基于電機(jī)起動(dòng)時(shí)間檢測(cè)轉(zhuǎn)子斷條故障的研究

陳 飛，謝文明，黃詩浩

(福建工程學(xué)院 電子電氣與物理學(xué)院，福建 福州 350118)

異步電動(dòng)機(jī)是工業(yè)領(lǐng)域中最常見的電機(jī)類型，是將電能轉(zhuǎn)換為動(dòng)能的核心部件，其作為動(dòng)力系統(tǒng)中關(guān)鍵的一環(huán)，一旦發(fā)生故障，可能會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的崩潰，造成較大的經(jīng)濟(jì)損失甚至是重大的安全事故。而且電機(jī)轉(zhuǎn)子斷條初期的故障特征并不明顯，單根或少數(shù)幾根斷條并不影響電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)運(yùn)行，因此，在日常生產(chǎn)中容易被人們忽視，從而造成重大的財(cái)產(chǎn)損失。如果能夠在故障發(fā)生時(shí)做到對(duì)故障快速檢測(cè)，就能夠減少因電機(jī)突發(fā)故障而造成的損失[1]。因此對(duì)電動(dòng)機(jī)故障的早期檢測(cè)顯得十分重要。

異步電動(dòng)機(jī)的故障類型主要分為：軸承故障，定子繞組故障，轉(zhuǎn)子斷條故障等，占異步電動(dòng)機(jī)故障總數(shù)的97%以上，其中轉(zhuǎn)子斷條故障是最為常見的故障之一[2-4]。目前，對(duì)電機(jī)故障檢測(cè)的研究一般從故障仿真和數(shù)據(jù)分析兩個(gè)階段入手。在故障仿真方法中，傳統(tǒng)的做法是通過人為損壞實(shí)物電機(jī)的方式來模擬電機(jī)故障以獲取定子電流、噪聲等故障參量，比如：對(duì)軸承內(nèi)圈鉆孔模擬軸承故障[5]，對(duì)導(dǎo)條鉆孔模擬斷條故障[6-7]，在定子槽中放置電阻器模擬繞組絕緣故障[8]等。這種以實(shí)物電機(jī)進(jìn)行故障模擬的方法雖然能夠最大程度還原真實(shí)電機(jī)的故障情況，但是該方法是對(duì)電機(jī)展開不可逆的破壞性實(shí)驗(yàn)，以致成本太高。為了降低實(shí)驗(yàn)成本，越來越多的學(xué)者開始借助有限元仿真軟件構(gòu)建電機(jī)仿真模塊，進(jìn)行故障檢測(cè)與診斷研究[9-11]。在數(shù)據(jù)分析方法中，對(duì)于電機(jī)轉(zhuǎn)子斷條故障，通常是對(duì)采集到的定子電流[12-15]、振動(dòng)[16-17]和起動(dòng)時(shí)間[18]等參量進(jìn)行特征提取和分析，據(jù)此判斷電機(jī)轉(zhuǎn)子是否發(fā)生異常。然而，通過定子電流與電機(jī)振動(dòng)參數(shù)進(jìn)行故障檢測(cè)的方法存在以下兩方面的問題：一方面，發(fā)生轉(zhuǎn)子斷條故障時(shí)，定子電流中的故障特征分量為(1±2s)f1，振動(dòng)信號(hào)中的故障特征分量為(f±2s)f1(f1、f分別為基頻、轉(zhuǎn)頻)，由于轉(zhuǎn)差率s在電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)較低，故障特征容易被主頻湮沒[16,19]；另一方面，在暫態(tài)下，電機(jī)的振動(dòng)和定子電流信號(hào)均是交變信號(hào)，受轉(zhuǎn)差率的影響大，該方法不適用于起動(dòng)階段的故障檢測(cè)分析[20]。而電機(jī)起動(dòng)時(shí)間不受轉(zhuǎn)差率的影響，易于通過加裝速度傳感器采集起動(dòng)時(shí)間信號(hào)，不需要經(jīng)過繁瑣的數(shù)字信號(hào)處理和特征提取，有利于在電機(jī)起動(dòng)階段進(jìn)行快速故障預(yù)判。文獻(xiàn)[18]提出了起動(dòng)時(shí)間這個(gè)新的故障特征量，但是尚未展開故障程度與起動(dòng)時(shí)間關(guān)系，以及各配置參數(shù)對(duì)起動(dòng)時(shí)間影響的詳細(xì)討論。

