衡 - 10 - 毕业设计(论文)说明书 (1)设计、制造缺陷 (1)电流振动，转子绕组 (2)焊接不良、长期过载 起动困难 短条、开焊 (3)起动次数频繁 (2)振动，润差 增加 (3)换向火花加 大 温度高 (1)润滑不良 发热 (2)轴瓦间隙过小 (1)接地不好 合奏电流、轴瓦 带 电 (2)轴过电压过高 和轴颈上出现点 火花产生麻点 轴 承 (1)流动轴承内、外圆和滚动振动 振 动 体损坏 (2)滑动轴承、油膜振荡 漏 油 密封失效 (1)润滑油渗漏 (2)润滑脂溢出 2.2 鼠笼电机故障的直接原因 (1)定子铁心故障 ? 定子铁心短路 大部分发生在齿顶部分。交流电动机定子铁心中磁通是交变的，铁心中的磁滞损耗、涡流损耗及表面磁通脉振损耗都将使铁心发热。为了减小定子铁心的损耗，通常都将定子冲片两边涂有绝缘层以形成隔离层，以减小损耗。由于鼠笼异步电动机气隙小，装配不当，轴承磨损，转轴弯曲及单边磁拉力等原因，都可能造成定子、转子相擦，使定子铁心局部区域齿顶上绝缘层被磨去，并因毛刺使片间相连，致使涡流损耗增大而局部过热，甚至危及定子绕组。由于局部高温造成绝缘热分解，能闻到绝缘挥发物和 - 11 - 毕业设计(论文)说明书 分解物的气味。而电动机此时往往出现空载电流加大，振动和噪声增大，有时能发现机座外壳局部部位温度高，发现以上情况应及时停机检修。 ? 往往是由于制造时铁心压装不紧，或定子铁心紧固件松脱或失效时发生，其主要征象是电磁噪声增加，特别是在起动过程时的电磁噪声。振动大是铁心松动的另—征象，铁心松动故障不但使电机的噪声使人难以忍受，长期存在将导致绕组绝缘因振动大而大大缩短寿命。 (2)绝缘故障 鼠笼异步电动机各部分绝缘都是由不同绝缘材料，经过各种处理组合成的绝缘，各部分的绝缘结构组成了电动机的绝缘系统。但是无论是机械强度、耐热性、对环境的抵抗能力以及耐久性等方面，绝缘系统都是电动机结构中较薄弱的环节，其发生故障的几率也较高，老化、磨损、过热、受潮、污染和电晕都会造成绝缘故障。 ? 老化 电机的绝缘结构，运行中由于长期的高温、机械应力、电磁场、日照、臭氧等因素的作用，发生了种种化学和物理变化，使其机械强度降低，电气性能劣化，如失去弹性、出现裂纹、泄漏电流增加、介质损耗增加、击穿电压降低等，这些都是老化现象。 ? 磨损 绝缘结构由于电磁力的作用和机械振动等原因，绕组间、绕组与铁心、固定结构件之间发生位移和不断摩擦，而使绝缘局部变薄、损坏。 ? 过热 绝缘材料和绝缘结构中，由于内部挥发成分的逸出，氧化裂解，热裂解等化学、物理变化，生成氧化物，使绝缘层变硬、发脆、出现裂纹、针孔，而导致机械和电气性能的降低。 ? 受潮 绝缘材料和绝缘结构中有许多强极性物质，分子中含有OH基的有机纤维材料，以及组织疏松、多孔状材料。而另—方面因水分子尺寸和粘度很小，能透入各种绝缘材料的裂纹和毛细孔，溶解于绝缘油和绝缘漆中，水分子的存在使绝缘结构的漏导电流大大增加，电气性能大大降低。 - 12 - 毕业设计(论文)说明书 ? 污染 绝缘结构的表面和内部，存在不少裂纹、针孔和微泡，当导电性尘埃或液体粘结在绝缘层的表面或渗入裂纹和针孔时，构成了很多漏电通道，使漏导电流大大增加，降低了绝缘可靠性。 ? 电晕 当定子电压较高，电机环境海拔较高时易发生。高压电机定子绕组在通风槽口和端部出槽口处，绝缘表面电场分布是不均的，当局部场强达到临界值时，空气发生局部电离(辉光放电现象)，在黑暗时就能看到蓝色荧光，这就是电晕现象。电晕产生的热效应、臭氧和氮的氧化物都会对绝缘产生腐蚀现象，使局部绝缘层很快销蚀，耐压强度降低。 (3)异步电动机的转子绕组故障 异步电动机的转子绕组故障主要是转子断条和端环开裂，电动机在起动时，绕组内短时间流过很大电流，不仅承受很大冲击力，而且很快升温，产生热应力，端环还需承受较大离心应力。反复的起动、运行、停转，使笼条和端环受到循环热应力和变形，由于各部分位移量不同，受力不均匀，会使笼条和端环因应力分布不均匀而断裂。另外，从电磁力矩来看(起动时的加速力矩，工作时的驱动力矩是由笼条产生的，减速时笼条又承受制动力矩，由于负载变化和电压波动时，笼条就要受到交变负荷的作用，容易产生疲劳。 产生这类故障的原因有: ? 铝所用的原料不纯，熔铝槽内杂质较多，使杂质混入铝液中注入转子，在有夹杂的地方就容易产生断条。 ? 铸铝工艺不当也可造成转子断条，如铸铝时铁心预热温度不够，手工铸铝不是一次浇完而中间出现停顿，使先后注入的铝液结合不好，以及铸铝前铁心压装过紧，铸铝后转子铁心涨开，使铝条承受不了过大的抗力而拉断。 (4)异步电机转子本体的故障 转子是电动机输出机械功率的部件，工作时往往承受各种复杂和变化的应力，如离心力、电磁力、热应力、惯性力和附加强迫振荡力，容易出现各种各样的故障。 - 13 - 毕业设计(论文)说明书 转子上部件的脱落和松动造成转于失衡，转子偏心产生不对称磁拉力，转轴弯曲、轴颈椭圆等原因，都将导致电动机振动增加。 冲击性载荷在电动机和负载机械构成的惯量系统中会激发起扭转振荡，使转子结构部件和转轴因高交变力矩而疲劳。 2.3 异步电机故障的间接原因 电动机的运行受很多因素的影响，归纳起来有安装地点和周围环境的影响，地基或安装基础的影响。图2-1是这些因素对电机运行影响的示意图。这些因素造成了对电动机运行的干扰，在极端的条件下使电动机出现故障现象，甚至无法远行。这些因素对电动机运 图2-1影响电动机安全运行的因素 行的干扰分述如下: (1)电源的原因 电源除向电动机输入电功率外，同时伴随而来的有些因素却给电动机运行带来干扰，如电网的电压和频率波动，当电压过低时，重载的异步电动机会因堵转而烧毁;快速开关或油开关切断时产生的浪涌电压或操作过电压，会造成过电压击穿;雷击过电压同样会使绝缘系统因过电压而击穿;电源中的谐波分量会造成换向困难和交流电机谐波转矩的增加，这些都会对电动机运行产生不利影响。 (2)负载性质和自载机械的原因 电动机在轴伸端输出机械功率，必须要满足工作机械要求，包括过渡过程所需加速力矩或制动力矩。但电动机也受到来自工作机械的反力和附 - 14 - 毕业设计(论文)说明书 加力矩的影响，如安装时不对称，联轴节调整不当，以及出于冲击负荷引起的扭振等，都会从轴伸端输入附加力和交变力矩，影响电动机运行，使电动机产生振动。 (3)安装环境和场所的原因 电动机在运行时，向周围空间发散热量和噪声，但是环境温度、湿度、海拔高度以及电动机安装场所的粉尘、有害气体、盐雾、酸气等，对电动机的运行也将产生影响。 (4)地基或基础的原因 电动机向工作机械传输的转矩和电动机自重必须由地基或基础来承受，由轴伸传入的工作机械附加力矩。合闸、拉闸时出现的冲击力矩，也通过电动机的机座传到地基。