感应电机电气故障机理
感应电机电气故障机理【1】
【摘 要】感应电机电气类故障主要由电机结构以及工作环境决定。
感应电机电气故障发生的频率表明，电气故障主要来源于轴承和定子绕组，很多故障对电机运行状况有着高度的敏感性，如：绝缘损坏，局部放电，火花;热效应：铜损，缺乏整体或局部冷却等，以下，对感应电机电气故障机理进行具体分析。
【关键词】感应电机 电气故障 类型 分析
电气故障，在定子或转子上发生，可以有不同的故障类型和不同的故障原因。
如电源电压不平衡或者是频繁起动都会导致定子线圈过热，最后导致绝缘子的局部破坏。
同样的，施加在导体上的电动阻力会导致机械振动，也可能使绝缘恶化。
1 定子故障
定子故障是最常见故障之一。
本文主要分析定子铁芯、定子绕组匝间短路和绕组绝缘三类故障的形成原因。
1.1 铁芯故障
感应电机定子铁芯是用硅钢片夹紧铁芯固定在定子支架上，正因为这个结构，如果损伤了定子铁芯，就会形成定子片间短路。
定子出现高温、大环路电流、绝缘材料高温分解现象。
流过铁芯短路位置的电流不断增大。
大到一定程度，定子铁芯硅钢片就会被熔化，导致定子槽中绝缘绕组被烧化，此时必须更换线圈。
此种故障产生原因多为制造缺陷，电机剧烈振动导致的电机定子铁芯片间绝缘损坏也是故障诱因之一。
(1)铁芯多点接地故障。
当铁芯多点接地发生故障后，会伴随很多奇特的现象，如：绕组过热、绝缘损耗和老化、接地线路被烧断、铁损增大、铁芯过热。
(2)铁芯过热故障。
铁芯过热故障的原因通常包括：不正常接地、绝缘损坏、定子绕组匝间短路、过载运行等。
铁芯过热多发生在夹件与铁芯上。
1.2 绕组绝缘故障
感应电机的故障往往是由于绕组绝缘空洞或混有杂质等缺陷造成的。
绝缘缺陷主要是生产过程中造成的，因此电机的运行状况与使用寿命与生产工艺息息相关。
绝缘缺陷和绝缘老化导致的绝缘故障都表现为电机内活动性放电量增加，通过一些检测实验可以获得绝缘老化的一些数据参数，通过分析能够判断绝缘老化的程度和原因。
1.3 定子绕组匝间短路故障
定子绕组匝间短路也是感应电机常见故障之一，故障原因主要有生产工艺不合格和不正常的运行两个方面引起。
1.3.1 定子故障的发展过程
感应电机定子故障的最初阶段，电机仍可正常运行，功率、电压及震动也都在正常范围之内，但此时电机定子磁场已发生改变，定子电流中可以检测到故障特征。
这里我们采用了定子电流法诊断感应电机定子故障，随着故障的恶化，电机正常运行受到影响，震动加剧，输出转矩波动，电机工况异常，故障即将爆发。
再进一步发展，更多的绝缘被损坏使得短路故障加剧，剧烈震动，定子温升剧增使得电机无法正常运行。
1.3.2 定子故障后果
(1)定子匝间短路引起电机机身和机座振动。
感应电机一旦发生故障，电机机身和各零部件都会出现振动，振幅超过临界值会造成定转子的摩擦，严重时会损毁电机，甚至危害人身安全。
感应电机发生匝间短路故障时，电机机身发热造成的不对称以及点磁拉力不平衡都会引起电机振动。
(2)短路故障引起各电气量变化。
定子绕组匝间短路致使绝缘损坏，相当于定子绕组中有效匝数减少，电磁场发生变化进而导致电机运行电气量(转速、转矩、电压、电流，磁链等)的改变，定子电流中表现为偶次谐波分量的出现以及奇次谐波含量的变化，该变化会随着故障程度的加深而不断演化。
感应电机的气隙磁场受励磁电压的影响，与负载是否对称无关。
定子状态健康的电机，当电源三相对称时，气隙磁场完全对称，定子绕组不出现偶次谐波分量。
匝间短路后，气隙磁场不再对称，会导致偶次谐波成分(如2次谐波)的出现。
定子绕组与电源接通，定子绕组中流过的对称的三相电流，基波旋转磁动势也相应地会在气隙中建立起来，其同步转速由电网频率和电机绕组极对数共同决定，即：
鼠笼式感应电机中，转子导体切割定子旋转磁场在转子绕组中感应出电动势再感生出相应的电流。
转子转速 与定子同步转速不等，转差率s= -/，当感应电机负载发生变化时，电机的转速和输出转矩随负载变化而波动。
