異步電動機(jī)故障檢測與診斷方法研究

張躍 王志國 李艷民

摘 要：異步電動機(jī)是發(fā)電廠、煉鋼廠等工業(yè)建設(shè)企業(yè)當(dāng)中的重點(diǎn)傳動機(jī)械，因此異步電動機(jī)的安全運(yùn)行對于企業(yè)生產(chǎn)來說具有重要的意義。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，異步電動機(jī)的運(yùn)行狀況不斷提高，對于故障的檢測與診斷也不斷進(jìn)步。

關(guān)鍵詞：異步電動機(jī);故障檢測;診斷方法

1 籠型異步電動機(jī)故障

1.1 故障檢測方法

轉(zhuǎn)子斷條是籠型異步電動機(jī)最常出現(xiàn)的故障，出現(xiàn)這種故障之后，定子電流當(dāng)中會出現(xiàn)頻率的附加分量，與此同時，由于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速發(fā)生了變化，在定子電流當(dāng)中也會出現(xiàn)頻率的附加分量，這可以作為判斷轉(zhuǎn)子斷條故障的重要特征。

對于該故障的檢測經(jīng)歷了很長的發(fā)展階段。在最初階段，由于定子電流的頻率分量較小，但是檢驗(yàn)的靈敏度較低，因此檢驗(yàn)難度澆道。與此同時，籠型異步電動機(jī)本身就存在非對稱、轉(zhuǎn)子不對中等情況，應(yīng)在正常運(yùn)行的狀態(tài)下，定子電流當(dāng)中也可能會出現(xiàn)頻率分量，因此對于故障的判斷造成了感染。而數(shù)字信號處理技術(shù)的應(yīng)用為這一問題的解決提供了新的方法，對于微小和細(xì)弱的信號特征也可以提取得到，從而實(shí)現(xiàn)高靈敏度和高可靠度的轉(zhuǎn)子斷條故障檢測。

1.2 故障的診斷方法

對于籠型異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子斷條故障的診斷目的主要是對其嚴(yán)重程度進(jìn)行判斷，也就是要對轉(zhuǎn)子的斷裂數(shù)量進(jìn)行診斷。由于轉(zhuǎn)子斷條這一故障的成因比較復(fù)雜，因此診斷難度較大。目前主要的診斷方法是從定子電流邊頻分量機(jī)理出發(fā)進(jìn)行分析。而對于轉(zhuǎn)子斷裂條目的判據(jù)主要是對電子電信號進(jìn)行傅里葉頻譜分析從而獲得邊頻分量的幅值進(jìn)行判斷。

經(jīng)過推導(dǎo)診斷結(jié)果與實(shí)際情況存在較大差距。主要原因是該推到結(jié)果是建立在導(dǎo)條與鐵心絕緣的基礎(chǔ)上才能夠成立的，也就是說需要先假定斷裂導(dǎo)條當(dāng)中沒有電流流過，但是實(shí)際情況是電動機(jī)的轉(zhuǎn)子材料大多為鑄鋁材料，導(dǎo)條與鐵心之間并不絕緣，因此存在電流。

2 異步電動機(jī)定子繞組匝間短路故障

2.1 故障的檢測方法

異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子如果發(fā)生故障的話會對定子繞組匝間的短路故障檢測產(chǎn)生干擾，具體來說，當(dāng)存在轉(zhuǎn)子故障的時候，定子電流當(dāng)中會出現(xiàn)負(fù)序分量，負(fù)分量的述職會隨著轉(zhuǎn)子故障的發(fā)展而變大。因此，定子負(fù)序可以轉(zhuǎn)子故障誤判為定子繞組匝間短路故障。與此同時，由于轉(zhuǎn)子故障不是突然發(fā)生的，而是漸進(jìn)性的，因此在發(fā)展的初步階段不影響電動機(jī)的繼續(xù)運(yùn)行。由于轉(zhuǎn)子故障發(fā)生的頻率較高，很可能由轉(zhuǎn)子故障導(dǎo)致定子繞組匝間短路故障。因此在異步電動機(jī)出現(xiàn)了轉(zhuǎn)子故障的情況下需要對定子繞組匝間短路情況進(jìn)行檢查與診斷。

目前對于異步電動機(jī)定子繞組匝間短路故障的檢測方法主要是頻譜校正法。傅里葉變換的方法已經(jīng)在數(shù)字信號的處理方面取得了應(yīng)用，它可以通過對頻譜圖來分析時域信號的頻率組成。這種方法的缺點(diǎn)在于只能對有限時間的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，同時還存在時域截斷而產(chǎn)生的泄漏問題。因此需要在這個基礎(chǔ)上進(jìn)行頻譜校正。頻譜校正最大的好處在于可以提高異步電動機(jī)定子繞組匝間短路故障檢測的爭取性，它是通過對定子流量的頻率分量、幅值、相位等進(jìn)行判斷，然后形成參考信號，進(jìn)而對定子電流信號進(jìn)行自適應(yīng)濾波處理。

2.2 故障的診斷方法

對于定子繞組匝間的短路來說，故障診斷主要是對故障存在的部位、故障的嚴(yán)重程度、接下來的發(fā)展趨勢等進(jìn)行研究，這可以為維修工作的順利進(jìn)行提供重要的依據(jù)。對于故障的嚴(yán)重程度來說，通常是根據(jù)故障特征的辯護(hù)規(guī)律進(jìn)行大致判斷，然后通過人工智能技術(shù)來進(jìn)行精細(xì)的半段。對于定子繞組匝間短路的發(fā)展趨勢診斷來說，由于需要考慮故障的成因和機(jī)理，因此較為復(fù)雜。

通過仿真實(shí)驗(yàn)得出，對于相對嚴(yán)重的砸間短路故障，通常會發(fā)生在相繞組之間相鄰滯后相繞組的視在阻抗角;對于輕微的砸間短路故障來說，通常會發(fā)生在相繞組之間相鄰滯后相繞組的視在阻抗角。根據(jù)這個就可以對定子繞組匝間短路故障的發(fā)生相進(jìn)行診斷。

對于定子繞組匝間短路故障來說，通常是通過定子三相繞組視在阻抗角這一特征進(jìn)行的。在實(shí)際的工程施工當(dāng)中，定子三相電壓之間存在相位不對稱的情況，這會對電流相位產(chǎn)生影響，因此為了克服這種影響可以采用定子三相繞組視在阻抗角進(jìn)行故障判斷。通過電機(jī)滿載定子相繞組金屬性短路故障情況下的仿真實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)這種診斷方法具有可行性。

3 結(jié)語

總的來說，本文對籠型異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子斷條故障以及定子繞組匝間短路故障進(jìn)行了故障檢測與診斷方法的研究，這兩種故障是在使用異步電動機(jī)的時候經(jīng)常會遇到的，因此這兩種故障的研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

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