但是，电动机也常常会受到来自地基的反作用力，如因基础振动冲击使电机受到影响。 (5)运行条件的原因 恶劣的环境和苛刻的运行条件，以及超过技术条件所规定的允许范围运行，住往是直接导致故障的起因。例如电动机因过载会导致温升过高而烧毁;环境湿度过高往往会使绝缘受潮而绝缘电阻降低，泄漏电流增加，甚至发生击穿;电网电压过低也会使电动机堵转或过热而烧毁;快速开关动作时的浪涌电压可能会导致绝缘击穿;多次连续起动往往会导致同步电动机阻尼绕组开焊或断条。运行条件不适合导致各种故障。 运行条件对各类电动机产生的影响和结果是不同的，例如频繁起动对直流电动机影响不大，而同步电动机和异步电动机在通常情况下是不允许的，会产生各种故障;电压降低对直流电动机不致造成过大威胁，而对交流电机则危害甚大;湿度变化、环境污染对交流电机影响较小，而对直流电动机会产生很大影响。由于不同类型电动机运行原理和特点不问，易产生故障的部位也不相同。 - 15 - 毕业设计(论文)说明书 表2 运行条件引起电动机故障 运行条件 条件特性 原 因 引起故障 1) 经常过载 1) 电机过热、换向不良 2) 起动次数过多 2) 异步机过热、断条 工作机械和工 3) 负载机械振动 3) 轴承损坏、换向不良 负 载 作过程特性 4) 冲击负载 4) 转子结构部件松动、疲 5) 连续中载起动 劳、轴扭振 5) 绕组开焊、绕组断条 1) 电网电压缓慢1) 起动困难、转速不稳、过电 源 电网或电源特波动 热 性 2) 操作过电压 2) 定子绝缘击穿 3) 高次谐波 3) 谐波转矩增加、恶化 1) 不对中 1) 振动大 2) 接触不良 2) 接头处局部发热 安装及基础 电网或电源特3) 轴承绝缘接地 3) 轴电流 性 4) 座脚螺钉松 4) 机座振动 5) 基础振动 5) 绝缘局部损伤 1) 高温 1) 过热、绝缘老化 作业场地特点 2) 低温 2) 霜冻 3) 有害气体 3) 结构件绝腐蚀 1) 高温度 1) 绝缘吸潮、击穿 环 境 地理、气象特点 2) 低湿度 2) 电刷嘈声、氧化膜不易建 3) 海拔，1000m 立 3) 允许温升降低 污染情况 粉尘、油雾 绝缘电阻降低、电刷磨损增加 - 16 - 毕业设计(论文)说明书 (6)电动机的选型不当引起故障原因 电动机的安全运行是以正确选型和使用为前提的，当电动机在其额定数据和技术条件规定范围内运行，电动机是安全的，电动机运行超过规定范围，可能会出现不正常征兆，甚至发生事故。电功机的技术条件规定了它的适用环境条件、负载条件和工作制。 电动机选型是最重要的。电动机的类型、结构型号、防护方式、容量和转速的选择，必须根据负载机械的性质、转矩、转速和起、制动与加速要求来确定，电动机的选型必须满足使用要求，特殊用途和运行条件的电动机，必须专门设计和特殊工艺处理，以适应特殊要求。 3( 异步电机的故障检测诊断 从故障性质上看，鼠笼式异步电动机的故障大致可以分为电气性故障和机械性故障两大类，电气性故障主要包括定子绕组故障和转子导条故障，而机械性故障则包括由于机械上的原因而引起的气隙偏心故障等。定子绕组故障主要是主绝缘和匝间绝缘损坏以及线圈烧损。产生故障的原因是外界因素，通风冷却不好、水蒸汽或油泄入电机内部，甚至由于操作不当引起过电压或过电流，损坏绝缘等等。在电机的使用过程中只要改善工作条件，保证操作正确，定子方面的故障是可以大大减少的。特别是近年来，电机定子绕组的设计和制造取得了重大进展，定子绕组发生故障的几率大大降低。可是转子鼠笼方面的故障(主要有导条脱焊和断裂以及端环的损坏)则较难避免，产生这些故障的内因是工艺问题，外因是工作环境恶劣，电机频繁起动等。 鼠笼电动机和所有的机器一样，在运行过程中有能量、介质、力、热量、磨损等各种物理和化学参数的传递和变化，由此而产生各种信息。这些信息变化直接和间接地反映出系统的运行状态，而在正常运行和出现异常时，信息变化是不一样的，电动机的诊断技术是根据电动机运行时不同的信息变化规律，即信息特征来判别电动机运行状态是否正常。 - 17 - 毕业设计(论文)说明书 用于鼠笼电动机诊断的技术有: (1) 电流分析法 通过对负载电流幅值、波形的检测和频谱分析，诊断电动机故障的原因和程度。例如通过检测交流电动机的电流，进行频谱分析来诊断电动机是否存在转子绕组断条、气隙偏心、定子绕组故障、转子不平衡等缺陷。 (2) 振动诊断 通过对电动机的振动检测，对信号进行各种处理和分析，诊断电动机产生故障的原因和部位，并制定处理办法。 (3) 绝缘诊断 利用各种电气试验和特殊诊断技术，对电动机的绝缘结构、工作性能和是否存在缺陷做出结论，并对绝缘剩余寿命作出预测。 (4) 温度诊断 用各种温度检测方法和红外测温技术，对电动机各部分温度进行检测和故障诊断。 (5) 振声诊断技术 简写为VA诊断。VA诊断技术是对诊断的对象同时采集振动信号噪声信号，分别进行信号处理，然后综合诊断，因而可以大大提高诊断的准确率，因此，振声检测和诊断广泛的受到重视和应用。对电动机的故障诊断来说，振声诊断同样具有重要价值。 3.1 异步电机绝缘故障原因的诊断分析 高压电机绕组绝缘故障，受绝缘材料性能，制造工艺控制，运行安装环境及电、热、化学等综合因素影响，发生的原因比较复杂，下面结合实例分析探讨。 1、电化学击穿 运行环境恶劣引起电化学击穿是绝缘损坏的主要原因。空气中存在的酸、碱性腐蚀气体长期侵蚀绝缘材料表面，在空气湿度较大时，加速绝缘材料性能的恶化，有机绝缘材料在电、热、化学等因素的综合作用下，很容易引起损伤最终导致击穿。 2、频繁启动 高压电机的频繁启动直接影响其使用寿命。这是因为启动时电动机要承受大电流的冲击，绕组要承受电动机和热应力的叠加作用。由于绕组绝 - 18 - 毕业设计(论文)说明书 缘材料与铜导体膨胀系数不同，在启动时绝缘材料与导体之间形成很大的剪切应力，导体与绝缘材料之间的固定将被破坏，绝缘将分层或撕裂以至发生绝缘击穿。 鼠笼式异步电动机在频繁启动时，还容易造成鼠笼断条，尤其是负载启动电动机，故障概率更高。 3、嵌线缺陷 嵌线时绑扎端部造成端部绝缘压线损伤，是引起高压电动机绕组损伤的另一个重要因素。凡被端环接触到的部位，表面绝缘都不同程度地挤压出凹陷的沟痕，至使一部分软化的绝缘材料被挤压到绑扎接触面的边缘，整体固化后，此部分绝缘显著减薄，绝缘强度降低。 端部手包绝缘质量不良 4、 端部手包绝缘质量不良造成端部相间或相对地短路的实例非常多。手包绝缘包层不紧，内部有间隙，在环境湿度高时，绕组的绝缘性能明显下降直至绝缘材料表面结露，此时绝缘表面易于引起沿面放电。其放电机理是在绝缘表面首先生成水膜，在电场的作用下，水膜被电离并使离子沿表面移动、汇集，造成电场的不均匀分布，同时降低了表面的放电电压。这种沿表面放电实际上是一种气体介质放电现象，其电压比单一气体或固体中存在的击穿电压低得多，有时延面“爬电”距离可达数十厘米。