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西安蘭電電機有限公司

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1、定子故障定子故障是.常見(jiàn)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(lèi)故障的形成原因……

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1、定子故障
定子故障是.常見(jiàn)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(lèi)故障的形成原因。
西安電機維修
1.1 鐵芯故障
感應電機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(gè)結構,如果損傷了定子鐵芯,就會(huì )形成定子片間短路。定子出現高溫、大環(huán)路電流、絕緣材料高溫分解現象。流過(guò)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(huì )被熔化,導致定子槽中絕緣繞組被燒化,此時(shí)必須更換線(xiàn)圈。此種故障產(chǎn)生原因多為制造缺陷,電機劇烈振動(dòng)導致的電機定子鐵芯片間絕緣損壞也是故障誘因之一。

(1)鐵芯多點(diǎn)接地故障。當鐵芯多點(diǎn)接地發(fā)生故障后,會(huì )伴隨很多奇特的現象,如:繞組過(guò)熱、絕緣損耗和老化、接地線(xiàn)路被燒斷、鐵損增大、鐵芯過(guò)熱。(2)鐵芯過(guò)熱故障。鐵芯過(guò)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(guò)載運行等。鐵芯過(guò)熱多發(fā)生在夾件與鐵芯上。

1.2 繞組絕緣故障
感應電機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(guò)程中造成的,因此電機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致的絕緣故障都表現為電機內活動(dòng)性放電量增加,通過(guò)一些檢測實(shí)驗可以獲得絕緣老化的一些數據參數,通過(guò)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電機常見(jiàn)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(gè)方面引起。

1.3.1 定子故障的發(fā)展過(guò)程
感應電機定子故障的.初階段,電機仍可正常運行,功率、電壓及震動(dòng)也都在正常范圍之內,但此時(shí)電機定子磁場(chǎng)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電機定子故障,隨著(zhù)故障的惡化,電機正常運行受到影響,震動(dòng)加劇,輸出轉矩波動(dòng),電機工況異常,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(dòng),定子溫升劇增使得電機無(wú)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機身和機座振動(dòng)。感應電機一旦發(fā)生故障,電機機身和各零部件都會(huì )出現振動(dòng),振幅超過(guò)臨界值會(huì )造成定轉子的摩擦,嚴重時(shí)會(huì )損毀電機,甚至危害人身安全。感應電機發(fā)生匝間短路故障時(shí),電機機身發(fā)熱造成的不對稱(chēng)以及點(diǎn)磁拉力不平衡都會(huì )引起電機振動(dòng)。

(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,相當于定子繞組中有效匝數減少,電磁場(chǎng)發(fā)生變化進(jìn)而導致電機運行電氣量(轉速、轉矩、電壓、電流,磁鏈等)的改變,定子電流中表現為偶次諧波分量的出現以及奇次諧波含量的變化,該變化會(huì )隨著(zhù)故障程度的加深而不斷演化。感應電機的氣隙磁場(chǎng)受勵磁電壓的影響,與負載是否對稱(chēng)無(wú)關(guān)。定子狀態(tài)健康的電機,當電源三相對稱(chēng)時(shí),氣隙磁場(chǎng)完全對稱(chēng),定子繞組不出現偶次諧波分量。匝間短路后,氣隙磁場(chǎng)不再對稱(chēng),會(huì )導致偶次諧波成分(如2次諧波)的出現。

定子繞組與電源接通,定子繞組中流過(guò)的對稱(chēng)的三相電流,基波旋轉磁動(dòng)勢也相應地會(huì )在氣隙中建立起來(lái),其同步轉速由電網(wǎng)頻率和電機繞組極對數共同決定,即:

鼠籠式感應電機中,轉子導體切割定子旋轉磁場(chǎng)在轉子繞組中感應出電動(dòng)勢再感生出相應的電流。轉子轉速 與定子同步轉速不等,轉差率s= -/,當感應電機負載發(fā)生變化時(shí),電機的轉速和輸出轉矩隨負載變化而波動(dòng)。感應電機匝間短路后定子繞組部分會(huì )出現局部過(guò)熱,電流不再三相對稱(chēng),轉矩變小,噪聲和振動(dòng)加劇。

(3)定子繞組匝間短路故障的機理分析。感應電機定子繞組三相存在120°的相位差,并且在時(shí)間和空間上對稱(chēng)分布,該結構的作用是既可以使由三相對稱(chēng)電流產(chǎn)生的氣隙磁場(chǎng)達到基本正弦的要求,又可以使各個(gè)線(xiàn)圈磁勢中的低次諧波與間諧波(分數次)相互抵消。處于正常狀態(tài)的感應電機,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、材料不達標、安裝不正規等原因,實(shí)際的感應電機三相繞組不可能完全對稱(chēng),這會(huì )導致定子電流中2 次或3 次諧波成分的出現。電機定子繞組發(fā)生短路故障時(shí),三相繞組不對稱(chēng)性加劇,表現在氣隙磁場(chǎng)中為較強的空間諧波,在定子電流中則是較強的時(shí)間諧波成分,三相繞組不對稱(chēng)性的加劇使得定子電流中奇次和偶次諧波增強。定子繞組匝間短路故障會(huì )改變原有諧波成分的能量,并且其它頻率的諧波成分也會(huì )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出變化,根據磁鏈與電流的相互關(guān)系可以給出定、轉子中的感應電流的變化。

