三相交流异步鼠笼式电动机转子断条浅析

三相交流异步鼠笼式电动机转子断条浅析
摘要：三相交流异步鼠笼式电动机转子鼠笼条断条是电动机的常见故障之一，本文结合二滩水电站实际，对鼠笼式异步电动机发生转子鼠笼条断条的原因进行理论分析，探讨鼠笼条断条后的处理方法，为电动机的检修维护提供一定的理论依据。

关键词：三相交流鼠笼式异步电动机；转子鼠笼条断条；检测方法；断条处理
一、绪论
二滩水电站共有3台6kv高压异步鼠笼式渗漏排水泵电动机，自1998年投运以来，共有三台电动机发生故障，分别是2006年8月#1渗漏排水泵电动机转子鼠笼条断裂，使6kv母线电压波动；2009年10月#3渗漏排水泵电动机转子鼠笼条断裂，将定子绕组绝缘刮伤，造成定子绕组三相对地击穿短路，定子绕圈烧毁；2010年4月#1渗漏排水泵电动机转子鼠笼条有一根发生断裂。

本文结合二滩水电站实际，对6kv鼠笼式异步电动机转子鼠笼条断条这一典型故障进行了探讨，分析三相交流异步鼠笼式电动机转子断条的原因，检测电动机转子是否存在断条现象，为6kv电动机的检修维护提供一定的参考。

二、三相交流异步鼠笼式电动机转子断条原因分析
（一）鼠笼式异步电动机转子鼠笼条受力分析
鼠笼式交流电动机转子在启动和运行中，由于转差率的存在，转子的鼠笼条受到以下几种力的作用。

2.1.1电磁作用力
由于转子在定子的旋转磁场中转动，并且旋转磁场与转子之间有转差率的存在，在鼠笼条中产生感应电流。

电磁的相互作用致使鼠笼条受到一个沿径向朝转子轴心方向的电磁力，由于磁场的不均匀性和转差率的变化，此种电磁并不是恒定的，而是随着电动机的运行状态的变动而变动。

2.1.2内应力
在电动机运行时，鼠笼条内有电流流过以及鼠笼条内阻的存在，鼠笼条的电流会产生热量，使鼠笼条的温度升高。

而转子鼠笼条与转子两端的短路环是焊接而成，形成钢性联接，因此随着温度的升高，鼠笼条会产生热膨胀，势必在短路环与鼠笼条间产生结构性内应力。

2.1.3离心力
转子在运转过程中，鼠笼条也必然受到旋转的离心力的作用。

它的方向是沿径向指向转子外部，它的大小与电动机的速度有关；速度越大，离心力就越大。

所以鼠笼条所受的离心力也随着电动机运转的状态改变而改变。

（二）鼠笼式转子发生断条的原因分析
2.2.1频繁重载启动
电动机起动时，定子电流约为额定电流的4～7倍，此时，转子鼠笼条因最大的感应电流而很快升温，材料强度下降，热应力增加，再加上电磁扭矩的剧烈冲击，使鼠笼条与端环在相对运动中产生较
大的剪切力和端环不平衡转动的离心力。

频繁起动使效应累积至材料疲劳极限，起动、运行中就会导致转子鼠笼条断裂。

2.2.2制造尺寸偏小
因设计鼠笼条尺寸偏小，槽与鼠笼条的间隔偏大，长期在离心力作用下鼠笼条产生径向位移，使鼠笼条的梯形上底边与铁心处于同一圆柱面甚至凸出柱面，此时，槽体斜键不能撑紧鼠笼条，鼠笼条在槽内会发生振动，甚至产生火花灼伤鼠笼条与铁心。

2.2.3焊接工艺不良
在铜条转子中，鼠笼条与端环的焊接是用磷铜焊条进行的，由于焊接质量不佳，焊接处受力后很快开焊，鼠笼条焊接处因加热温度较高，导致应力最集中部位的材质强度降低，导致鼠笼条断裂。

如果电动机振动较大、整体强度系数不够、找正不好、不平衡、靠背轮磨损严重、不同心等原因，导致电动机长期在大的振动下起动运行，也会使鼠笼条严重破损、颤动、疲劳而引起断条。