沿面放电可能导致高电位之间贯穿性的击穿闪络，即相间短路事故。 3.2 异步电机绕组接地故障诊断方法 (1)试电笔法 用电笔测试机壳，若试电笔中氖灯发亮，绕组有接地机壳处。 (2)兆欧表法 用500v兆欧表测量各相绕组对地绝缘电阻，如果三相对地电阻中有两相绝缘电阻较高，而另—相绝缘电阻为零，说明绕组接地。有时指针摇摆不定，表示此相绝缘已被击穿，但导线与地还未接牢。若此相绝缘电阻很低但不为零，表示此相绝缘已受损伤，有击穿接地的可能。 - 19 - 毕业设计(论文)说明书 当三相对地绝缘电阻都很低，但不为零，说明绕组受潮或油污，只要清洗干燥处理即可。 (3)万用表法 可将测量电阻旋转到R×10k低阻挡的量程上，把测试棒一根与绕组接触，一根与机壳接触，如果绝缘电阻为零，说明已经接地。注意人手不要接触测试棒针，以免测量不准。 (4)试灯法 用36V以下灯泡串接检查，也可用220V或干电池试灯检查。如果灯泡稍亮发红，说明绕组绝缘已损坏，若灯发亮说明绕组已直接接地。 图3-1 用试灯法检查接地相 图3-2 电压测定法 (5)电压测定法 在有故障的一相绕组上通入适当的直流或交流电压，如图3-2所示，如用交流电源，必须通过隔离变压器，使接到电动机上的电源不接地，同时电动机的转子必须拉出定子，若绕组完全对地短路，则U=U+U，可从U、U的比例关系，求出线圈接地的大概位置。 31212 - 20 - 毕业设计(论文)说明书 (6)电流定向法 把有故障绕组的两端并接在一起，再接上直流电源的一端，而直流电源的另一端接到电动机的铁心上，电流将由绕组的两端流向故障点。这时将磁针放在定子槽移动，可根据磁针改变指向的位置确定接地的槽号。再将磁针顺槽方向在故障的槽号来回移动，即可大致确定接地点的位置。 (7)冒烟法 利用试灯法接线图(电压220)，串接—只瓦数较大的灯泡进行检查，最好是用高压试验变压器来检查，把电压升高到500,1000V，这时接地点可能冒烟或有火花发生，即可找出故障点，对于槽口处的接地故障最容易发现，但槽内故障用此法不易发现。 (8)分组排除法 如果上述方法不能找出接地点，很可能故障点在槽内，可用分组排除法逐步确定接地点。 3.3 异步电机绕组短路故障诊断方法 电动机绕组出线短路后，在短路线匝内产生很大的环流，使绕组产生高热致使绝缘变色、焦脆、冒烟直至烧坏，发生焦味。短路匝数较多时，可使熔断器熔断。此时由于转子所受电磁转矩不平衡而使电动机振动，并发出不正常的响声。造成这种现象的原因有: (1) 电动机绝缘有缺陷 如端部相间垫尺寸不符合要求，垫的位置不正或绝缘垫本身有缺陷，容易造成端部相间短路。 (2) 双层绕组槽内层间绝缘尺寸不符合要求，或垫偏可造成相间短路或一相的极相组间短路。 (3) 导线本身绝缘不良或嵌线时使绝缘受伤易于造成匝间短路。 (4) 电动机运行中出现过载、过电压、欠电压、单相运行等造成绝缘老化而损害而使绕组短路。 检查电动机的短路故障时，应先了解电动机的不正常运行情况。电动机停转后，用兆欧表测量相间绝缘，若相间绝缘电阻为零或接近零，说明是相间短路，否则可能是匝间短路。 - 21 - 毕业设计(论文)说明书 (1) 观察法 电动机发生短路故障后，在故障处因电流大，会使绕组产生高热将短路处的绝缘烧坏，导线外部绝缘老化焦脆，可仔细观察电动机绕组有无烧焦痕迹和浓厚的焦臭味，据此就可找出短路处。 (2) 兆欧表法 用兆欧表或万用表测量相间绝缘，如果相间绝缘电阻为零或接近于零，即可说明为相间短路，否则可能是匝间短路。 (3) 电阻法 用电桥或万用表分别测量三相绕组的直流电阻，相电阻较小的一相有匝间或极相绕组两端短路现象。当短路匝数较少时，反应不很明显。 (4) 空转法 将电动机转20min(对小电动机空转1—2min)后停机,迅速打开端盖,用手摸绕组端部,若有—个或一组绕组比其他绕组热,就说明这部分绕组有匝间短路现象存在。也可仔细观察绕组端部如有焦脆现象，即表明这只绕组可能存在短路故障,如有空转时发现绝缘焦味或冒烟现象,应立即停转。 (5) 电流平衡法 如果绕组为星型联结，将三相串人电流表后并联接到低压交流电源的—端,把中性点接到低压交流电流的另一端,若绕组为三角形联结需要拆开一个端口,分别把各相绕组两端接到低压交流电源上(一般用文流电焊机)，若三相电流中有一相电流明显增大,此相即为短路相。 (6) 短路侦察器法 短路侦察器法是利用П型和H型的开口铁心(铁心绕有线圈),将短路侦察器的开口铁心边放在被测定子铁心的槽口上通入交流电源,使侦察器铁心与被测定子铁心构成磁路，利用变压器原理检查绕组匝间短路故障,这时沿着每个槽逐槽移动,当它所移到的槽口内有线圈短路时电流表的读数明显增大。如果不用电流表，也可用一根锯条或0.5mm厚的钢片放在被测线圈另一边槽口,当被测线圈有匝间短路时,钢片产生振动,发出吱吱响声。如果电动机绕组是三角形连接及多路并联的绕组，应将把三角形及各支路的连接线拆开，才能用短路侦察器测试,否则绕组支路中有环流，无法辨别哪个槽的绕组短路。对于双层绕组,由于一 - 22 - 毕业设计(论文)说明书 槽内嵌有不同线圈的两条边,应分别将钢片放在左右两边都相隔一个节距的槽口上测试,才能确定。 4(笼型电机转子故障诊断概述 从故障性质上看，笼型异步电动机的故障大致可以分为电气性故障和机械性故障两大类，电气性故障主要包括定子绕组故障和转子导条故障，而机械性故障则包括由于机械上的原因而引起的气隙偏心故障等。 笼型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的应用。由于工作环境恶劣或电机启动频繁等原因，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。对电机进行在线检测，提前发现电机的故障隐患及早采用相应措施，以减少或避免恶性故障的发生。 异步电动机转子故障的发生，将会使电机各运行参数发生相应的变化，通过检测电机参数在故障前后的变化，可以达到检测电机故障的目的。 4.1 常见鼠笼电机转子故障 笼型异步电动机转子故障一般为:转子断条、端环断裂、高阻接头和转子气隙偏心等故障。在冷却效果较差时，起动电流产生的热应力和机械应力较大，当在重载和频繁起动情况下，笼条与断环焊接处是经常发生开焊和断裂的部位。 转子导条或端环出现轻微故障时，通常只引起电机在恒转矩负载下的转差率增大，相应地引起定子电流和输入功率的增加。当转子导条出现比较严重的断裂时，电机的起动时间明显加长，甚至起动不起来。运行时，电机还伴有剧烈的振动，噪声增大，影响了电机的运行。笼型转子部分断条后，电动机虽然能空载起动，但一加负载转速就会下降，定子电流就会增加，此时若用电流表测量定子三相电流，就会发现电流表指针不稳，来 - 23 - 毕业设计(论文)说明书 回摆动。