电动机技术试验报告..

电动机在线检测软件的技术试验报告

软件部 杨艳

1．本项目的应用范围和主要功能

1.1 应用范围：电力、煤炭、化工、钢铁、水泥等系统的大型鼠笼式异步电动机。在工业现场，对

不同功率大小的交流电动机处理方式是完全不相同的。对于小功率电机，如几百千瓦以下的，一般只作为一个元件，一般不搞在线监测，也很少进行离线测试，有故障就更换，有备用机。对于大型电动机，如发电厂的吸风机、球磨机，功率为2000Kw ，或更大，才有价值进行在线监测和离线监测，这种电机也有备用机，监测的程度远不如发电机。

1.2 主要功能：对连续运行的异步电动机进行实时监测，对运行工况进行实时分析，在故障发生之

前进行异常预警，避免发生事故及事故的扩大化，同时能够识别故障的性质，并提出相应的措施，对于异步电动机的维修提出了指导性的建议。在非连续运行情况下，根据对启动过程的分析，可出具试验报告。 在发生真正故障时，还能够启动故障滤波，对故障时候的电气量进行记录，作故障后分析，出具分析报告。

2．本项目的主要技术条件

2.1 在线检测可判定的故障类型、判断原理

2.1.1 转子断条故障

危害：笼型异步电动机转子断条故障将导致电机出力下降、运行性能恶化。加之转子断条故障发生

概率高达10%，因此必须对其进行检测，特别是进行早期检测。早期检测系统可以在故障发展初期及时告警，有助于现场组织、安排维修，避免事故停机，具有显著经济效益。

判断原理：笼型异步电动机发生转子断条故障后，在其定子电流中将出现)3,2,1( , )21(1=±=k f ks f 频率

的附加电流分量（s 为转差率，1f 为供电频率）。由于定子电流信号易于采集，可以对定子电流信号进行频谱分析，提取故障频率分量幅值与基频分量幅值，以两者之比作为故障特征，设定检测阈值（一般设定为1-2%），超过此阈值则认为存在转子断条故障。

2.1.2 气隙偏心故障

危害：转子和定子由于装配、运行时振动和非平衡的径向此拉力，将会导致电动机的气隙偏心。气

隙偏心，将会使气隙磁通畸变，振动增大。

判断原理：当气隙存在偏心时，气隙磁导沿圆周方向出现不均匀，从而在定子电流中感应出谐波分

量。理论分析和试验表明，这些特征谐波分量的频率为：]/)1)([(1w d n p s n R f f ±-±=，其中1f 为外加电源的频率；R 为鼠笼式异步电动机的转子导条数；p 为电机的极对数；s 为转差率；静态偏心时，0=d n ；动态偏心时，1=d n ；...5,3,1=w n 。当转子齿数较大时，这

些特征谐波频率较高，从而对数据采集及处理系统的采样频率、运算速度和内存要求较高。实际上，另有一低频分量对动态偏心的检测非常有效，其频率为：r f f f ±=1，其中r f 为旋转频率，其大小为p s f /)1(1-。同样，对定子电流信号进行频谱分析，将正常时候

的频谱与故障时候的频谱进行比较，观察特征频率处的频谱幅值以确定是否存在偏心故障。

2.1.3 定子绕组对称电气故障

危害：对于电动机的对称电气故障，如过载、堵转、对称短路等，其危害主要是由于电流增大而引

起的热效应。 判断原理：此类故障可以通过过流程度来反映。当出现过载故障时，电动机二次侧电流n I I )5~2.1(=；

当出现堵转故障时，二次侧电流n I I )7~5(=；当出现对称短路故障时，二次侧电流n I I )10~8(=，其中n I 为电动机二次侧额定电流。 2.1.4 定子绕组不对称电气故障

危害：不对称故障引起的负序电流分量会给电动机的安全运行带来极大危害。当出现负序电流时，

定子中会产生与正序电流形成的转速相同但方向相反的旋转磁势，这样，电动机转子便以2倍于同步转速切割磁场，转子中会产生危险的高压；同时，此负序电流将在转子中产生2倍于工频的电流，使转子附加发热大大增加，严重危及电动机的安全运行，极易形成事故，造成电动机严重损坏。因此，电动机不对称故障运行故障的早期诊断是非常重要的。

判断原理：电动机的不对称故障较多，如断相、不平衡、匝间短路、单相接地等。大多数不对称故

障一般不出现显著的电流幅值变化，因此通过过电流程度常常不能及时正确判断。电动机正常运行时，其三相负荷基本对称，负序和零序电流分量基本为零，而一旦发生不对称故障时，根据对称分量法，电动机的电流可以分解为正序、负序和零序电流分量，此时，电动机负序和零序电流分量将会大幅度增加。所以可以通过负序电流分量的大小来检测电动机定子绕组不对称故障。

2.2 启动过程分析可判定的故障类型、判断原理 2.2.1 异步电动机起动过程分析

当电动机处于停机状态，可以对起动过程进行分析。

判断原理：异步电动机起动过程中，转差率s 是在不断变化的，由转子不对称所感应的

)3,2,1( , )21(1=±=k f ks f 分量的频率也是不断变化的。把整个起动时间分成若干时段，然

后分别对每个时段的定子电流信号作谱分析，除起动开始和起动结束的两个时段外，其他时段内特征频率可以远离1f 频率分量，对谱分析的分辨率要求大大降低；在起动过程

的大多数时段内，特征频率分量的电流大小相对于基频分量电流之比值比稳定时大，故障特征量信息丰富，诊断灵敏度高；异步电动机拖动负载起动过程中，始终满足电磁转矩大于负载转矩，因此不会出现稳定运行时那样的摆动。综上，异步电动机起动电流时变频谱诊断转子断条故障能够克服稳态运行时转差率很小，从而特征频率分量与基频分量接近；故障频率分量电流与基频分量电流之比很小；电动机拖动的负载不平稳，从而使定子电流发生畸变等不足。因此，对起动时的定子电流信号，进行时变频谱分析，起动初始时，故障特征频率与基频靠近，随着转速的增加，即转差率s 的减小，故障特征频率逐渐远离基频，当s 接近0.5时，转子断条故障分量幅值减小，当s 小于0.5之后，故障特征分量幅值又开始增加，且随着s 的进一步减小，特征分量频率又逐渐向基频靠近，当起动快结束时，即s 较小时，故障特征分量频率又与基频靠得很近，且幅值又变小。若从时变频谱图上观察到符合上述变化规律的频谱峰群，则可确诊有故障。

2.2.2 故障后分析

判断原理：在发生真正故障时，起动故障滤波，对故障时候的电气量进行记录，利用上述故障判断

原理，作故障后分析，出具分析报告。

2.3 本项目不能进行分析和诊断的故障类型

2.3.1 定子铁心故障

定子铁心故障多由各种原因造成的片间短路引起。其典型的故障征兆为：出现局部过热、造成绝缘热解，分解物产生烟雾和颗粒。