為了克服定子電流和振動(dòng)信號(hào)等方法不適用于電機(jī)起動(dòng)階段的缺點(diǎn)，探索電機(jī)故障與起動(dòng)時(shí)間之間的關(guān)系，本文提出了基于電機(jī)起動(dòng)時(shí)間檢測(cè)轉(zhuǎn)子斷條故障的檢測(cè)方法，構(gòu)建了Y160M-4籠型異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子斷條故障的有限元仿真模型，并進(jìn)行了驗(yàn)證。結(jié)果表明，該方法有助于提高電機(jī)轉(zhuǎn)子斷條早期故障的檢測(cè)能力，是對(duì)以定子電流或振動(dòng)信號(hào)為基礎(chǔ)的電機(jī)轉(zhuǎn)子斷條故障特征分析方法的有效補(bǔ)充。

1 電機(jī)暫態(tài)分析原理

電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩和運(yùn)動(dòng)方程是評(píng)估電機(jī)運(yùn)行性能的重要依據(jù)，也是分析暫態(tài)時(shí)故障電機(jī)運(yùn)行特性的重要方法。

根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程，可以得到以下公式[18]：

(1)

(2)

由式(1)、(2)可得

(3)

式中：Te、TL為電磁轉(zhuǎn)矩和負(fù)載轉(zhuǎn)矩；J為轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；t為時(shí)間；θm為轉(zhuǎn)子機(jī)械角度；ω為機(jī)械角速度。

電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的一般表達(dá)式為[21]：

(4)

(5)

式中：I是電流行矩陣；L為電感系數(shù)矩陣；θR為電角度，即轉(zhuǎn)子位置角；p為電機(jī)的極對(duì)數(shù)。

因?yàn)殡姍C(jī)定子繞組間的互感和自感，轉(zhuǎn)子繞組間的互感和自感都是常數(shù)，與定轉(zhuǎn)子間的位置變化無關(guān)，只有定轉(zhuǎn)子間的互感是與位置θm有關(guān)，因此電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩可以變成：

(6)

式中：IS是定子電流；IR為轉(zhuǎn)子電流。

電機(jī)一旦發(fā)生轉(zhuǎn)子斷條故障(例如導(dǎo)條n)，此時(shí)導(dǎo)條n上無電流通過，導(dǎo)條n所在的回路n相當(dāng)于開路，此時(shí)回路n將與回路n+1組成一個(gè)新的大回路，使得原本從導(dǎo)條n處通過的電流被分流到相鄰的導(dǎo)條上，相鄰導(dǎo)條電流幅值有較大幅度提升，從而導(dǎo)致電機(jī)轉(zhuǎn)子電流的不平衡。不對(duì)稱的轉(zhuǎn)子電流會(huì)產(chǎn)生正向和反向的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。其中，正向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與定子同步旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)共同作用產(chǎn)生正向轉(zhuǎn)矩，反向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)產(chǎn)生反向轉(zhuǎn)矩[22]。反向轉(zhuǎn)矩與電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩不同向，導(dǎo)致電機(jī)有效電磁轉(zhuǎn)矩變小。根據(jù)式(1)可知，在恒轉(zhuǎn)矩運(yùn)行下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速變化與電磁轉(zhuǎn)矩呈正相關(guān)關(guān)系。隨著斷條故障程度的增大，定子電流的不對(duì)稱程度會(huì)隨之增大，從而導(dǎo)致電機(jī)的轉(zhuǎn)速增加變得緩慢，起動(dòng)時(shí)間變長(zhǎng)。

2 模型的構(gòu)建與驗(yàn)證

2.1 模型的構(gòu)建

本文構(gòu)建了Y160M-4電機(jī)有限元模型，相關(guān)參數(shù)：額定功率11 kW，額定電壓380 V，同步轉(zhuǎn)速1 500 r/min，額定轉(zhuǎn)速1 462 r/min，工作環(huán)境溫度75 ℃，繞組采用三角形聯(lián)結(jié)方式，定子槽數(shù)為36，轉(zhuǎn)子槽數(shù)為26，轉(zhuǎn)子導(dǎo)條的材料為銅或鋁，定子鐵心和轉(zhuǎn)子鐵心都采用硅鋼片材料D23_50[23]。

