异步电动机故障仿真与诊断研究

连钢

大唐山西发电有限公司太原第二热电厂 山西太原 030041

摘要：异步电动机因构造简单、控制便利等优点，成为了一种广泛应用在各种生产活动和生活中的工业设备。然而，受工作电压波动、工作环境不稳定、负载频繁变动等因素的影响，电机常出现各种故障。因此，开展异步电动机故障诊断技术研究，尽量防止故障发生，对于降低维修成本、消除事故威胁、减少经济损失等具有重要的理论意义与工程价值。

关键词：异步电动机；故障仿真；诊断

1机组检修安装质量控制

在循环热电厂机组，对重要部件进行例行检查和维护，并进行局部安装。其中部分的振动是安装质量差引起的。废气热电厂少数机组并网，安装受到严格监控。汽轮机组、中旋泵机组的安装和全面质量控制是最关键的环节。电机安装过程中，所有内容均为内部定子、机座、轴承座和转子轴的安装。

两台电机固定件垂直角同心度大于0.40mm，气隙不平度小于10%，转速部分主轴摆度小于0.02mm/m，导轴承中位在0.10～0.15mm之间。根据泵组的整体结构和安装特点，采用电机下滚动轴承中心作为固定件的基准点和中心的基准点。驱动电机的上机架、定子、井筒、异形管和下驱动电机的导向轴承座同心调整。

试验合格后，定位销再次动作，固定定位组件。机组安装完毕后，调整旋转总成的总高度、设计高度和摆架的磁性中心，然后以驱动电机底部的导套中心为基准中心。

2泵机组故障的原因

振动是评价水泵机组能否持续稳定可靠运行的关键指标。小型火电厂水泵机组产生振动的重要原因和问题很多，振动源也比较复杂。它对发电站也有很大的危害。当高频振动达到允许范围但无法持续有效控制时，主要危害有：（1）轴滑环和电刷严重磨损会引起火灾；（2）对泵机组的基础部件造成威胁；（3）增加火电厂的机械噪声；（4）松开接头以降低应力集中；（5）破坏并网机组的密封软件系统；（6）增加泵组的振动或引发的事故。水泵机组有高频振源、电气设备的外部因素和金属机械的诸多因素。

2.1磁场不平衡出现振动

电动机轴承、转轴、定子、机座等结构件组成回路，其中部件出现问题会造成磁路中磁阻不平衡。由于电磁感应力的连续波动，定子会产生高频振动。虽然当永磁同步电机继续旋转时，由于声波驱动电机，两相强电流会增大。此时的振动声是转速与极数的乘积，与定子机座的固定频率完全相同，导致振动更加明显。

2.2转子绕组匝间短路引起的振动

以电磁波理论体系的计算方法为例，电子与电机转子间的弱相互作用力与磁场密度的平方和短路匝数的平方成反比。对于凸极曲轴，当N极绕组匝间短路时，条形磁铁将是单侧的。主磁通量会极大地影响和减小磁张力的方向，对振动和声产生非常严重的影响。同时，周转率与励磁高压电流密切相关。

2.3鼠笼电机转子笼条断裂引起的振动

当叶轮笼杆或鼠笼驱动电机端环损坏时，如果损坏的笼杆是曲轴槽数的100倍以上，电机会发出嗡嗡声，机体剧烈振动。此时，如果负载增加，永磁同步电动机的转速会降低，当电动机转子发热时，裂纹处会产生火花。永磁同步电动机将很难安全运行甚至停机。

3相异步电动机振动故障类型及诊断方法

3.1电磁振动故障及其诊断方法

根据三相电压同步电动机和异步永磁同步电动机，高频振动失效是因为高频振动会导致两种类型的失效，即严重失效和机械失效。从整体上看，两台电机的单相异步处理依赖于电磁能电机的输出，但不产生绕组的强电流和基本旋转磁通。在电机绕组连接线发生重大故障，绕组开路或开路焊接故障，曲轴鼠板断裂或连杆断裂，电机接地故障导致输出电压升高，三相输出电机脉冲电流或电阻值，不平衡会导致机器基本运行左右不对称和电磁脉冲振动故障。此外，气隙上下不对称引起的振幅不平衡也会导致电机的电磁场故障。通常，在设计断电时要确定电磁能量故障的方法，即当电机达到最大转速时，突然切断电源插头，并观察电机的振动和声音。如果电机振幅大幅度降低，则可判断为电磁脉冲振动故障。

3.2机械性振动故障及其诊断方法

各种机械高频振动故障的根本原因包括两个方面。一是驱动电机本身的单相异步过程，如电机外滑轮的表面磨损和垂直，或电机定转子的铁芯中心不完全一致，动平衡差。

此外，由于安装和工程施工质量差，永磁同步电动机的基础无法固定。电机的振动故障也可能是由于固定不牢、基础台面的的偏差和轴之间的不一致等问题引起的。为了确定永磁同步电动机机械故障的具体情况及其原因，应将故障引起的故障和额定负载引起的故障进行划分。一般情况下，振动声计用于单故障原因的临床诊断。准确测量并记录垂直于整个水平方向的振动值，倾听永磁同步电机轴承转动人的声音。

如果没有发现明显的磁极，必须断开电源插头重新检查，必须拆下永磁同步电动机的联轴器，并进行空转试验，以确定机械故障的详细主要原因。必须切断电源进行检查和加载，电机的机械振动变化比较明显，说明振动故障是由负载能力引起的。

4对策

由于设备在运行过程中的极高频振动将严重威胁生命安全，业主应要求制造厂在现场进行全面分析，共同协商解决（1）利用现场维修资料进行详细分析。维修方案中的各种技术参数和参数及规格可能要求实际情况和潜在要求，且不存在维持质量水平的问题（2）分析调试的实际情况，分析机组的振动和声音。这与电机圆形底座的强度较高有关。当出现极化问题时，底座的固定是非常有效的（3）通过现场综合分析，发现机组运行中的机械振动是由于机组内部安装不当，定子关系不平衡，锥轴间隙过大，轴套磨损严重等原因。同时，也存在机械振动频率高的问题。由于点磁不平衡引起的机械振动，可以在装备维修后通过声学测试得到。但由于机组运行过程中的突然变化，当电源开关断开时，振动将完全消失。

因此，电机组的高频振动与发电机的其它因素密切相关。为了更有效地找出故障原因，电机制造商需要对电机进行大修。维护维修人员需要对电机维护维修的全过程进行监控，完善分析和各项最终数据，严格控制整体质量标准。这将是由多种外部因素造成的。消除机械和高频振动。经过设备维护和试运行后，设备仍会有一定的振动。

通过更深入的综合分析，发现电磁脉冲是引起高频振动的根本原因。根据实际数据，加强了驱动电机单元的薄弱环节。在此基础上，进行了详细的测试结果和电机声波的详细分析。

结果表明，一次谐波机械振动小于0.01mm。根据试验，设备的振动是产生高频振动的重要原因。为此，在定子绕组中增加了平衡边线，解决了铁芯电磁力不平衡的问题。减少了电磁干扰，可以恢复正常维护。

结论

电机是电厂的重要组成部分，其运行状况直接影响电厂的安全运行。因此，有关人员应加强研究分析，探索科学合理的解决方案，解决存在的问题，从而有效保证电厂的正常稳定运行。

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