把出现这些不正常的电机拆开后，它们的转子往往有了较严重的导条或端环断裂的现象，而且还会发现断条往往是连续发生的。 笼型异步电动机转子断条的发展过程过程如下: ? 在即将断裂的部位经常出现过热、很高的热应力或机械应力。 ? 达到疲劳极限时笼条断裂，并产生电弧。 ? 在继续起动时，相邻的笼条通过更大的电流，并承受更大的机械 和热应力。 ? 造成更多笼条断裂，故障更加扩大，产生较大的单边磁拉力、使 电机产生振动、噪声、定子电流摆动和温升增加、转速波动。 4.2 鼠笼电机转子故障检测的传统方法 4.2.1 传统的检测方法 (1) 电流表法 把定子绕组接成星型，用调压器加上三相低压电源(一般电压为电动机额定电压的15,,30,，对于额定电压为380伏的电动机可以降到100伏左右)进行检查，在一相中串入一只交流电流表，此时用手慢慢转动转子，若电流表只能均匀的微弱摆动，说明转子使完好的;若电流表指针有突然下降或轮流偏转较大的现象，说明转子有断裂。对双鼠笼转子的检查，可在电动机负载的情况下仔细观察，若电流表指针随着两倍转差率的节拍而摆动，又有周期性变化的“嗡嗡”声，就可能存在断条，缩孔等缺陷。这种方法特别适用于现场安装时的检查。 (2) 侦察器法 把两铁心式断条侦察器放在被测转子上，用一铁心逐槽移动进行检查，若伏安表读数减小，说明铁心开口下的转子有断条故障。 - 24 - 毕业设计(论文)说明书 图4-1 用侦察器法检查笼型转子断条方法 (3)电磁感应法 用电磁感应法准确的判定笼型断条的槽位，若电流表的读数较大，铝条振动，说明笼条完好;若电流表读数较小，铝条不振动，说明笼条有断裂等缺陷。 图4-2 用电感应法检查转子断条 (4)大电流铁粉法 可根据电动机的大小而调节电流(一般为300,500安)，在转子上撒上铁粉，在磁场作用下，使铁粉沿槽均匀分布、整齐的排列成行，若铁粉出现断口或稀疏现象，说明有断条缺陷。 - 25 - 毕业设计(论文)说明书 -3 大电流铁粉法 图4 4.2.2 鼠笼电机转子断条故障排除方法 (1)笼条的端环断裂 若转子笼条的端环有部分裂开现象，可用气焊来修补。也可在裂纹的两边剔开坡口，清理转子表面的污油，用喷灯加热端环至400,500摄氏度，将融化的焊剂注入裂缝中即可。 (2)个别笼条断裂 找出断裂点后，在断裂点的中间，用一个与转子槽宽度相近的钻头钻个孔，并用丝锥攻上丝，然后将特制的螺钉拧上去，并把多余的部分铲去或用车床车光就可。若断裂较严重，即有一个较长的裂口，可用长钻头沿斜槽方向将有故障的笼条钻通或将断裂处的转子槽开个长方形口，把断裂点修齐，然后按断裂点的大小把合适的铝条嵌入槽中，并把两端和端环焊接形成整体或在两端部钻孔铰丝拧上螺丝。 (3)铸铝笼改为铜笼 ? 先车去转子两面的铝端环(应用夹具夹紧铁心)。 ? 配置足以侵没转子30,的烧碱溶液，并加热至80,100摄氏度。 - 26 - 毕业设计(论文)说明书 ? 将铝条转子置于烧碱溶液中进行腐蚀(溶液温度保持80,100摄 氏度)。 ? 取出转子，用水冲洗干净后，立即投入0.25,的冰醋酸溶液中煮 沸，以中和残余的烧碱，然后置于开水中煮1,2小时，取出后冲 洗干净、烘干。 ? 检查转子槽内和铁心两端是否有残余的铝层、油污等。若有应予 以清除。 ? 将选好的紫铜条插入槽内，将其与导条焊接好。 4.3 鼠笼电机转子故障检测的在线方法 4.3.1 定子电流频谱诊断法 定子电流的频谱分析是诊断和监测交流电机故障的有效方法，它可以诊断交流电机笼型绕组的断条、静态气隙偏心、动态气隙偏心、机械不平衡等故障，交流电机的故障往往是有机械和电气相互联系的复合原因引起的，这是由其设计和运行特点所决定的。异步电机因气隙较小，因而对磁动势和磁拉力的不平衡比较敏感。直接起动的交流电机因起动电流大(通常是5~7倍满载电流)，在很短的起动过程中，笼型绕组或阻尼绕组将承受很高的热应力和机械应力，致使笼条和端环在很高的应力作用下疲劳断裂。直接起动时的大电流还会在绕组端部产生很大电动力，使绕组端部变形和振动，造成绝缘的机械损伤和磨损，而导致击穿。起动时的大电流还会造成铁心振动，机械原因造成的气隙偏心将气隙磁场谐波，并产生很大的单边磁拉力等等。笼条断裂和气隙偏心等故障征兆都会通过气隙磁场在定子电流反映出来，通过定子电流检测和频谱分析可对这些故障进行诊断。 定子电流检测诊断断条的原理:理想的异步电机定子电流的频率是单一的，即电源频率。但是当转子回路出现故障时，定子电流频谱图上，在 ,2sf与电源频率相差二倍转差频率()的位置上将各出现一个旁频带，这一现象已为英国Hargis等学者的理论所证实。 - 27 - 毕业设计(论文)说明书 笼型异步电机正常运行时，定子电流只含有基波分量，频率为，f1 sf1转子电流频率为，如果出现断条等故障使转子不对称后，转子电流的对称系统就会被破坏。这样的不对称系统产生的磁场可分为正向旋转和反向旋转的磁场。正向旋转的磁场与定子磁场同步旋转，相互作用产生同正常电机一样的异步转矩，而反向旋转的磁场，其旋转方向与转子旋转的方向相反，对转子而言，该磁场的转速为 nns21,, n1式中为同步转速。 则反向旋转的磁场相对于定子的转速为 nnns31,, n式中为转子转速。 nns31,,12，，nns,,11，，由于 ， 故该磁场在定子绕组中感应的电流频率为 ffs31,,12，， f1该电流叠加在频率为的定子电流上，使定子电流含有频率为12,sf1，，的附加分量，其大小主要由转子不对称程度而定(相同转差率 12,sf1，，下)。所以可以在实际中通过检测定子电流中的频率分量来判断转子故障。 电机定子的供电电流在很大程度上受电机状态的影响。笼型异步电机转子的每一根导条都相当于单匝、短极距、单相绕组，转子电流包括以转差频率旋转的基波电流和以同样频率反向旋转的电流。当转子正常时，反向电流之和为零，此时定子电流的频率是单一的电源频率;而当转子出现断条或偏心故障时，转子反向电流之和为非零，该反向分量就在定子线圈中感应出相应的频率成分。 转子断条引起的定子电流谐波成分 fsksffault,,,161,1，， ，， ,, f1ffault式中 —— 故障频率; —— 供电频率; sk —— 转差率; —— 整数(0，1，2„)。 - 28 - 毕业设计(论文)说明书 2sf1 当k=0时，上式的故障频率为，称之为2倍转差频率。由于 12,sf1，，它对供电频率两侧的位置上各出现一个边频带，随着断条数目 12,sf1，，的增加，处的幅值的大小即可判断转子断条故障和故障程度。估计断条数目的公式为: Nsinp,,,,,22，，，，，， ,,,2npR式中 f112,sf1，， —— 频率处与频率处幅值之比; N n —— 转子断条数目。 