高壓隔爆型感應電動機籠條故障分析

李廣藝

（佳木斯電機股份有限公司，黑龍江佳木斯 154002）

0.引言

隔爆型感應電動機廣泛應用在石油化工行業，在含有氫氣、乙炔氣體等危險爆炸性環境的行業中用于驅動各種通用機械，如壓縮機、水泵、離心機、運輸機械等，是最理想的驅動設備[1]。由于結構簡單、維護方便等益處，鼠籠轉子電動機在感應電動機的占比是最高的。在使用中，籠條故障是該類電動機最常見的故障之一?；\條發生故障后，會嚴重影響電動機工作的安全可靠性[2-3]。本文以一臺YB2 400-2 315kW 6kV隔爆型電動機為例，利用ANSYS Maxwell電磁場分析軟件，對其正常工況和不用籠條故障工況的電磁場進行計算研究，同時分析不同工況電磁場諧波分布情況，為感應電動機籠條故障的診斷提供理論依據。

1.模型的建立

1.1 隔爆型感應電動機性能參數

本文所研究隔爆型感應電動機，主要性能參數保證值見表1。

表1 電動機主要性能參數

表1的參數完全按JB/T 8674-2007《YB2 系列高壓隔爆型三相異步電動機技術條件》執行，其他詳細參數均按該標準執行。

1.2 二維有限元仿真模型

利用ANSYS Maxwell軟件的RM模塊建立隔爆型感應電動機模型，然后生成2D模型。

2.電動機仿真計算分析

2.1 籠條故障前后磁場分布情況

本文研究的樣機為鑄鋁轉子，電動機在額定電壓、額定頻率及額定負載的情況下，分別研究其正常運行、單根籠條部分斷裂、單根籠條全部斷裂和兩根籠條全部斷裂的磁場分布情況。在有限元軟件計算時，可設置部分籠條的激勵端部連接情況，從而實現不同故障情況的模擬?；\條顏色加深部分為斷裂處，電動機正常工況運行時，磁力線的分布是接近于對稱的，隨著籠條故障程度不同，磁力線分布的不對稱度也就越嚴重。圖1所示為電動機不同工況的磁密分布，從圖1中可以看出，在籠條故障附近會出現局部磁飽和現象，籠條斷裂的數量越多，磁飽和現象越明顯，這樣就會導致電動機損耗增加，溫升增大。

圖1 不同工況的磁密分布

2.2 籠條故障前后氣隙磁密分布

電動機籠條不同故障情況，氣隙磁密的諧波含量會有所不同，提取不同工況的氣隙中心線磁密，并進行傅立葉分解，氣隙磁密基波和各次諧波含量的幅值情況變化如圖2所示。從圖2中可以看出，與正常工況相比，電動機轉子籠條斷裂會增加氣隙磁密的諧波含量，故障程度越高，諧波增加的越多?；\條整根斷裂時，氣隙磁密中甚至會出現偶次諧波，同樣是斷裂的根數越多，諧波越大。但是齒諧波（47次和49次諧波）受故障的影響不是很大。

圖2 不同工況的氣隙磁密

3.結語

本文利用有限元法對隔爆型感應電動機正常工況及3種籠條故障工況進行仿真研究。當電動機籠條發生不同程度的斷裂時，電動機的磁力線分布會發生畸變，同時籠條斷裂附近會出現磁飽和現象，斷裂程度越大，現象越明顯，這樣會導致電機局部損耗增加，電機溫升增加。電動機轉子籠條斷裂會增加氣隙磁密的諧波含量，故障程度越高，諧波增加的越多，甚至會出現偶次諧波，嚴重影響電機的振動及噪聲指標。