如何检测异步电动机转子笼条断裂

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

可见，在定子电流中既有f1频率分量的电流，又有(1-2s)f1频率分量的电流，(1-2s)f1频率分量的电流的相对大小取决于转子断条的严重程度，因此(1-2s)f1频率分量就可作为转子断条故障的特征分量，通过测取定子电流数据并对它进行频谱分析。即用此式算出不同s值下的左、右频率值，在仪器显示屏中查到对应的一对分贝数，看是否对称，且有一定幅度即分贝数值，说明有断条存在。

测试中如何提高测试的准确性

往往，我们用此方法检测转子是否有断条的时候，经开盖处理其中有一部分测试是对的，但也有少部分测试结果不准确。经分析，测试中的误差与测试仪器无关，主要是测试中存在各种人为操作不准和判断有误的因素造成的。

(1)被测电动机所处运行环境电源频率不稳定或负载波动大等会影响测试精度，因此，此仪器要求对平稳运转的电动机采用稳态运行测试，而对负载波动大、运转不平稳的电动机采用起动时测试的方法，此时就要靠我们的主观判断来确定各电动机的情况了。一般可根据电动机的运行环境、负荷情况来判定电动机的平稳程度。如有时将引风机判为平稳运行电动机，将负荷大的磨煤机判为不平稳运行电动机，但在特殊情况下也不尽然，每一台电动机都有其内在外在的影响作用，所以对测量精度方面有时会有误差，最好是对把握不准的电动机稳态测试后再进行一次起动测试。

(2)在稳态运行测试中根据(1-2s)f1式计算特征频率分量值时，取s值要根据实际负荷和铭牌的额定转速来计算，并根据其结果在频谱仪上找到其边带(脉冲)，若脉冲的位置超过计算值，即使有脉冲也不一定是断条的象征，

只有(1-2s)f1分量值频率符合脉冲位置对应的频率值时，且幅值(分贝数)与电网频率f1分量之差小于40dB时，说明有断条现象，如图1所示，图中脉冲幅值(分贝数)与电网频率f1分量之差大于60dB时，正常无断条，如图2中脉冲所示。这时要注意的是应根据实际负载情况估算，否则误差大了会漏掉故障。

图 1

图 2

(3)在对不平稳运行的电动机进行测试时，要求了解每台电动机起动时间的长短，测试前选择好要测的电动机起动时间，起动时间分短、中、长三档，对应的时间是2～4s、4～8s、8s以上，时间段参数定好后，起动时还要使起动按钮和微机回车键同时动作。关于电动机的起动时间问题一般人们不重视，往往因选择不当，会造成不该有的误差。另外，起动电动机的控制键和微机回车键的同步问题也应注意，回车快于起动动作时会使屏

幕上的频谱产生严重遮挡，如图3所示。反之所取频谱线又显示不全易判断出错，如图4所示。

图 3

图 4

(4)在测试中因为取的是电动机定子端来的电流信号，所以除了能反应电路方面的问题外，还可检测到电动机驱动机械负载的传动链上的缺陷，如齿轮箱的磨损等。如图5为一台电动机定子电流的频谱图，图中无(1-2s)f1分量，因此没有转子断条，而是电动机所驱动的齿轮箱有问题或运转负荷波动大使频谱图中出现许多调制分量。所以还要注意不要误认为分量值高且多就有断条。

图 5

为了更好地监护生产设备，更有效地使用设备，减少设备的损坏，建议生产部门应用先进的测试仪，对运转设备定期或不定期的监测，建立被监测设备的监测记录档案。有效准确地监测、检测电动机运行情况可以大幅度的减少劳动量和节省现场备用电动机的数量