如果将频率幅值用分贝表示，则有下式 nRNp,，210202，， 式中 ——转子铁芯槽数; R f112,sf1，， ——供电频率与频率的分贝之差; N p ——电机极对数。 转子偏心引起的定子电流谐波成分 fRnspnffault,,,,ds1,1，， ，，，，，， p ——电机极对数; ndnd ——动态偏心级数。当存在静态偏心时，=0; nd存在动态偏心时，=1; n,s ——定子磁动势谐波次数。 由上面的四个计算公式可知，通过检测定子电流频率中的特征频率成分便可以判断电机转子有无断条和偏心故障。 4.3.2 傅里叶变换法、小波分析法 国内外鼠笼式异步电动机转子断条故障检测技术中，分析电机定子电流频谱分量主要有两种手段:傅里叶变换和小波变换。 傅里叶变化法主要是对稳态的定子电流信号直接进行频谱分析。当诊 12,sf1，，断转子故障时，可以根据频谱中是否存在的附加分量来判断转子有无断条。通常情况下，直接用傅里叶变化法进行频谱分析并不能够有 12,sf1，，效地诊断出电机的故障，这是由于分量的绝对幅值很小，并且 - 29 - 毕业设计(论文)说明书 f112,sf1，，异步电动机运行时转差率s很小，与两个频率非常接近，因而 f1用快速傅里叶变化直接做频率分析时，基波频率分量的泄漏会淹没12,sf112,sf1，，，，频率分量，使检测频率分量是否存在变得非常困难。因而对傅里叶变化法进行改进是必要的。经实验验证，连续细化的傅里叶变化法可以得到一信号中某个主要频率分量的精确解析表达式，即频率、幅值和初相角的精确值。有效的解决频谱泄漏淹没故障频率分量的问题。 傅里叶变换方法是平稳信号分析和信号处理的重要工具，但这种方法有较大的局限性:首先，从理论上讲为了用傅里叶变换研究一个时域信号fx()的频谱特性，必须获得信号在时域内的全部信息;其次，在应用的角度来说，如果某一信号只在某一时刻的一个小的范围发生变化，那么信号整个的频谱都要受到影响，而频谱的变化从根本上有无法标定发生变化的时间位置和变化的激烈程度，也就是说傅里叶变换方法对信号的局部畸变没有标定和度量的能力。 在故障诊断中，故障点通常表现为输出信号发生突变，对突变点监测和诊断在故障诊断有重要意义，而小波变换的空间局部化特性对分析信号的奇异性、奇异性位置及奇异性大小是比较有效的。同时，通过小波变换对信号噪声的消除具有良好的效果。 因此，在三相异步电动机故障诊断中，小波变换在以下两个方面优于傅里叶变换:首先，在故障特征提取方面，由于小波函数能量比较集中(在无穷初衰减为零)，而傅里叶算法的能量比较分散(在无穷远出不衰减)，从而小波变换在处理非平稳信号和突变信号方面有较大优势;在检测系统谐波方面，小波分析不仅能检测故障信号的整次谐波，还能检测故障的分次谐波，而傅里叶变换只能检测整次谐波。 小波变换的故障诊断方法无需对象的数学模型，且对输入信号的要求较低，计算量不大，灵敏度高，克服噪声能力强，在故障诊断领域取得越来越广泛的应用，作为处理和分析信号的工具有较大的生命力，是一种很有前途的故障诊断方法。 - 30 - 毕业设计(论文)说明书 4.3.3 Park’s矢量法、气隙转矩分析法 用傅里叶变换和小波变换方法做频谱分析进行故障诊断的方法具有以下不足:由于频谱复杂，特征频率成分的幅值往往较小，当与基频分量频率很接近时，容易被基频及其“旁瓣”成分湮没。基于Park’s矢量法的异步电动机故障监测方法可以克服这一缺点。该方法的原理是将定子三相电流从(a,b,c)坐标下转换到(d,q)坐标下，即 211iiiidabc,,,; 366 11iiiqbc,, ; 22对于理想状态的异步电动机，有 6,6,,iIsintdm,,iIsintqm,,,，， ; ,,22,,2 Im式中 —— 相电流最大值; , —— 外加电压角频率。 在(d,q)坐标中，有 ，形成的矢量的轨迹为一以原点为中心的iqid 圆。实际上，由于制造、安装、材料等方面的原因，正常的电动机的矢量轨迹只能接近为圆。当出现各种故障时，会偏离圆轨迹，变成椭圆。长短轴的长度和偏转方向变化，与故障类型和程度有一定的关系。因此可用这种方法进行故障诊断和监测。这种方法原理比较新颖，但要用来预测早期故障，比较困难。因为只有当故障发展到一定程度时，才会对轨迹有一定影响，才能检测出故障。下面介绍一下气隙转矩分析法。 异步电动机转子出现断条等不对称故障时，转子旋转磁场将被分解有正、负序两个分量，正序分量与电机定子磁场相互作用形成一恒定转矩， 2sf2sf而负序分量和定子磁场作用将会形成分量谐波转矩，气隙转矩中分量可以作为转子故障特征信号。 电机稳态运行时，忽略定子铁心损耗，则气隙转矩与定子端输入功率 - 31 - 毕业设计(论文)说明书 成角速度倍数关系。其包含了瞬时功率分析法的优点，即转子故障信息量大，但转矩计算包含积分运算，由于测试装置带来的误差，采集到的电机电压、电流中含有微弱的波动成分，通常情况下，电机磁链数值都很小，这些波动成分对磁链数值的影响很大， 结果会使气隙转矩中含有恒值、工频、二倍工频分量，造成电机转矩强烈的波动。 4.4 鼠笼电机转子断条实验数据以及分析 实验用的鼠笼电动机在实验室中的编号为1622号。铭牌内容为: =100W，=220V，=0.5A。表1-1,表1-4分别为1622号电机各PNUNIN 个状态下的短路实验数据。表1-5,表1-9分别为1622号电机各个状态下的空载实验数据。从这些实验数据中我们可以看到当鼠笼转子有断条时，定子端的电流表指针来回摆动。随着断条数目的增加定子端电流的变化规律是先减小再增大，空载功率的变化规律也是先减小再增大。当断条数目达到一定数量时，电机会振动，而且起动困难，加负载后转速下降很多甚至停机。 - 32 - 毕业设计(论文)说明书 表1-1 1622号电机断条2根 短路实验 电压U 电流A 功率W 功率因数 cos,0 UABUBCUCAICPd IAIBP2P1 90 90.5 89.3 0.4556 0.557 0.578 -4.16 40.99 36.83 0.10 0.77 80 80.6 19.4 0.387 0.472 0.491 -3.27 3.044 26.65 0.12 0.76 70 70.7 69.7 0.326 0.398 0.413 -3.27 22.11 18.84 0.14 0.75 60 60.8 59.4 0.263 0.319 0.333 -2.65 15.11 11.46 0.16 0.73 50 50.9 49.2 0.204 0.240 0.255 -2.02 9.27 7.25 0.20 0.71 40 40.7 39.6 0.145 0.170 0.179 -1.44 5.11 3.67 0.24 0.70 表1-2 1622号电机断条4根 短路实验 电压U 电流A 功率W 功率因数 cos,0 UABUBCUCAICPd IAIBP2P1 90 90.6 89.9 0.474 0.553 0.587 -4.33 42.91 38.58 0.10 0.79 80 81 79.9 0.406 0.478 0.505 -3.86 31.71 27.85 0.11 0.78 70 71 70 0.337 0.397 0.421 -3.29 23.46 20.17 0.13 0.77 59.7 60.8 59.7 0.269 0.316 0.335 -2.63 15.55 12.92 0.16 0.75 50 51.2 50.1 0.211 0.247 0.261 -2.00 9.79 7.79 0.19 0.73 40 40.6 39.4 0.147 0.175 0.180 -1.31 5.35 4.04 0.21 0.70 - 33 - 毕业设计(论文)说明书 表1-3 1622号电机断条5根 短路实验 电压U 电流A 功率W 功率因数 cos,0 UABUBCUCAICPd IAIBP2P1 90 90.7 96.1 0.668 0.723 0.729 -3.39 51.56 48.17 0.06 0.79 80 80.9 81.7 0.444 0.637 0.660 -3.07 34.43 31.36 0.08 0.77 69.6 71.1 64.8 0.400 0.436 0.516 -2.71 23.26 20.55 0.11 0.76 59.7 63.3 60.2 0.461 0.401 0.410 -2.35 17.62 15.27 0.13 0.75 50 51.2 49.9 0.268 0.330 0.329 -1.74 9.98 8.24 0.16 0.73 40 44.3 41.5 0.194 0.262 0.261 -1.43 6.67 5.33 0.19 0.74 表1-4 1622号电机修复后 短路实验 电压U 电流A 功率W 功率因数 cos,0 UABUBCUCAICPd IAIBP2P1 90 90.5 89.9 0.465 0.565 0.575 -2.50 42.07 39.57 0.06 0.79 80 80.4 79.4 0.395 0.483 0.489 -2.45 31.49 29.04 0.07 0.77 70.1 70.7 69.4 0.333 0.405 0.412 -2.33 22.62 20.29 0.10 0.76 60.1 60.8 59.8 0.263 0.327 0.331 -1.99 15.52 13.53 0.12 0.75 50 50.9 49.9 0.210 0.254 0.259 -1.62 9.22 7.60 0.15 0.72 40 40.5 39.4 0.147 0.179 0.179 -1.09 5.16 4.07 0.18 0.69 - 34 - 毕业设计(论文)说明书 表1-5 1622号电机完好时 空载实验 电压U 电流A 功率 转速 功率因数 W r/min cos,0 UABUBCUCAICP0 IAIBn 220 221.3 203.6 0.239 0.236 0.241 11.08 1500 0.40 0.59 200 200 187.8 0.210 0.208 0.210 9.55 1499 0.38 0.60 180 181 179.5 0.193 0.193 0.195 8.34 1499 0.39 0.60 160 162.1 158.9 0.193 0.194 0.197 8.58 1498 0.38 0.60 139 141.9 147.7 0.175 0.173 0.177 7.50 1498 0.37 0.60 120 121.9 111.2 0.127 0.122 0.125 4.98 1496 0.33 0.62 99.8 101.9 105.6 0.117 0.113 0.116 4.76 1496 0.30 0.63 80.1 80.3 74.0 0.091 0.086 0.090 3.73 1492 0.22 0.68 70.0 70.9 66.3 0.090 0.084 0.088 3.6 1490 0.19 0.74 60.0 60.4 55 0.080 0.074 0.077 3.22 1485 0.14 0.71 49.9 50.5 50.3 0.075 0.067 0.073 2.98 1480 0.09 0.73 40 40.6 39.6 0.073 0.066 0.069 2.63 1439 0.05 0.82 39.1 40 38.7 0.075 0.067 0.072 2.61 1432 0.05 0.82 38 38.9 37.8 0.075 0.060 0.073 2.62 1426 0.05 0.82 37 37.8 36.8 0.077 0.070 0.074 2.64 1416 0.06 0.83 36.1 36.8 35.8 0.078 0.071 0.075 2.58 1418 0.04 0.83 35 35.9 34.8 0.081 0.074 0.079 2.58 1391 0.04 0.83 34 35 33.6 0.082 0.075 0.079 2.52 1386 0.04 0.82 33 33.2 33.3 0.084 0.084 0.085 2.50 1380 0.04 0.83 32.0 33.2 32.4 0.086 0.081 0.082 2.48 1370 0.03 0.81 31.2 31.5 31.4 0.088 0.090 0.089 2.50 1361 0.03 0.83 - 35 - 毕业设计(论文)说明书 表1-6 1622号电机断条2根 空载实验 电压U 电流A 功率 转速 W r/min 功率因数 cos,0 UABUBCUCAICP0 IAIBn 220 220.8 220.1 0.230 0.236 0.233 10.16 1500 0.39 0.57 200 200.5 199.9 0.209 0.214 0.210 9.89 1499 0.38 0.57 180 181.2 179.9 0.184 0.190 0.186 7.57 1498 0.37 0.59 160.2 161.2 159.3 0.160 0.165 0.164 7.37 1497 0.37 0.59 140.1 141.5 139.6 0.140 0.145 0.144 5.43 