定子和轉(zhuǎn)子

如何排除感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子故障呢?轉(zhuǎn)子故障有哪些?

轉(zhuǎn)子溫度過高，離心負(fù)荷過大，及轉(zhuǎn)子制造過程中的缺陷(間隙和氣泡以及不合格的鑄件澆鑄和金屬焊接技術(shù))都會導(dǎo)致轉(zhuǎn)子故障。離心負(fù)荷過大在感應(yīng)電機(jī)啟動過程中最為常見，生產(chǎn)制造缺陷則會導(dǎo)致導(dǎo)體電阻過高，從而引起過熱。轉(zhuǎn)子本體故障一般表現(xiàn)為：軸彎曲、不平衡、軸裂紋、不對中以及偏心等。轉(zhuǎn)子不平衡時，轉(zhuǎn)子質(zhì)量偏心，會產(chǎn)生同轉(zhuǎn)頻的周期性激振力導(dǎo)致電機(jī)振動增大。電機(jī)轉(zhuǎn)子在加工過程中留下的傷痕在運行中，會出現(xiàn)裂紋，嚴(yán)重時會導(dǎo)致轉(zhuǎn)子斷裂的災(zāi)難性故障。偏心分為靜態(tài)偏心和動態(tài)偏心以及混合性偏心，轉(zhuǎn)子發(fā)生偏心故障時會產(chǎn)生不平衡磁拉力，從而引起振動。轉(zhuǎn)子溫度分布不均使得轉(zhuǎn)子發(fā)生熱彎曲時，振動加劇，會導(dǎo)致定轉(zhuǎn)子之間發(fā)生碰摩，最終損壞感應(yīng)電機(jī)。

轉(zhuǎn)子斷條故障分析

轉(zhuǎn)子斷條故障發(fā)生后，定、轉(zhuǎn)子電流都不對稱，感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)矩失衡，其脈動成分也增加。斷裂的導(dǎo)條阻抗無窮大，導(dǎo)條的電流為零，電機(jī)轉(zhuǎn)矩總量會減小并且不對稱的轉(zhuǎn)子電流氣隙的磁場發(fā)生變化，形成反向旋轉(zhuǎn)的磁場，因而電磁轉(zhuǎn)矩也為反向，正負(fù)轉(zhuǎn)矩相互抵消，感應(yīng)電機(jī)的有效轉(zhuǎn)矩就相應(yīng)的減少。這種故障會引起電流和電磁轉(zhuǎn)矩的振蕩，在轉(zhuǎn)動慣量較大時(恒定速度)，該故障現(xiàn)象更引人注目。當(dāng)轉(zhuǎn)動慣性較小時，振蕩發(fā)生在機(jī)械轉(zhuǎn)速和定子電流幅值上。斷條發(fā)生后，通入電流以后，啟動時間明顯延長。隨著斷條根數(shù)的增加，轉(zhuǎn)矩也在變小，脈動成分增加，波動性變大。轉(zhuǎn)子故障后如果電機(jī)繼續(xù)運行，與斷條相鄰的籠條和與斷條空間位置對稱的導(dǎo)條電流會突增，導(dǎo)條溫度也會急劇升高，斷條相鄰和相對籠條受到更大的應(yīng)力，更易斷裂。發(fā)生斷條后，很多電氣量都或多或少發(fā)生相應(yīng)的變化。電機(jī)起動時間變長，有效力矩減小，轉(zhuǎn)差變大，感應(yīng)電機(jī)振動和噪聲增強(qiáng)，定子電流波動，電機(jī)局部升溫。

感應(yīng)電機(jī)定子故障是最常見故障之一。本文主要分析定子鐵芯、定子繞組匝間短路和繞組絕緣三類故障的形成原因。如何排除感應(yīng)電機(jī)的故障呢?

1.1 鐵芯故障

感應(yīng)電機(jī)定子鐵芯是用硅鋼片夾緊鐵芯固定在定子支架上，正因為這個結(jié)構(gòu)，如果損傷了定子鐵芯，就會形成定子片間短路。定子出現(xiàn)高溫、大環(huán)路電流、絕緣材料高溫分解現(xiàn)象。流過鐵芯短路位置的電流不斷增大。大到一定程度，定子鐵芯硅鋼片就會被熔化，導(dǎo)致定子槽中絕緣繞組被燒化，此時必須更換線圈。此種故障產(chǎn)生原因多為制造缺陷，電機(jī)劇烈振動導(dǎo)致的電機(jī)定子鐵芯片間絕緣損壞也是故障誘因之一。

(1)鐵芯多點接地故障。當(dāng)鐵芯多點接地發(fā)生故障后，會伴隨很多奇特的現(xiàn)象，如：繞組過熱、絕緣損耗和老化、接地線路被燒斷、鐵損增大、鐵芯過熱。(2)鐵芯過熱故障。鐵芯過熱故障的原因通常包括：不正常接地、絕緣損壞、定子繞組匝間短路、過載運行等。鐵芯過熱多發(fā)生在夾件與鐵芯上。

