基于振动和电流频谱分析的鼠笼异步电动机转子断条故障分析

　　1 弁言

　　在火力发电企业中，浆液轮回泵是脱硫体系紧张的装备之一，主要功效是保证吸收塔中的浆液赓续的轮回，使烟气中的二氧化硫完全被吸收，浆液轮回泵运行环境直接影响到污染物排放指标，关系着燃煤电厂经济运行、环保参数是否达标。

　　某发电企业使用的浆液轮回泵电念头是由兰州电念头厂临盆制作的型号为Ykk500-4鼠笼式异步电念头，因运行工况必要存在频仍起停的特色，历久运行极有可能产生转子笼条断裂和端环开裂故障。是以，实时发现并办理浆液轮回泵电念头转子笼条及端环故障将有力保障装备平安经济运行进而相符环保要求。

　　2 故障诊断阐发

　　2.1 故障征象及故障缘故原由初步排查

　　初期，浆液轮回泵电念头呈现了定子线圈温度突然升高特性，电念头内部温度测点最高温度131.6℃，当场红外成像检测温度也到达了98.5℃，已经跨越了平安运行的温度限值；电念头驱动端轴承振动变年夜，振动位移为144um，较汗青数据有年夜幅度上涨。

　　对电念头轴承、联轴器纰谬中问题和电念头冷却体系进行了排查，没有发现问题，同时停泵排查体系并对喷嘴进行了冲刷，试运后温度高和轴承振动年夜环境没有显著改善。对现场进行诊断后初步断定电念头存在转子笼条断裂和端环开焊问题。

　　2.2 周详诊断阐发办法及进程

　　2.2.1 异步电念头转子笼条故障机理

　　异步电念头定子电流的抱负频率是单一身分的工频fL，当转子回路呈现故障时，在定子电流频谱图上，与工频相差二倍转差频率处将各呈现一个边带频率。

　　当电网频率为fL时，一台极对数为P的异步电念头事情时定子绕组发生磁动势ms，其基波的表达式为：

　　式中，kS为常数，与电念头极对数P、绕组系数有关；Ns为定子绕组每项匝数；Is为定子电流；ω为电源角频率；θ为相位角。

　　转子绕组的相位角为：

　　式中，ωγ为转子扭转角速率。

　　当P=1时，即南北极电念头的磁动势为：

　　转子绕组在定子扭转磁场作用下，将发生感应电流，树立起一个与定子磁动势相均衡的转子磁动势mr，其基波的表达式为：

　　式中，kr为常数，与极对数和转子绕组系数有关；Nr为转子绕组每相匝数；Ir为转子电流。

　　当转子绕组存在故障时，例如存在一根笼条断裂，转子电流的磁动势被调制，这时转子绕组磁动势将变为：

　　因为定转子的磁动势是均衡的，那么将公式（2）带入，获得反响定子磁势的表达式：

　　定子磁场扭转速率与转子转速之差为转差，对付南北极电念头，其转差率为：

　　式（9）代入式（7）即得：

　　阐发式（10）可发现，磁动势表达式中第一项分量含有3ωt和3θ，将在三相定子绕组中发生一个零序电动势，此电动势对电源电流并无影响。第二项磁动势分量中含有一个比电源角频率低2sω的分量，这个分量将使异步电念头定子绕组中呈现一个比电源电流角频率低2sω的三相电流分量，它与电源线频率十分靠近，因为它的调制造用，定子电流将会呈现节奏性变化，电流周期性的脉动将使定子电流表指针产生摆动，也使电念头的转矩随之而脉动，从而使异步电念头转子转速也将按2倍滑差频率而颠簸[1]。

　　工频表达式：f=60np (11)

　　式中，n为电念头同步转速；

　　式中n0为电念头现实转速。

　　2.2.2 基于振动频谱办法的电念头转子断条故障诊断阐发

　　采集振动数据进行阐发，发现振动频谱中电念头转频两侧存在年夜小为1.37Hz的边频带，如图1所示。电念头实测转速1478rmp，同步转速是1500rmp，电念头为4极电念头，将上述参数代入公式（12），计算成果为1.4Hz，与振动频谱测得极经由过程频率数值异常靠近，可以肯定该电念头转子笼条存在故障。

　　2.2.3 基于电流频谱办法的电念头转子断条故障诊断阐发

　　在电流频谱中，电念头极经由过程频率表示为工频的边带，在工频和极经由过程频率处均会呈现峰值。工频峰值和极经由过程频率边带峰值的幅值差是转子笼条康健的状况指标，采集数据落后行阐发，电流频谱测得电念头现实转速为1486.9rmp，带入公式（12）计算获得极经由过程频率年夜小为0.873Hz，与测得边频带根本符合，经由过程计算工频峰值和极经由过程频率边带峰值的幅值差为35.7dB，如图2所示，断定电念头应该存在转子笼条松动、断裂或者端环开焊问题[2]。

　　2.2.4 周详诊断结论、解体验证和缘故原由阐发

　　经由过程振动频谱和电流频谱综合阐发，联合现场环境终极断定浆液轮回泵电念头已经呈现转子笼条断裂和端环开焊问题。经由过程解体反省，发现电念头转子笼条呈现多处松动、断裂和端环开焊环境，验证了上述的阐发断定。

　　浆液轮回泵电念头在启动刹时笼条内流过的电流过年夜，使笼条在蒙受伟大冲击力的同时，蒙受因为快速升温发生的热应力，端环还要蒙受年夜的离心力。电念头频仍的启停，笼条和端环频仍受力进而产生形变，终极导致笼条和端环因为受力散布不平均而断裂。

　　另外从电磁力矩来阐发，起动时的加快力矩是由笼条发生的，减速时笼条又蒙受制动力矩，因为负载变化和电压颠簸时笼条就要蒙受到交变负载的作用，容易发生委顿，当笼型线圈锻造质量、笼条和端环的材质和焊接质量存在问题时，笼条和端环的断裂、开焊更易产生。若不实时处置，断条故障将进一步恶化，呈现多根转子断条，其成果将导致电念头烧坏，严重时还会因为转子扫膛而擦伤定子铁芯，导致整机报废[3]。

　　3 动员机转子笼条故障诊断流程总结

　　对付电念头转子故障的阐发断定，起首要对故障征象进行阐发，查看是否存在电念头本体和轴承过热、电流颠簸相对较年夜、起动光阴延伸、泵或风机力矩减小等征象，如呈现上述问题有可能存在转子笼条故障。

　　其次经由过程电流频谱和振动频谱周详诊断进一步进行诊断阐发，因为一样平常而言电流频谱设置的采样率和采样点数相对较高，对付极经由过程频率反响敏锐，有较高的精确性，是以建议电念头转子断条及转子笼条故障主要应用电流频谱手腕断定阐发。

　　振动频谱因为采样参数设置的缘故原由和固有特色在阐发电气故障方面不具备较高的敏锐性，但假如振动频谱中电念头转频两侧呈现极经由过程频率，可以确定地断定电念头至少存在一个笼条断裂故障，是以振动频谱阐发可以作为电念头转子笼条故障判其余紧张辅助手腕。

　　假如电念头存在轴承磨损、联轴器纰谬中、转子不屈衡等非电气类故障，振动频谱将更能直观反映，而现实临盆中电念头也很有可能同时存在多种故障，机动运用电流频谱和振动频谱阐发办法，并联合装备和体系现实运行环境，不仅可以或许精确判别故障种别，不至于有所漏掉，还可以或许进步故障的精确性和实时性。