為方便閱讀和分析，對(duì)電機(jī)故障仿真條件進(jìn)行說明，見表1。表中括號(hào)里的數(shù)字為導(dǎo)條的編號(hào)，1-3表示1號(hào)到3號(hào)斷條，位置關(guān)系表示斷條之間的間距關(guān)系。

表1 部分?jǐn)鄺l仿真條件說明Tab.1 Description of simulation conditions for partial broken bars

2.2 模型的驗(yàn)證

在異步電動(dòng)機(jī)正常和故障狀態(tài)下，設(shè)置健康、1根斷條和2根斷條3種電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，并對(duì)磁場(chǎng)分布、電流有效值、三相定子電流波形、轉(zhuǎn)矩波形進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)；通過與現(xiàn)有文獻(xiàn)的研究結(jié)果比對(duì)，驗(yàn)證模型的正確性。

電機(jī)在0.4 s時(shí)的磁場(chǎng)分布如圖1所示。圖中箭頭所指位置表示斷條故障。由圖1可以看出：轉(zhuǎn)子斷條時(shí)的磁力線分布情況與電機(jī)正常時(shí)有明顯的區(qū)別，各導(dǎo)條均健康時(shí)的電機(jī)磁力線是對(duì)稱分布的。當(dāng)9號(hào)導(dǎo)條發(fā)生斷條故障后，與之相鄰的導(dǎo)條電流大幅增大，斷條周邊的磁力線密度變大，電機(jī)的磁通密度平衡被打破，并在斷條附近出現(xiàn)飽和現(xiàn)象。隨著斷條數(shù)量增多，電機(jī)磁通密度分布的不平衡性會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大。

圖1 磁場(chǎng)分布Fig.1 Magnetic field distribution

圖2 電流有效值Fig.2 Effective value of current

電流有效值如圖2所示。由圖2可以看出：在健康電機(jī)中，各導(dǎo)條電流幅值基本一致，并且相距一對(duì)極距的兩根導(dǎo)條電流幅值相等(圖2(a)圖中箭頭所指)；(b)和(c)圖中，發(fā)生斷條故障后的導(dǎo)條電流分布不再均衡，與斷條相鄰的導(dǎo)條電流幅值隨著連續(xù)斷條數(shù)量的增多而增大。在實(shí)際生產(chǎn)中，受熱應(yīng)力和磁應(yīng)力等影響，很大可能會(huì)發(fā)生新的斷條故障。

圖3 三相定子電流波形Fig.3 Three-phase stator current waveform

圖4 轉(zhuǎn)矩波形Fig.4 Torque waveform

三相定子電流波形、轉(zhuǎn)矩波形分別如圖3、圖4所示。由圖3和圖4中(a)可知，導(dǎo)條無故障時(shí)，穩(wěn)定后的定子電流三相平衡，轉(zhuǎn)矩在額定負(fù)載下平穩(wěn)運(yùn)行。由圖3和圖4中(b)、(c)可知：穩(wěn)定后的定子電流出現(xiàn)周期性的波動(dòng)，并隨著故障程度的加大，曲線脈動(dòng)的幅度也隨著增大，轉(zhuǎn)矩曲線也存在類似的波動(dòng)情況，并且幅值相對(duì)于無故障時(shí)存在一定的惡化現(xiàn)象[24]。

考慮到電機(jī)型號(hào)和故障程度的不同，不同實(shí)驗(yàn)獲得的電氣量幅值是不同的，但是故障下相關(guān)電氣量的變化規(guī)律具有一定的一致性。圖2與文獻(xiàn)[25]中的圖3和圖4相比，除了轉(zhuǎn)子導(dǎo)條電流幅值不同外，各導(dǎo)條電流的變化規(guī)律一致。無故障時(shí)，相距一對(duì)極距的2根導(dǎo)條電流幅值一樣；故障時(shí)，與斷條相鄰的2根導(dǎo)條電流值最大，并且其值隨著斷條數(shù)量的增加而增大。圖3與文獻(xiàn)[22]中的圖1相比，除了起動(dòng)階段的波動(dòng)程度不同外，在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后，故障時(shí)的定子電流波形相比于電機(jī)健康時(shí)呈現(xiàn)出周期性的變化。圖4與文獻(xiàn)[22，24]中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果相比，在電機(jī)狀態(tài)達(dá)到穩(wěn)態(tài)后，故障狀態(tài)下的電機(jī)轉(zhuǎn)矩也呈現(xiàn)周期性波動(dòng)，并且隨著相鄰斷條數(shù)量的增加，轉(zhuǎn)矩曲線的波動(dòng)情況會(huì)更大。值得注意的是，本文圖4中的電機(jī)轉(zhuǎn)矩曲線橫坐標(biāo)跨度為3.5 s，分別是文獻(xiàn)[22]和文獻(xiàn)[24]中對(duì)應(yīng)跨度的3.5倍和7倍，因此本文轉(zhuǎn)矩曲線的周期性變化不明顯。經(jīng)與文獻(xiàn)[22，24-25]中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比對(duì)，驗(yàn)證了模型的有效性。