感应电机匝间短路后定子绕组部分会出现局部过热，电流不再三相对称，转矩变小，噪声和振动加剧。
(3)定子绕组匝间短路故障的机理分析。
感应电机定子绕组三相存在120°的相位差，并且在时间和空间上对称分布，该结构的作用是既可以使由三相对称电流产生的气隙磁场达到基本正弦的要求，又可以使各个线圈磁势中的低次谐波与间谐波(分数次)相互抵消。
处于正常状态的感应电机，定子电流中的主要频率分量是基波分量。
但是考虑到制造工艺不合格、材料不达标、安装不正规等原因，实际的感应电机三相绕组不可能完全对称，这会导致定子电流中2 次或3 次谐波成分的出现。
电机定子绕组发生短路故障时，三相绕组不对称性加剧，表现在气隙磁场中为较强的空间谐波，在定子电流中则是较强的时间谐波成分，三相绕组不对称性的加剧使得定子电流中奇次和偶次谐波增强。
定子绕组匝间短路故障会改变原有谐波成分的能量，并且其它频率的谐波成分也会增多。
定子绕组发生匝间短路故障后在绕组电感中也表现出变化，根据磁链与电流的相互关系可以给出定、转子中的感应电流的变化。
定子电流谐波在定、转子之间通过电磁感应不断影响得到定子电流特征谐波的过程如下：
定子转子定子转子
上式中，并且是相对角速度，(和分别是转差率和电源基波频率)
定子电流的谐波成分如下式
由以上推导可知，正常状态电机中，定子电流谐波成分如上式所示，此时绕组三相对称，电流中只有单一的谐波成分。
定子故障后，各次谐波幅值发生变化，绕组的不对称性使高次谐波增加。
对定子绕组匝间断路故障的分析还可以从磁动势的角度进行分析。
基于磁动势原理分析推导得到的定子绕组故障时定子电流中的特征谐波为： 为转自槽数，是电机极对数，为电源基。
2 转子故障
转子温度过高，离心负荷过大，及转子制造过程中的缺陷(间隙和气泡以及不合格的铸件浇铸和金属焊接技术)都会导致转子故障。
离心负荷过大在电机启动过程中最为常见，生产制造缺陷则会导致导体电阻过高，从而引起过热。
高温使得鼠笼结构的强度降低，进而可能出现鼠笼条裂纹。
笼条超出转子槽范围便失去转子铁芯的支撑，长时间的高温运行也会引起端环和笼条变形，并最终导致端环与鼠笼条断裂。
电机转速改变时，笼与端环间必然有力的作用;电机负荷无规律的变动导致的转速波动以及电机频繁的启制动过程造成的磁场变化都会增加笼条和端环故障的发生几率。
转子故障征兆一般表现为转速变化，电机振动，定子电流三相不平衡，负序成分的产生及断电残压。
电机在高速运行过程中会导致转子本体故障。
转子本体故障一般表现为：轴弯曲、不平衡、轴裂纹、不对中以及偏心等。
转子不平衡时，转子质量偏心，会产生同转频的周期性激振力导致电机振动增大。
电机转子在加工过程中留下的伤痕在运行中，会出现裂纹，严重时会导致转子断裂的灾难性故障。
偏心分为静态偏心和动态偏心以及混合性偏心，转子发生偏心故障时会产生不平衡磁拉力，从而引起振动。
转子温度分布不均使得转子发生热弯曲时，振动加剧，会导致定转子之间发生碰摩，最终损坏电机。
2.1 转子断条故障分析
转子断条故障发生后，定、转子三相电流都不对称，电机转矩失衡，其脉动成分也增加。
断裂的导条阻抗无穷大，导条的电流为零，电机转矩总量会减小并且不对称的转子电流气隙的磁场发生变化，形成反向旋转的磁场，因而电磁转矩也为反向，正负转矩相互抵消，电机的有效转矩就相应的减少。
这种故障会引起电流和电磁转矩的振荡，在转动惯量较大时(恒定速度)，该故障现象更引人注目。
当转动惯性较小时，振荡发生在机械转速和定子电流幅值上。
断条发生后，通入三相电流以后，启动时间明显延长。
随着断条根数的增加，转矩也在变小，脉动成分增加，波动性变大。
转子故障后如果电机继续运行，与断条相邻的笼条和与断条空间位置对称的导条电流会突增，导条温度也会急剧升高，断条相邻和相对笼条受到更大的应力，更易断裂。
发生断条后，很多电气量都或多或少发生相应的变化。