1495 0.35 0.60 120.1 121.3 119.8 0.117 0.124 0.124 4.43 1496 0.34 0.60 100 100.7 98.7 0.100 0.107 0.104 3.79 1494 0.30 0.62 80 80.3 79.4 0.083 0.088 0.086 3.19 1490 0.23 0.66 60 60.7 59.3 0.067 0.072 0.071 2.64 1480 0.15 0.70 40 40.6 39.3 0.067 0.071 0.062 2.30 1428 0.07 0.92 38.1 38.7 37.6 0.069 0.072 0.062 2.28 1403 0.07 0.98 37 37.8 36.7 0.066 0.074 0.072 2.23 1387 0.06 0.81 36.1 36.8 35.6 0.076 0.073 0.069 2.44 1366 0.04 0.82 35 35.7 34.8 0.119 0.122 0.125 2.68 755.7 0.18 0.73 34.1 34.7 33.5 0.114 0.118 0.122 2.22 307.8 0.11 0.68 33 33.6 32.6 0.116 0.131 0.109 2.74 235.3 0.15 0.86 32 32.7 31.3 0.112 0.105 0.105 2.17 199.2 0.27 0.79 31 31.7 30.9 0.108 0.115 0.109 1.68 147 0.12 0.85 30.1 30.7 29.7 0.103 0.112 0.110 1.6 115.4 0.18 0.75 29.0 29.3 29.5 0.100 0.103 0.104 1.56 100.2 0.14 0.71 - 36 - 毕业设计(论文)说明书 表1-7 1622号电机断条4根 空载实验 电压U 电流A 功率 转速 W r/min 功率因数 cos,0 UABUBCUCAICP0 IAIBn 220 220 219.4 0.234 0.240 0.233 9.87 1498 0.38 0.60 200.2 200.8 200.1 0.208 0.213 0.212 9.34 1499 0.37 0.60 180.2 180.8 179.5 0.184 0.190 0.187 7.90 1499 0.36 0.59 160.1 160.7 159.3 0.162 0.167 0.163 6.73 1499 0.36 0.60 139.8 140.1 138.9 0.139 0.143 0.142 5.61 1497 0.34 0.61 120.1 121.1 119.2 0.120 0.127 0.123 4.84 1497 0.32 0.61 100.2 100.4 98.8 0.100 0.107 0.101 4.05 1492 0.28 0.63 79.8 80.4 78.9 0.084 0.089 0.085 3.29 1487 0.23 0.66 59.9 60.6 59.3 0.070 0.073 0.072 3.15 1476 0.10 0.72 50.2 51.6 50.1 0.065 0.073 0.070 2.32 1465 0.09 0.72 40.1 41.1 41.9 0.066 0.069 0.064 2.47 1440 0.03 0.90 38 38.3 38.6 0.072 0.071 0.069 2.37 1418 0.04 0.70 36.1 36.7 36.7 0.066 0.084 0.068 2.32 1395 0.05 0.73 34.1 34.8 34.5 0.076 0.086 0.091 2.43 1317 0.08 0.82 32.2 32.7 29.3 0.117 0.128 0.124 2.01 144.2 0.25 0.61 30.9 31.8 28.4 0.110 0.099 0.112 1.75 110.9 0.23 0.61 29.8 30.8 27.9 0.105 0.110 0.106 1.79 99.7 0.17 0.70 28.9 30.2 27.5 0.090 0.110 0.093 1.61 89.6 0.19 0.65 28.3 29 27.2 0.089 0.104 0.091 1.47 68.2 0.19 0.75 27.3 27.6 27.0 0.080 0.074 0.078 1.32 61 0.17 0.70 - 37 - 毕业设计(论文)说明书 表1-8 1622号电机断条5根 空载实验 电压U 电流A 功率 转速 W r/min 功率因数 cos,0 UABUBCUCAICP0 IAIBn 220 220 201.3 0.236 0.240 0.236 11.61 1499 0.38 0.59 200.2 201 188.3 0.210 0.215 0.211 9.80 1499 0.38 0.59 181.3 182 177.6 0.185 0.191 0.190 8.61 1498 0.37 0.61 160.1 160 167.7 0.172 0.177 0.174 8.01 1497 0.37 0.61 139.8 140 141.3 0.141 0.147 0.146 6.33 1496 0.33 0.63 120.1 121 113.9 0.120 0.127 0.125 5.26 1495 0.32 0.62 99.8 100 106.6 0.110 0.115 0.115 4.78 1494 0.30 0.63 79.9 81.0 80 0.086 0.091 0.089 3.97 1488 0.20 0.69 70.0 71.2 65.8 0.075 0.082 0.080 4.37 1485 0.19 0.74 60.5 63.6 60.5 0.071 0.077 0.077 3.16 1477 0.09 0.75 50.1 51.1 49.6 0.063 0.071 0.172 2.78 1461 0.01 0.85 40 40.4 41 0.063 0.073 0.072 2.66 1429 0.04 0.94 39 39.6 40.1 0.067 0.073 0.077 2.59 1419 0.05 0.81 38 38.6 38.8 0.064 0.072 0.069 2.61 1408 0.09 0.73 37 37.5 37.5 0.065 0.070 0.060 2.69 1388 0.01 