1.2 繞組絕緣故障

感應(yīng)電機(jī)的故障往往是由于繞組絕緣空洞或混有雜質(zhì)等缺陷造成的。絕緣缺陷主要是生產(chǎn)過程中造成的，因此電機(jī)的運行狀況與使用壽命與生產(chǎn)工藝息息相關(guān)。絕緣缺陷和絕緣老化導(dǎo)致的絕緣故障都表現(xiàn)為電機(jī)內(nèi)活動性放電量增加，通過一些檢測實驗可以獲得絕緣老化的一些數(shù)據(jù)參數(shù)，通過分析能夠判斷絕緣老化的程度和原因。

1.3 定子繞組匝間短路故障

定子繞組匝間短路也是感應(yīng)電機(jī)常見故障之一，故障原因主要有生產(chǎn)工藝不合格和不正常的運行兩個方面引起。

1.3.1 定子故障的發(fā)展過程

感應(yīng)電機(jī)定子故障的最初階段，電機(jī)仍可正常運行，功率、電壓及震動也都在正常范圍之內(nèi)，但此時電機(jī)定子磁場已發(fā)生改變，定子電流中可以檢測到故障特征。這里我們采用了定子電流法診斷感應(yīng)電機(jī)定子故障，隨著故障的惡化，電機(jī)正常運行受到影響，震動加劇，輸出轉(zhuǎn)矩波動，電機(jī)工況異常，故障即將爆發(fā)。再進(jìn)一步發(fā)展，更多的絕緣被損壞使得短路故障加劇，劇烈震動，定子溫升劇增使得電機(jī)無法正常運行。

1.3.2 定子故障后果

(1)定子匝間短路引起電機(jī)機(jī)身和機(jī)座振動。感應(yīng)電機(jī)一旦發(fā)生故障，電機(jī)機(jī)身和各零部件都會出現(xiàn)振動，振幅超過臨界值會造成定轉(zhuǎn)子的摩擦，嚴(yán)重時會損毀電機(jī)，甚至危害人身安全。感應(yīng)電機(jī)發(fā)生匝間短路故障時，電機(jī)機(jī)身發(fā)熱造成的不對稱以及點磁拉力不平衡都會引起電機(jī)振動。

(2)短路故障引起各電氣量變化。定子繞組匝間短路致使絕緣損壞，相當(dāng)于定子繞組中有效匝數(shù)減少，電磁場發(fā)生變化進(jìn)而導(dǎo)致電機(jī)運行電氣量(轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、電壓、電流，磁鏈等)的改變，定子電流中表現(xiàn)為偶次諧波分量的出現(xiàn)以及奇次諧波含量的變化，該變化會隨著故障程度的加深而不斷演化。感應(yīng)電機(jī)的氣隙磁場受勵磁電壓的影響，與負(fù)載是否對稱無關(guān)。定子狀態(tài)健康的電機(jī)，當(dāng)電源三相對稱時，氣隙磁場完全對稱，定子繞組不出現(xiàn)偶次諧波分量。匝間短路后，氣隙磁場不再對稱，會導(dǎo)致偶次諧波成分(如2次諧波)的出現(xiàn)。

定子繞組與電源接通，定子繞組中流過的對稱的三相電流，基波旋轉(zhuǎn)磁動勢也相應(yīng)地會在氣隙中建立起來，其同步轉(zhuǎn)速由電網(wǎng)頻率和電機(jī)繞組極對數(shù)共同決定，即：

(3)定子繞組匝間短路故障的機(jī)理分析。感應(yīng)電機(jī)定子繞組三相存在120°的相位差，并且在時間和空間上對稱分布，該結(jié)構(gòu)的作用是既可以使由三相對稱電流產(chǎn)生的氣隙磁場達(dá)到基本正弦的要求，又可以使各個線圈磁勢中的低次諧波與間諧波(分?jǐn)?shù)次)相互抵消。處于正常狀態(tài)的感應(yīng)電機(jī)，定子電流中的主要頻率分量是基波分量。但是考慮到制造工藝不合格、材料不達(dá)標(biāo)、安裝不正規(guī)等原因，實際的感應(yīng)電機(jī)三相繞組不可能完全對稱，這會導(dǎo)致定子電流中2 次或3 次諧波成分的出現(xiàn)。電機(jī)定子繞組發(fā)生短路故障時，三相繞組不對稱性加劇，表現(xiàn)在氣隙磁場中為較強(qiáng)的空間諧波，在定子電流中則是較強(qiáng)的時間諧波成分，三相繞組不對稱性的加劇使得定子電流中奇次和偶次諧波增強(qiáng)。定子繞組匝間短路故障會改變原有諧波成分的能量，并且其它頻率的諧波成分也會增多。定子繞組發(fā)生匝間短路故障后在繞組電感中也表現(xiàn)出變化，根據(jù)磁鏈與電流的相互關(guān)系可以給出定、轉(zhuǎn)子中的感應(yīng)電流的變化。