3 結(jié)果與討論

3.1 電機(jī)轉(zhuǎn)子斷條故障對(duì)起動(dòng)時(shí)間的影響

3.1.1故障數(shù)量

經(jīng)驗(yàn)豐富的工程師可以憑借電機(jī)的起動(dòng)時(shí)間初步判斷電機(jī)轉(zhuǎn)子導(dǎo)條是否出現(xiàn)異常，但是電機(jī)轉(zhuǎn)子斷條故障程度與電機(jī)起動(dòng)時(shí)間之間的關(guān)系如何，以及哪種類型故障對(duì)起動(dòng)時(shí)間的影響更大，目前相關(guān)研究還比較少。以鑄鋁轉(zhuǎn)子電機(jī)為仿真對(duì)象，分析電機(jī)轉(zhuǎn)子斷條故障對(duì)電機(jī)起動(dòng)時(shí)間的影響。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，設(shè)置電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到90%額定轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的時(shí)間為電機(jī)的起動(dòng)時(shí)間，部分仿真結(jié)果如圖5所示。由圖5可知，隨著連續(xù)斷條數(shù)量的增大，轉(zhuǎn)速曲線向右移動(dòng)，起動(dòng)時(shí)間也隨之增大，這與式(1)分析結(jié)果一致。隨著斷條數(shù)量的增加，與斷條相鄰的導(dǎo)條組成的新回路就越大，定子電流的不平衡度就越大，從而導(dǎo)致電磁轉(zhuǎn)矩變小，根據(jù)式(1)可知，在額定負(fù)載的情況下，電機(jī)的起動(dòng)時(shí)間就更大。此外，研究發(fā)現(xiàn)4根斷條(1、7、14、20)這組仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)應(yīng)的起動(dòng)時(shí)間比連續(xù)4根斷條故障時(shí)的起動(dòng)時(shí)間小，甚至比連續(xù)3根斷條時(shí)還小，這是因?yàn)檫@4根斷條相互間距90°，由故障導(dǎo)致的磁通分布不平衡會(huì)得到一定程度的緩解。

圖5 電機(jī)轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子斷條故障的關(guān)系Fig.5 Relationship between motor speed and broken rotor bars fault

為了更全面地研究起動(dòng)時(shí)間與斷條數(shù)量之間的關(guān)系，設(shè)置了1根、2根、3根和4根斷條4組連續(xù)斷條仿真實(shí)驗(yàn)，具體仿真結(jié)果如圖6所示。從圖6可以看出：1根斷條故障的起動(dòng)時(shí)間與電機(jī)健康時(shí)相比相差5.6%，相差較?。坏菑?根斷條故障開始，隨著斷條數(shù)量的增加，起動(dòng)時(shí)間也隨之增大，并在4根連續(xù)斷條時(shí)達(dá)到最大值。此時(shí)電機(jī)的起動(dòng)時(shí)間(231.07 ms)為電機(jī)健康時(shí)起動(dòng)時(shí)間(145.06 ms)的1.593倍。此外，對(duì)于故障程度嚴(yán)重的相鄰斷條故障，隨著斷條數(shù)量從1根依次增加到4根，起動(dòng)時(shí)間分別以4.48%、19.26%和21.10%的速率增加。

圖6 電機(jī)起動(dòng)時(shí)間與轉(zhuǎn)子斷條數(shù)量的關(guān)系Fig.6 Relationship between motor starting time and the number of broken rotor bars