2.2.4电动机起动时间过长
当电动机因负载机械卡塞或选型不当使其起动力矩偏小时，会造成起动时间过长，进而使鼠笼的温度猛增而损坏。

2.2.5断条后检修不及时
鼠笼条断条很少时，因对电动机的运转影响不大而难于被发现。

当发现电动机在起动时冒火、振动、噪音增大、转速下降等异常时，断条已经是很严重了。

检修不及时也是造成鼠笼条断条的主要原因之一。

（三）二滩水电站6kv三相鼠笼式异步电动机发生转子断条的原因二滩水电站6kv三相鼠笼式异步电动机发生转子断条原因如下：2.3.1运行年限长。

从投运到出现故障已运行了近十年时间，设备存在老化现象。

2.3.2启动频繁。

二滩水电站是地下厂房，渗漏水较多，到达启动水位后电动机即自动运行，启动非常频繁。

2.3.3有轻度断条故障时没有及时检查发现，导致继续运行，扩大断条数目。

2.3.4长期处于振动环境。

电动机均安装在发电机组的水轮机旁边，机组的振动很容易传导到紧紧相邻的深井泵，使电动机基础振动，导致电动机部分受力不平衡。

2.3.5电动机本身存在缺陷。

设计制造时，材料选择、制造工艺存在缺陷，或者焊接不牢，进而导致运行时发生故障。

三、三相交流异步鼠笼式电动机转子断条检测方法
转子故障是作用于转子的各种压力综合作用引起的，所以故障发展过程中电动机的各种物理化学表征就成为检测故障特征信号与判
断电动机状态的依据。

当存在转子断条或静、动态偏心时，气隙中会产生谐波磁通量，它在定子线圈中产生感应电流，由于它对供电频率的调制作用，引起铁心振动及转矩和转速等技术指标和定、转子电阻的变化。

因此把这些变化作为故障特征信号，以此进行故障诊断。

目前已有的用于三相鼠笼式异步电动机故障检测的方法多种多样，如参数估计法、信号分析法、人工智能方法等。

信号分析法是目前的一种主流的监测方法，即可在线实时监测，也可停机后检测，有很高的灵敏度、准确性。

即可监测即将发生故障的电动机，也可以判断已经发生故障的电动机。

通过对电流信号、电压信号、磁通信号的分析，可以判断电动机的发展趋势。

二滩水电站也采用了上述方法对电动机进行了检测，在停机状态下手动盘车测量定子绕组电压、电流、波形，根据电流、电压、波形的变化的趋势判断转子鼠笼条是否发生断条，即如果电流、电压没有明显变化，则表明电动机转子鼠笼条没有发生故障，反之如果电流、电压发生了明显的波动则表明电动机转子鼠笼条已经发生了故障，而且波动的趋势越大，电动机转子鼠笼条发生的故障就越严重。

四、鼠笼式异步电动机转子断条的预防及处理
防止转子鼠笼条断裂的措施是制造单位应提高电动机制造质量，改进工艺和结构，尽量使鼠笼条与转子槽紧密配合，形成一个坚固的整体，不使其松动，并应采用新技术、新材料、新工艺。

运行单位要加强运行维护，提高检修质量，定期进行检查，采取切实可行的措施，经济合理调度，尽量减少电动机启动次数，避免连续启动电动机。

中型电动机应推广采用铸铝式转子。

鼠笼式转子断条修复处理时应注意以下事项：
（一）转子的动平衡
动平衡是电动机转子的主要技术参数之一，如果不能控制在一定的范围之内，则电动机在运行中产生振动，会使鼠笼条的断裂故障过早的出现。

因此残余的不平衡量应小于10gmm/kg。

（二）磁隙的调整
磁隙对于交流电动机而言，它不仅仅会引起电动机相间的电流不平衡和转子的运行不平稳，还能引起转子鼠笼条的受力不均衡，从而使鼠笼条处于更加恶劣的环境中，在运行过程中产生强烈的振动，极易造成疲劳断裂，对于较大电动机更甚。

因此在检修时必须把电动机定子与转子之间的磁隙，严格地按技术要求调整均匀，控制在允许的范围之中。

（三）焊接质量
鼠笼条与端部短路环之间产生疲劳断裂后，最经济、最迅速的解决办法是将断裂处进行焊接，这也是现场修复的最常用的方法之一。

焊接质量直接影响到鼠笼条在电动机运行中的状态。

因此在焊接过程中严格控制焊接工艺，选择合适的焊接材料和焊接技术，适当地对焊口进行预热和保温，避免在焊口处产生气孔、夹渣、裂纹等各种焊接缺陷，使焊口有足够的强度和韧性，以减少鼠笼条在运行中产生断裂的根源，这也是防止鼠笼条断裂的重要措施。

（四）槽口的修复
如果鼠笼条断裂后从槽口内跳出，致使槽口损坏时，在修复鼠笼条过程中，为限制鼠笼条的振动和防止鼠笼条的再次断裂，必须将转子铁芯的鼠笼条槽修复。

由于鼠笼条槽是在转子铁芯上加工而成的，因此在修复槽口时，应该注意的是，在保证动平衡和尽量减少对铁芯硅钢片间绝缘不被破坏的前提下进行修复，并要保证鼠笼条的安装尺寸，否则会引起电动机功率的降低和转子的局部过热，从
而无法保证电动机运转的稳定性。

参考文献：
[1]吴国沛，任阵，管霖等.《鼠笼异步电动机常见故障的分析与诊断》.华南理工大学学报，1999
[2]董国艳，张春喜，时献江.《笼型异步电动机转子故障诊断技术综述》.中小型电动机，2001
[3]蔡泽祥，俞亮，高爱云.《大型电动机的内部故障诊断与保护方法》.电力自动化设备，2002。