感应电机宏观剖析 | 电机故障花样百出？
来源: | 作者:科锐特 | 发布时间: 2022-04-15 | 895 次浏览 | 分享到:
电机的故障监测既是一个科学问题也是一个经济问题。

电机故障诊断得益于各研究领域的技术突破。以诊断为目的进行故障检测和预测对工业系统运行的连续性有着重要的影响，因此针对该问题的各种研究工作不断增多。


有效的故障诊断方法和对故障进行早期检测可以有效减少设备停用时间以及故障维修时间，这意味着可以有效避免大多数有害的甚至破坏性的故障，从而减少经济损失。


一个好的故障检测方法要尽可能少地采集所需的信号，并在短时间内分析信号得到明确的故障类型。


感应电机的组成



从机械结构角度来看，感应电机可分为以下三个独立的部分：



定子




感应电机的定子由薄钢片叠加而成，上面绕有定子线圈。对于一些小型电机而言，这些薄片是由单张薄钢片裁剪而成；对于大功率电机而言，这些薄钢片则被切成块。为了避免涡流，每张薄钢片上都涂有绝缘层，通过铆接或焊接将它们叠压在一起，组成定子磁路。定子线圈安装在预先设计的槽中，分为分布绕组和同心绕组两类[GRE 89，LOU 69]。


❂图片源于网络


当感应电机绕组机械结构部分是由机械加工制成时，通常采用同心绕组。电气绕组和定子铁心通过绝缘材料进行绝缘处理，根据电机用途不同应使用不同绝缘材料。



转子




转子磁路也由薄钢片构成，与制造定子使用的薄钢片相同。感应电机的转子分为两类：绕线转子和笼型转子。


绕线转子的构造方法与定子线圈相同；转子相则在电机轴上安装的电刷/集电环的帮助下产生出来。


对于笼型转子来说，大功率电机采用铜导条，小功率电机采用

铝导条。这些导条通过两端的短路环连接，短路环材质是铜或铝。



❂图片源于网络


对于笼型转子来说，导体由模压铝合金或由大型预制铜导条箍到转子的铁心上制成。通常来说，转子导条和磁路之间没有绝缘层，但由于铝合金的阻抗很小，所以电流无法从磁路薄钢片上流过，除非鼠笼的导条损坏[MUL.94]。



轴承


轴承包括滑动轴承和滚动轴承，作为转轴旋转的支撑。


❂滑动轴承-图片源于网络


❂滚动轴承-图片源于网络



电机故障成因概览



电机及其驱动系统的故障多种多样。根据故障成因，可将它们分为两类：内部原因造成的故障和外部原因造成的故障。外部原因故障往往由电源电压、机械负载和使用环境造成；内部原因故障往往由电机内部部件引起，如磁通、定/转子线圈、机械气隙及鼠笼等。在下图中，我们列出了故障的简单列表：


❂基于故障成因的故障分类


1.定子上的电气故障：产生原因可能是因为某一相开路、同相或两相之间短路及某一相与定子支架间短路等；

2.转子上的电气故障：对于绕线式异步电机，可能是由于线圈开路或短路造成；对于笼型异步电机，则可能是导条和/或短路环破损或开裂造成的；

3.定子内孔或转子的机械故障：例如轴承故障、不对中以及安装错位等；

4.驱动系统电力电子器件故障。




根据电机的对称性，任何故障都会引起电机气隙旋转磁场的畸变。因此，测量信号中就会包含谐波。通过测量这些信号，可以从外部监测电机运行状态。这些信号可以是电信号，也可以是机械信号，如电流、电压、磁通、转矩以及转速等。故障检测和辨识方法得到广泛研究主要因为还有以下问题亟待解决：


1.定义一个诊断过程用以检测和辨识任意类型的故障；

2.提高故障检测方法的鲁棒性，使其在任何操作环境下不受干扰；

3.位置、转速和转矩控制中故障的可靠检测；

4.在不同工况下故障的可靠检测。



有效的故障诊断方法为容错控制开辟了一条新的道路

而且势必会提高工业过程的鲁棒性

在过去几十年中

电力电子技术的发展使电机能够应用到新的领域

电机运行的性能也随之提高




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