异步电动机故障特征频率的机理研究

通过对电机 常见故 障总结 ，确定 了鼠笼式 异步电机 的三种 主要 故障为 ： 转子断条 、 气隙偏心 、 定 子匝间短路 ， 并运用基本 电 磁关 系深入分析 了故障特征频率成分的产 生机理 和原 因，研究 表明 ： 定子匝问短路故障的最有效判据为负序 电流的存在 ； 转子
转子绕组中感应出频率为（ ２ 一ｓ ） ｆ ｌ 的电势和电流 。该频率的转子
电流产生的转子磁势与反转分量相对静止， 可以产生恒定的电磁转 矩ｒ ｒ ２ ， 为反向转矩。合成电磁转矩为 Ｔ ｌ — Ｔ ２ 。
２ 转 子 断 条 故 障 特 征 的 机 理分 析
断条故 障最有效判据为定子 电流 中会 出现频率为 （ １ 士２ ｓ ） 的 主要 故障特征成分 ； 当存 在气 隙偏 心（ 包括静 态 、 动态 和复合偏
偏心包括静态偏心和动态偏 心两种形式 ， 往往同时发生 ， 假 设定转子绕组正常 ， 定子外加 电压为对称的三相正弦波 ， 则三相
的故障特征 ， 识别各种 电机常见故障 ， 对保证生产 系统安全 可靠
地运行 、 有针对性地减小电机故障率具有十分重要的现实意义。
１ 定 子 匝 间短 路 故 障 特 征 机 理 的 分 析
生的磁势为椭圆型 ， 同样可以分解成相对于转子 的正转分量 和反 转分量 ， 前者与定子磁势汽相对静止 ， 后者相对 于定子参照 系的 转速为（ １ － ２ ｓ ） ｎ ｌ ， 因而会在定子绕组 中感应 出频率为（ １ — ２ ｓ ）ｆ ｌ 的 电势和 电流。这种频率的电流构成了转子断条故 障的主要特征。
绕组将产生合成磁势。 一般而言 ， 只有气 隙磁场 的极对数与绕组 的极对数相 同时 ， 才能在绕组 中感应出明显的电势。 在各磁场分
量 中，只有极对数为 Ｐ的分量才能在定子绕组 中感应出有效电
当某相定子绕组存在匝间短路时 ，定子绕组 的对称性遭到破 坏 。由定子绕组产生的气隙磁势变为椭 圆型， 该椭 圆型磁势可以分 解为正转分量和反转分量 ， 二者转速相同、 转向相反 ， 故障不很严重
（ １ ±２ Ｓ ） ｆ ｌ 的成分 ， 在定子绕组 中感应 出同频率 的电势和电流 如
端环断裂时 ， 定子 电流 中会 出现一定频率 的断条故 障特征成分 ；
在气隙偏心情况下 ，定子电流中将 出现一定 频率 的偏 心故 障特
果将上述过程进一步分 析 ， 定子电流中频率为（ １ 十２ ｓ ） 的成分 所产生 的旋转磁场将在转子绕组 中感应 出频率为 wenku.baidu.com ｓ ｆ ｌ 的电势 和
电流 ， 从而在定子绕组 中感应出频率为（ １ —４ ｓ ） 的电流 ， 依此类 推， 不难解释其它频率电流成分出现 的原因。
３ 偏 心 故 障 特 征 的 机理 分析
征频率成分。这些结 论有的来 源于简单 分析 ，有的来 源于实验
结果， 缺少从基本 电磁理论分析人手 的系统性证 明。为此 ， 从基 本 电磁 概念 出发 ，重 点进行转 子断条和气 隙偏心故 障的机理研 究， 为故障诊断方法提供理论基础 。以便准确 、 有 效的掌握 电机
势， 产生相应频率 的电流 。当存在复合偏 心时 ， 会在定子绕组 中
感应 出频率为 ｆ 】 ±Ｃ的特 征频 率成分 ，这与众所周知 的结论 相
时， 前者的幅值远远大于后者的幅值。正转分量在定子绕组 中感应 出频率 为 ｆ 的交流电势 ，在转子绕组 中感应 出频率为 ｓ ｆ 电势及 电
流。该频率的转子电流产生的转子磁势相对静止， 可以产生恒定的 电磁转矩 Ｔ ｌ ， 为正向转矩。反转分量在定子绕组中同样感应 出频率
心） 故障时 ， 会在定子 电流 中出现频率为 ±ｍ ｆ ￣ （ ｍ为正整数 ） 的
众所周知 ，当转子出现断条故障时 ，定子电流中会出现以
（ １ — ２ ｓ ） ｆ Ｉ 频率为最基本的故障特征成分。其产生原因是 ： 正 常的 鼠笼式异步 电动机的所有转子导条均匀分布 ，设 转子导条数为 ｎ ， 可将转子绕组看成是 １ １ 相对称绕组 。当出现断导条故 障时 ， 转 子电路结构上的对称性被破坏 。与定子匝间短路故障分析相似 ， 当定子外加三相对称 电压时， 定子三相基波电流会产生 圆形旋转 磁势。该磁势建立的旋转磁场将在转子绕组 中感应 出频率为 ｓ ｆ ｌ
故 障特征成分 ；上述研究结论为为进一步深入研究 鼠笼型异步
电机 故 障 的产 生 奠 定 了 理论 基 础 。 【 参考文献 】
【 １ １周 东华 ， 叶银忠． 现 代故障诊 断与容错控 制． 清华大学 出
版社 ． ２ ０ ０ ０
的交流 电势及同频率的电流。由于转子 已不再对称 ， 转子绕组产
学术研讨 ； ５ ９
异 步电动机 故障特征
三相异步 电动机 以其结构简单、 运行 可 靠而在传动领域 占有极其重要的地 位。
对异步 电机 的常见故障进行分析诊断， 可
以有效地降低故障率 ， 减少突发事故造成 的停产损 失 ， 降低维修 成本 ， 消 除对人 员
和 设 备 的 安 全 威胁 。
鼠笼式异步电动机的主要故障为 ： 定子 匝间短路 、 转子断条 和气隙偏心。 当出现定 子匝间短路 时 ， 定子 电流 中除 了主要的正
序分量外 ， 同时会 出现一定程度 的负序分量 ； 当转子存 在断条或
定子绕组 中产生频率 （ １ － ２ ｓ ） ｉ电流分量 ，该分量和气隙磁场作 ｆ
用 ，产生 以 ２ ｓ ｆ ｌ 频率波动的转矩 ，进而使气隙磁通出现频率 为
吻合 。如果考虑到这些频率 的电流进一步和气隙磁场作 用产生
转矩和转 速的波动 ， 可以导 出 ±ｍ （ ｍ为正整数 ） 故 障特征频
率 成 分 的存 在 。
４ 结 论
为 ￡的交流电势 ， 但是相序相反 ， 从而在定子三相 电流 中产生出负
序分量 ， 这就是主要的故障特征。同时反转分量建立的旋转磁场在
ｆ ２ １夏 立， 费奇 ． 基 于信 息 融 合 分 析 的 感 应 电机 故 障检 测 方