0.74 36.1 36.8 36.4 0.082 0.074 0.070 2.53 1370 0.05 0.71 35.1 35.8 34.8 0.072 0.087 0.090 3.02 1328 0.09 0.63 34 34.7 33.7 0.110 0.117 0.117 1.63 513.4 0.16 0.76 33.1 34.1 33.2 0.118 0.171 0.148 2.46 328 0.18 0.71 31.9 32.7 29.3 0.149 0.164 0.139 2.07 226 0.27 0.69 31 31.8 28.9 0.111 0.107 0.154 2.63 191.2 0.14 0.66 29.9 30.7 28.1 0.107 0.107 0.144 1.65 154.1 0.17 0.74 29.1 30 27.8 0.104 0.102 0.102 1.76 133.2 0.30 0.73 28.06 27.6 28.05 0.103 0.101 0.105 1.40 102 0.16 0.61 26.92 26.5 27.63 0.099 0.099 0.101 1.29 80 0.19 0.80 25.32 25.0 26.0 0.096 0.093 0.094 1.23 75 0.17 0.75 - 38 - 毕业设计(论文)说明书 表1-9 1622号电机复原后 空载实验 电压U 电流A 功率 转速 W r/min 功率因数 cos,0 UABUBCUCAICP0 IAIBn 220 220.5 219.4 0.236 0.240 0.235 11.46 1499 0.38 0.58 179.9 180.5 179.5 0.187 0.190 0.188 8.56 1498 0.36 0.60 140.1 140.5 140 0.142 0.147 0.143 12.89 1496 0.33 0.61 99.8 100.5 98.9 0.101 0.107 0.105 4.40 1492 0.25 0.67 80.1 80.8 79.6 0.086 0.091 0.088 3.90 1484 0.21 0.68 60.1 61.1 59.8 0.072 0.079 0.077 3.23 1473 0.11 0.75 40.1 40.6 39.4 0.081 0.077 0.071 2.59 1387 0.04 0.70 38 38.8 37.4 0.076 0.079 0.095 2.93 1344 0.02 0.71 36 36.8 35.5 0.087 0.108 0.089 2.98 563.2 0.13 0.80 33.9 34.6 33.4 0.117 0.122 0.117 2.47 250.2 0.13 0.80 32 32.6 31.4 0.112 0.126 0.109 2.02 180.4 0.15 0.76 30 30.7 29.7 0.104 0.096 0.107 1.68 118.1 0.29 0.79 29.1 29.9 28.8 0.099 0.093 0.101 1.55 89.5 0.23 0.73 - 39 - 毕业设计(论文)说明书 结 论 至此，异步电机转子故障检测研究策略的设计已经完成了。在这几个月的时间里，我先后完成了资料的搜集、设计 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 的拟定、设计的初稿和修改，以及画图等多方面的工作，深深的体会到了设计的复杂和艰辛，同时设计中的乐趣也是前所未有的，每完成一项工作，都使我受益匪浅。 毕业设计全面培养了我各方面的能力，熟练使用Word、 AutoCAD的同时更加巩固了专业知识，以及如何搜集资料等等。关于异步电机故障诊断, 以前虽说有所了解但实际设计中并非我想象的那么简单，通过搜集资料和系统的学习，对异步电机有了更深的了解，更有利于以后的进一步学习。 设计中遇到了不少问题。例如鼠笼电机故障检测方法中，由于都是理论的介绍，没有实践操作，理解上还有一些模糊。经过查阅资料和及时请教导师和同学，才明白各种方法的用途。 由于缺乏经验，做设计之处遇到很多困难，在吴晓辉导师的亲切指导和帮助下才终于完成。但因水平有限，我的设计难免有不足之处，还有需要改善的地方，请各位老师多加斧正。 - 40 - 毕业设计(论文)说明书 致 谢 首先，我要感谢我的导师***老师。在整个做毕业设计期间，**始终对我悉心指导，他学识渊博、思路清晰、严谨求实的治学态度和科学的工作作风，特别是他的平易近人给我留下了深刻的印象，使我受益终生。在此谨向***老师致以最诚挚的谢意。 其次，还要感谢我班的同学，在与他们的交流和讨论中，我获得了不少新的思想，对我的课题帮助很大。 最后，我再次向所有曾经帮助过我的老师和同学们致以最衷心的感谢。 - 41 - 毕业设计(论文)说明书 参 考 文 献: [1] 蒋建东，蔡泽祥，鼠笼型异步电机转子故障诊断新方法，继电器2004， 1(4):14~16 [2] 牛发亮，黄近，笼型异步电机状态监测与转子故障诊断方法对比分析， 中小型电机。2004，31(4):48~52 [3] 许伯强，叶东，孙丽玲等，笼型异步电动机转子断条综合在线检测方 法，华北电力大学学报。2001，28(6):47~57 [4] 宁玉泉，笼型感应电动机转子故障时的参数计算，电子技术学报。 2002，17(4):84~88 [5] 卢国献，赵勇等，鼠笼异步电动机断条状况和断条检测仪的研制，河 南电力。1995.2，28~39 [6] 董建国，段志善，熊万里等，异步电机定子绕组故障分析及其诊断方 法，中国电机工程学报。1999，19(3):26~30 [7] 秦淑香，徐殿国，笼型异步电机电流诊断转子故障方法综述，煤矿机 械，2005年第6期:148~150 [8] 徐虎、胡幸鸣，《电机原理》，机械工业出版社。 [9] 李发海、朱东起，《电机学 》，科学出版社。 [10] 陈家斌，《电气设备故障检测诊断方法及实例 》 [11] 安顺合，常用电气设备故障诊断与排除问答，机械工业出版社。 [12] 赵家礼，新编电动机绕组修理改装技术问答，机械工业出版社。 [13] 潘品英，《家用及中小型电动机重绕组修理》，上海交通大学出版社。 - 42 - 毕业设计(论文)说明书 异步电机故障检测流程图 故障电机 检测 是 绝缘故障修理 绝缘故障 否 修好 结束 检测 绕组接地修理 绕组接地 是 修好 结束 否 绕组短路修理 绕组短路 检测 是 否 检测 结束 绝缘故障修理 转子故障 修好 是 修好 结束 - 43 - 毕业设计(论文)说明书 - 44 -