电机起动时间变长，有效力矩减小，转差变大，电机振动和噪声增强，定子电流波动，电机局部升温。
2.2 端环断裂故障分析
环形截面断裂故障发生频率可以与断条故障相比较。
这些断裂是由于浇铸时的气泡或由于导条与环之间张力的不同造成，尤其是在短路环比转子导条产生更大的电流。
环的生产尺寸不合格，再加上恶劣的运行环境以及过负荷运行，都会造成断裂。
一般情况下，一根断条故障不会造成机器关闭，因为穿过断条的电流分布在相邻的导条。
然而断裂的导条过载或者是断条进一步增加就会导致停机。
3 结语
感应电机电气故障有属于机械结构导致的故障，有定、转子等元器件故障，物理成因是感应电机故障主要表现形式。
常规故障经过分析和检测后，均可在使用中最大程度的避免故障发生。
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发电机电气故障智能诊断机理【2】
摘 要：发电机作为各种机械的电力来源，为其正常发挥功用提供保障，是各行各业工作稳定性的重要基础，起着不可或缺的作用。
随着经济的发展，各种机械对电力的要求也在逐渐增大，为了满足电力要求，发电机组的规模也在不断增加，发电机组的运作变得复杂，一旦出现问题，靠人力诊断检测需要耗费大量的时间，会降低工作效率，且长时间的缺电会使各种电器无法投入工作，给企业带来经济损失。
将计算机技术与发电机故障诊断相结合，既促进了发电机智能化诊断的进程，又提高了故障诊断的效率，为发电机的稳定输出电力提供了良好的保障。
本研究对发电机电气故障的智能诊断进行分析，掌握其智能诊断的工作机理，为其稳定的工作奠定基础。
关键词：发电机;电气故障;智能诊断
前言
发电机在我国的电力系统中占据着重要的地位，是保证电力能够满足使用要求的关键所在。
由于发电机组的日益庞大，其发生电气故障的概率也在逐渐的`上升，对电力系统的安全性和稳定性会造成隐患，给人们的日常生活带来不便，影响我国的经济发展。
目前，我国虽然对电力系统的故障智能诊断有了较为深入的研究和进展，但是对发电机还没有引起充分的重视，发电机电气故障智能诊断的研究还不够，这样使得发电机发生故障时，不能及时的发现，可能会导致故障的进一步恶化，对故障的诊断效率也不高，可能会造成恶性事故的发生。
因此，对发电机的故障智能诊断进行研究和发展，对保证电力系统的可靠运转有着重要的意义。
1 发电机电气故障智能诊断系统的控制概述
1.1 发电机故障智能诊断系统的功能
发电机故障只能诊断系统能够对发电机各个部位产生的故障及时的发现，减少了由人工一一排查故障部位的时间，在减少故障时间的同时，也能够阻止故障的进一步恶化。
智能诊断系统在发现故障部位时，能够对故障部位产生的可能原因进行分析，进而对维护人员的检修程序给予最佳方案，帮助技术人员以效率最高的故障排除方法对发电机电气系统的各种常见故障及疑难故障进行修理，极大的提高了发电机故障排除的效率，从根本上维护了我国电力系统的安全性和稳定性。
发电机智能诊断系统是集合了故障诊断专家的实战经验和丰富的诊断知识，对发电机的故障诊断具有极高的诊断效率，在实际操作中发挥着重要的作用，能够快速的找到故障部位并且提供有效的检修方法，还可以对发电机的故障进行模拟训练，对技术人员的故障检修流程进行指导，帮助技术人员对维修技术和工艺进行掌握，以便于在真正发生故障时，工作人员能够高效的进行故障排除，减少发电机故障造成的经济损失。
发电机的运作设计图和运作方式都各有不同，不同的发电机组在发生故障时的故障排查方式和解决方案都会有所更改，这对于技术人员的发电机故障修理具有极高的技术性要求，为了减轻检修人员的工作强度，智能诊断系统可以收集各种类型的发电机组运作原理、易发故障部位、使用维护说明书等资料，有利于工作人员在故障排除时，及时的查阅到相关基础资料，提高技术人员对发电机组的了解程度，提高故障排除效率。
1.2 智能诊断系统的重要组成部分
发电机电气故障智能诊断系统是与计算机技术相结合，将高新技术运用到故障诊断中，有效的提高了故障诊断效率。