3.1.2故障位置

圖7是不同斷條位置對(duì)應(yīng)的起動(dòng)時(shí)間與電機(jī)健康時(shí)的對(duì)比情況。由圖7(a)可知，1根斷條對(duì)應(yīng)的起動(dòng)時(shí)間與電機(jī)健康時(shí)相比，相差較小，是電機(jī)健康時(shí)的1.056倍。由圖7(b)可知：不同位置的2根斷條故障對(duì)應(yīng)的起動(dòng)時(shí)間與電機(jī)健康時(shí)相比，2根斷條5種不同角度故障的平均起動(dòng)時(shí)間是電機(jī)健康時(shí)的1.088倍；2根斷條時(shí)，導(dǎo)條不同位置對(duì)應(yīng)的起動(dòng)時(shí)間波動(dòng)較小，電機(jī)的起動(dòng)時(shí)間相比于電機(jī)健康時(shí)增加了7.5%～10.3%。2根斷條時(shí)的起動(dòng)時(shí)間仍是轉(zhuǎn)子斷條故障檢測(cè)的有效特征。

3根與4根斷條情況下的起動(dòng)時(shí)間與電機(jī)健康時(shí)對(duì)比明顯。由圖7(c)可知：3根斷條故障在30°、45°、60°和90°這4個(gè)特殊位置對(duì)應(yīng)的起動(dòng)時(shí)間略有波動(dòng)，其平均起動(dòng)時(shí)間為162.98 ms，標(biāo)準(zhǔn)差為2.39，各起動(dòng)時(shí)間幅值差異較小，起動(dòng)時(shí)間在斷條相互間隔15°時(shí)取得最大值(190.81 ms)，是電機(jī)健康時(shí)的1.315倍。圖7(d)具有和圖7(c)相同的變化趨勢(shì)，其起動(dòng)時(shí)間的峰值是電機(jī)健康時(shí)的1.593倍。

圖7 電機(jī)起動(dòng)時(shí)間與轉(zhuǎn)子斷條故障位置的關(guān)系Fig.7 Relationship between motor starting time and the fault location of broken rotor bars

當(dāng)轉(zhuǎn)子斷條數(shù)量一定時(shí)，僅討論轉(zhuǎn)子斷條故障位置分布情況對(duì)電機(jī)起動(dòng)時(shí)間的影響，從圖7可知：斷條間距為30°、45°、60°和90°這4個(gè)角度仿真實(shí)驗(yàn)的起動(dòng)時(shí)間波動(dòng)較小，2根、3根、4根斷條故障下這4個(gè)角度仿真實(shí)驗(yàn)的平均起動(dòng)時(shí)間分別是電機(jī)健康時(shí)的1.084、1.124和1.170倍，這4個(gè)角度對(duì)電機(jī)起動(dòng)時(shí)間影響較小。轉(zhuǎn)子斷條間距為15°(相鄰)時(shí)的起動(dòng)時(shí)間是5組間距不同角度實(shí)驗(yàn)中最大的，分別為電機(jī)健康時(shí)的1.103倍、1.315倍和1.593倍。若僅討論轉(zhuǎn)子斷條數(shù)量對(duì)電機(jī)起動(dòng)時(shí)間的影響，在2根、3根、4根斷條故障下，30°、45°、60°和90°這4組仿真實(shí)驗(yàn)的平均起動(dòng)時(shí)間隨著斷條數(shù)量的增加以4%的速率遞增。

總之，在斷條數(shù)量一致的情況下，電機(jī)的起動(dòng)時(shí)間對(duì)相鄰連續(xù)斷條故障最敏感，此時(shí)的起動(dòng)時(shí)間幅值最大；而在斷條位置一定的情況下，電機(jī)的起動(dòng)時(shí)間與斷條數(shù)量呈正相關(guān)關(guān)系，斷條數(shù)量越多，起動(dòng)時(shí)間增長(zhǎng)越快。不論是從斷條數(shù)量還是從斷條位置的角度分析，電機(jī)的起動(dòng)時(shí)間都是轉(zhuǎn)子斷條故障檢測(cè)的有效特征。

3.2 不同材料對(duì)起動(dòng)時(shí)間的影響

為了進(jìn)一步研究其他材料的電機(jī)是否也具有同樣的規(guī)律，在鑄鋁電機(jī)的基礎(chǔ)上，仿真了鑄銅電機(jī)轉(zhuǎn)子斷條故障與起動(dòng)時(shí)間的關(guān)系，結(jié)果如圖8所示。由圖8(a)可知：1根斷條時(shí)，鑄銅電機(jī)和鑄鋁電機(jī)的起動(dòng)時(shí)間都比電機(jī)健康時(shí)要長(zhǎng)一些，并且兩種電機(jī)對(duì)應(yīng)的起動(dòng)時(shí)間都約是電機(jī)健康時(shí)的1.05倍。由圖8(b)可知：不管是鑄鋁電機(jī)還是鑄銅電機(jī)，除了相鄰故障外，其余相隔不同角度的2根斷條故障對(duì)應(yīng)的起動(dòng)時(shí)間幅值相差小，其平均起動(dòng)時(shí)間分別為157.22 ms和190.30 ms，都比對(duì)應(yīng)電機(jī)健康時(shí)的起動(dòng)時(shí)間要大。