2、轉子故障
轉子溫度過(guò)高,離心負荷過(guò)大,及轉子制造過(guò)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(huì )導致轉子故障。離心負荷過(guò)大在電機啟動(dòng)過(guò)程中.為常見(jiàn),生產(chǎn)制造缺陷則會(huì )導致導體電阻過(guò)高,從而引起過(guò)熱。高溫使得鼠籠結構的強度降低,進(jìn)而可能出現鼠籠條裂紋?;\條超出轉子槽范圍便失去轉子鐵芯的支撐,長(cháng)時(shí)間的高溫運行也會(huì )引起端環(huán)和籠條變形,并.終導致端環(huán)與鼠籠條斷裂。電機轉速改變時(shí),籠與端環(huán)間必然有力的作用;電機負荷無(wú)規律的變動(dòng)導致的轉速波動(dòng)以及電機頻繁的啟制動(dòng)過(guò)程造成的磁場(chǎng)變化都會(huì )增加籠條和端環(huán)故障的發(fā)生幾率。轉子故障征兆一般表現為轉速變化,電機振動(dòng),定子電流三相不平衡,負序成分的產(chǎn)生及斷電殘壓。電機在高速運行過(guò)程中會(huì )導致轉子本體故障。轉子本體故障一般表現為:軸彎曲、不平衡、軸裂紋、不對中以及偏心等。轉子不平衡時(shí),轉子質(zhì)量偏心,會(huì )產(chǎn)生同轉頻的周期性激振力導致電機振動(dòng)增大。電機轉子在加工過(guò)程中留下的傷痕在運行中,會(huì )出現裂紋,嚴重時(shí)會(huì )導致轉子斷裂的災難性故障。偏心分為靜態(tài)偏心和動(dòng)態(tài)偏心以及混合性偏心,轉子發(fā)生偏心故障時(shí)會(huì )產(chǎn)生不平衡磁拉力,從而引起振動(dòng)。轉子溫度分布不均使得轉子發(fā)生熱彎曲時(shí),振動(dòng)加劇,會(huì )導致定轉子之間發(fā)生碰摩,.終損壞電機。

2.1 轉子斷條故障分析
轉子斷條故障發(fā)生后,定、轉子三相電流都不對稱(chēng),電機轉矩失衡,其脈動(dòng)成分也增加。斷裂的導條阻抗無(wú)窮大,導條的電流為零,電機轉矩總量會(huì )減小并且不對稱(chēng)的轉子電流氣隙的磁場(chǎng)發(fā)生變化,形成反向旋轉的磁場(chǎng),因而電磁轉矩也為反向,正負轉矩相互抵消,電機的有效轉矩就相應的減少。這種故障會(huì )引起電流和電磁轉矩的振蕩,在轉動(dòng)慣量較大時(shí)(恒定速度),該故障現象更引人注目。當轉動(dòng)慣性較小時(shí),振蕩發(fā)生在機械轉速和定子電流幅值上。斷條發(fā)生后,通入三相電流以后,啟動(dòng)時(shí)間明顯延長(cháng)。隨著(zhù)斷條根數的增加,轉矩也在變小,脈動(dòng)成分增加,波動(dòng)性變大。轉子故障后如果電機繼續運行,與斷條相鄰的籠條和與斷條空間位置對稱(chēng)的導條電流會(huì )突增,導條溫度也會(huì )急劇升高,斷條相鄰和相對籠條受到更大的應力,更易斷裂。發(fā)生斷條后,很多電氣量都或多或少發(fā)生相應的變化。電機起動(dòng)時(shí)間變長(cháng),有效力矩減小,轉差變大,電機振動(dòng)和噪聲增強,定子電流波動(dòng),電機局部升溫。

2.2 端環(huán)斷裂故障分析
環(huán)形截面斷裂故障發(fā)生頻率可以與斷條故障相比較。這些斷裂是由于澆鑄時(shí)的氣泡或由于導條與環(huán)之間張力的不同造成,尤其是在短路環(huán)比轉子導條產(chǎn)生更大的電流。環(huán)的生產(chǎn)尺寸不合格,再加上惡劣的運行環(huán)境以及過(guò)負荷運行,都會(huì )造成斷裂。一般情況下,一根斷條故障不會(huì )造成機器關(guān)閉,因為穿過(guò)斷條的電流分布在相鄰的導條。然而斷裂的導條過(guò)載或者是斷條進(jìn)一步增加就會(huì )導致停機。

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