摘 要 介绍一种应用电流频谱法判断交流感应电动机转子故障的诊断系统。该系统通过对定子电流进行细化频谱分析，可以准确地识别转子断条、偏心等故障。
在石油化工企业中，大中型交流感应电动机是常用的重要动力设备。工艺条件要求这些电动机连续稳定运转．其一旦发生突发事故停运，将会造成巨大经济损失。为确保生产的正常进行，必须对这些关键设备进行科学管理，随时掌握其运行状态，做到及早发现故障、判别故障，预测检修周期，减少检修次数，以达到防患于未然，降低维修费用。为此，笔者研究了一套交流感应电动机故障诊断系统，可以准确快捷且不影响正常生产对电动机状态进行有效监测。
一、诊断系统原理
交流感应电动机的启动电流较大（通常为满载电流的5-7倍），在很短的启动时间内，笼形绕组将承受很大的热应力和机械应力，导致笼条和端环在很高的应力作用下疲劳断裂。根据故障统计结果，交流感应电动机转子断条、端环开裂、高阻接头、机械不平衡、转子轴弯曲等是常见故障，其中有些故障即使停车拆下检修仍难以发现问题。
交流感应电动机定子绕组通以三相交流电后，产生旋转磁场，在转子中产生感应电流。感应电流与通过转子和定子之间的气隙磁通相互作用，在转子与定子表面间产生电磁作用，其强度与磁通密度的平方成正比。如果电动机发生故障，就会改变正常的气隙磁通波形。作为气隙磁通波形函数的定子电流频率信号及杂散磁通信号会对故障有明显的反映。
下面以转子断条故障诊断为例，说明电流频谱法诊断的原理。
理想电动机的定子电流应当只存在单一频率，而电动机转子绕组出现故障时，定子电流频谱图上电流频率两侧各出现一个边频带。边频带峰值与主频峰值的差值直接反映转子损坏程度。由此Hargis提出了鼠笼式电动机的断条数目预测公式：
式中 Rx——ω（1-2s）与 频率处幅值之比
P——极对数
R——转子槽数
n——预测转子断条数
若幅值以分贝（dB）计，则有：
n=2R/(10N/20+2P)
式中 N——主频与较低边频带之间的峰值分贝差
在频谱图中，求得主频与边频带之间的峰值分贝差，即可预测转子断条数。一台功率为30kW、转子槽数为20、极对数为2的电动机，测得不同状态下的定子电流频谱图如图1、图2、图3所示，
主频与边频的差值分别为54dB、33dB、20dB,按公式(2)计算，n分别为0.08、0.86、2.86,则预测断条数分别为0、1、3,与实际相符。
同理，其他类型故障也有对应的电流频谱特点，该诊断系统正是根据定子电流频谱的变化特征，来区分不同类型的故障。
该系统可诊断的故障包括：转子断条、转子端环断裂、转子中的高阻接头、铸铝转子中的铸造间隙和气泡、绕线式转子中的不良铜焊接头、不均匀气隙、机械不平衡、轴承磨损、磁吸力不平衡。
二、诊断系统构成及特点
该系统由传感器、数据采集器、笔记本电脑构成。钳式电流传感器用于直接测量电动机的工作电流，作为频谱分析的输入信号。电流信号可以在二次仪表回路测取也可在主回路测取。该系统配备MM-10CT和MM-600 CT两个传感器，分别用于二次回路和主回路测量。IRD FAST TRACK/890型数据采集器，是集测试、分析和记录于一体的便携测试仪器，具有谱分析的功能。笔记本电脑要求586以上配置，利用诊断系统软件对采集的频谱数据进行分析并给出诊断结果。
操作时，将所要监侧的电动机的设备序号、铭牌参数和结构参数等一系列数据输人计算机内，建立每台电动机的参数数据库；通过实验分析建立故障信息数据库，作为以后监测、分析的依据。根据所要监测的电动机的数量、位置、实际状况，合理确定监测周期、监测顺序、监测项目，形成监测方案。在数据采集器上选择相应的路径，使所要监测的电动机的顺序号与电动机参数数据库内序号相对应。然后根据所测回路选择电流传感器，通常是测量二次回路的电流。将所测的电动机定子电流信号存储到数据采集器中，以备分析。将定子电流信号进行细化频谱分析，根据其频谱的变化，确定是否有故障以及有何故障，此过程由分析软件自动完成，并给出判断报告。
该诊断系统有如下特点：
（1)监侧时无需停机，即可完成测试工作，不影响生产，也无需改动原有设备。
(2)操作简单，只需测量电动机的工作电流，就能判断电动机的工作状态。
(3)测试速度快，软件自动分析，测试一台电动机仅需几分钟。
(4)能发现一些人工难以发现的问题，发现故障于初始阶段，为维修人员提供准确信息。
参考文献
1.沈标正.电机故障诊断技术.北京：机械工业出版社,1996
2 C. Hargis. The detection of rotor defects in induction motors．Int Conf.on Electr.Mach Design and Application, LONDON ENGLAND. July,1982
作者通联：大庆职业学院机电系 黑龙江大庆市火炬北二路22号163255
摘自＜设备管理与维修＞