系统是以计算机C语言为核心，与相关的测控专业工具相结合，实现对发电机组工作性能进行检测，由相关的诊断模块测试发电机工作状态是否正常，一旦发现问题，通过C语言编程的诊断程序，快速判断故障部位，并且找到可能导致故障的原因，指导技术工人正确的对发电机组进行维修工作。
智能诊断系统中，全面覆盖了发电机容易发生的各种故障和导致故障的原因，对发电机组的正常开关机等操作都有详细的记录，在工作人员进行相关的操作时，方便其进行快速的查询，保证维修时操作的规范性，能够有效的避免由于人工失误引起的二次事故。
智能检�y系统不仅限于对发电机组是否故障进行检测，还可以按照技术要求测定发电机组的相关数据的测量，方便技术人员及时掌握发电机的工作状态。
1.3 智能诊断系统的运行特点
智能诊断系统具有很高的智能性，是将计算机技术、人工智能技术、电子技术等高新技术有机结合形成的智能系统，将大部分的发电机组型号、运行特点、操作规范等都涵盖在内，能够对机组各电器总成的电流、电压等参数实时检测，预防发电机发生故障，并且能够提供一套正确高效的解决方法。
智能系统知识库收集了电气故障诊断专家的诊断经验和专业知识，将其运用到实际的故障诊断和排除上，实现理论知识与实践相结合，通过与技术工人之间的配合，来时刻保证发电组正常的工作。
智能诊断系统的功能强大，对发电机的正常运转发挥着不可替代的作用，操作简便易上手，对于操作方法还不够娴熟的技术工人，操作界面有详细的提示信息，通过文字、图片、声音等传播载体，将发电机组的相关信息详尽的进行显示，方便技术工人的查询、操作、学习。
2 发电机电气故障智能诊断系统的机理分析
2.1 模糊理论的建立
为了让智能诊断系统在发现发电机组发生故障，能够尽快的找到故障原因，并且对故障部位进行提示，提出有效的故障检修方法，要正确的处理故障部位与故障原因之间的关系。
因为发电机的某一故障可能是由于多方面的因素导致，也就是说，会有多种原因造成这一故障，而且随着发电机组的规模越来越大，结构更加复杂，故障部位与故障原因之间的关系纵横交错，这是实现智能诊断系统正确诊断应该解决的难点之一。
因此，要利用故障部位与故障原因之间的关系，结合故障诊断专家的专业技能，使用模糊理论的手段，实现智能诊断系统对故障原因的判断。
模糊理论是用来表达发电机组内故障部位与故障原因之间相互交叉的关系，建立模糊关系方程式，就可以帮助诊断系统做出正确的诊断。
2.2 发电机组的温度测定
温度异常是表示发电机组可能出现故障的表现之一，对发电机组的温度进行测试，可以判断发电机的运行情况。
这是利用设立在发电机相关部位的温度传感器，将测得的温度数据经处理后送入智能诊断系统进行判断分析，并且能够将温度的变化曲线通过显示器显示，以此来向技术人员传达发电机组的温度变化情况。
还具有温度异常报警功能，一旦发现温度超出设定范围，会发出警报及时通知技术人员。
2.3 对发电机组内各项参数进行监控
智能诊断系统对发电机组内的定子电流、电压，转子电流、电压进行监控和测试，可以将相关参数送入计算机内，经过分析计算可以得出发电机组的有功功率、无功功率、功率参数等因素，有助于对发电机组的运行情况进行分析，帮助找出不必要的功率损耗，从而对发电机组进行改进，提高发电机组的工作效率。
结束语
发电机在我国的电力系统中发挥着重要作用，一旦发电机出现故障，电力系统就不能对外输出电力，对各种用电机械的正常工作产生影响。
而随着发电机组的日益复杂，产生故障的概率更是不断提高，检修难度也有所增加。
发电机电力故障智能诊断系统的发展，能够及时的发现发电机组的故障部位，并且指导检修人员按照最佳的操作流程对故障部位进行修理，避免故障的进一步恶化，为发电机工作的稳定性提供保障，从而提高我国电力系统工作的可靠性和安全性。
参考文献
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