對(duì)比圖8(c)和圖8(d)可知，隨著斷條數(shù)量的增加，電機(jī)的起動(dòng)時(shí)間逐漸增加，其峰值時(shí)間與電機(jī)健康時(shí)的比值也隨之增大。在圖8(c)中，鑄銅電機(jī)與鑄鋁電機(jī)一樣，在斷條間隔15°時(shí)起動(dòng)時(shí)間取得最大值，峰值與電機(jī)健康時(shí)的比值達(dá)到1.383。圖8(d)中鑄銅電機(jī)起動(dòng)時(shí)間的變化情況與鑄鋁電機(jī)相似，唯一的區(qū)別在于，相同故障下，鑄銅電機(jī)的起動(dòng)時(shí)間對(duì)故障會(huì)更敏感一些，起動(dòng)時(shí)間最大值與最小值之比達(dá)到1.622，高于鑄鋁電機(jī)的1.593。在該實(shí)驗(yàn)條件下，鑄鋁電機(jī)故障時(shí)的起動(dòng)時(shí)間與電機(jī)健康時(shí)的比值為1.112～1.593，鑄銅電機(jī)對(duì)應(yīng)的比值為1.210～1.622，兩類電機(jī)都在連續(xù)4根斷條故障時(shí)取得最大比值。此時(shí)，不管是鑄銅電機(jī)還是鑄鋁電機(jī)，4根斷條時(shí)的最大起動(dòng)時(shí)間相比于電機(jī)健康時(shí)，有62.2%和59.3%的增幅。對(duì)于大型電機(jī)而言，增幅會(huì)更大，斷條故障引起的起動(dòng)時(shí)間的延長(zhǎng)效應(yīng)會(huì)更明顯。

圖8 電機(jī)起動(dòng)時(shí)間與轉(zhuǎn)子斷條故障、導(dǎo)條材料之間的關(guān)系Fig.8 Relationship between motor starting time, broken rotor bars fault and the material of the bars

4 結(jié)語

本文系統(tǒng)研究了轉(zhuǎn)子斷條故障與起動(dòng)時(shí)間之間的關(guān)系，通過有限元軟件構(gòu)建了異步電動(dòng)機(jī)仿真模型，進(jìn)行了不同故障條件下的轉(zhuǎn)子斷條仿真實(shí)驗(yàn)，并得出如下結(jié)論：

1)起動(dòng)時(shí)間與斷條數(shù)量有關(guān)。在相鄰斷條故障情況下，隨著斷條數(shù)量從1根依次增加到4根，對(duì)應(yīng)的起動(dòng)時(shí)間分別以4.48%、19.26%和21.10%的速率在增大。

2)起動(dòng)時(shí)間與斷條位置有關(guān)。起動(dòng)時(shí)間對(duì)連續(xù)斷條故障最敏感，相鄰斷條故障下，1至4根斷條對(duì)應(yīng)的起動(dòng)時(shí)間分別是電機(jī)健康時(shí)的1.056、1.103、1.315和1.593倍。除連續(xù)斷條之外的其余4個(gè)不同位置仿真實(shí)驗(yàn)，在2根、3根和4根斷條時(shí)的平均起動(dòng)時(shí)間是電機(jī)健康時(shí)的1.084、1.124和1.170倍，這4個(gè)斷條位置對(duì)電機(jī)起動(dòng)時(shí)間影響較小，但還是滿足斷條數(shù)量對(duì)起動(dòng)時(shí)間的影響規(guī)律。

3)鑄銅電機(jī)的起動(dòng)時(shí)間具有和鑄鋁電機(jī)相同的變化規(guī)律，并且鑄銅電機(jī)起動(dòng)時(shí)間幅值更高，對(duì)斷條故障更敏感。電機(jī)起動(dòng)時(shí)間仍是轉(zhuǎn)子斷條故障檢測(cè)的有效特征。