刘丽清
摘要：电机转子出现故障后，定子电流的频谱图上将出现一个特有的电流脉动成分（转子断条）或独特的频谱成分（气隙偏心），根据其大小和变化情况，就能准确判断转子出现了何种故障。
关键词：交流异步电动机；转子故障；诊断技术
鼠笼式交流异步电动机转子常见故障包括转子断条、端环断裂、高阻接头和转子气隙偏心等。美国恩泰克（ENTEK）公司的MOTORMONOTOR（以下简称MM）电机故障诊断专家系统，针对在正常负载下运行的电机工作电流进行频谱分析，从而诊断是否存在故障及何种故障。其方法是，当电机正常运转时，将电流传感器接到供电线路的二次回路上，数据采集器接收电流信号并将其传输到计算机，通过MM系统软件进行频谱分析，便可得出被检测电机的高阻、转子断条及气隙偏心情况。
一、系统诊断原理
1．转子断条诊断原理
给交流异步电动机加上三相对称的电压，在定子回路中就会有频率为f的三相对称电流流动。电机正常运转时，转子回路中会感应出频率为sf（其中s为转差率）的三相对称电流。如果转子回路有故障，则对称的电流系统被破坏，所产生的磁场可分解为正向旋转和反向旋转两部分。正向旋转的磁场与定子磁场同步旋转，相互作用产生同正常电机一样的异步转矩；反向旋转的磁场，其旋转方向与转子方向相反。正反向旋转磁场在定子回路中感应的电流频率为（1±2s）f，这是转子断条特有的成分，其大小反映了转子断条的严重程度。根据该成分与频率f的电流幅值的差值即可预测转子断条数。
MM系统对转子断条诊断分析后，分七级给出转子断条状态诊断结果和维修建议。
2．气隙偏心度的分析
电机转子的偏心度分为静态和动态两种。静态偏心度是指转子与定子之间的不均匀气隙，其位置不随电机转子转动而移动，通常由定子铁芯内径的椭圆度或装配不正确造成。动态偏心度是指转子与定子之间的不均匀气隙随转子的旋转而变化，它可能是由于转轴的弯曲、轴颈椭圆、临界转速时的机械共振、轴承的磨损等造成。MM系统可诊断动态偏心度。在电流频谱中，有一组独特的信号是表征动态偏心度的唯一特征。确定这些信号频率的方程如下。
式中：f1—供电频率，Hz；
nr—任意整数；
R—转子铸条数；
nd—任意整数（0用于静态偏心度，1、2、3……用于动态偏心度）；
P一磁极对数；
s—转差率；
nw—整数（1、3、5、7...）。
根据电流频谱图上气隙偏心特征频率分量的大小和变化情况，就能确定转子在气隙中的动态位移值。
从上式可以看出，气隙偏心诊断必须有转子铸条数，输入不正确将产生错误结论，若未输入，MM软件将不执行气隙偏心诊断分析。
MM诊断系统对气隙偏心诊断分析后，分五级给出电机气隙偏心状态诊断结果和维修建议。
二、应用实例
2002年7月，热电厂4#炉甲侧送风机电机振动及工作电流波动均很大。该电机主要技术参数为，额定功率780kW；额定电压6kV；额定电流91A；工作电流49A；转子铸条数92条；工作转速990r/min；磁极对数6对；电源频率50Hz，运行方式为连续。
图1有多根转子断条的异步电动机定子电流频谱图
用IRD890数据采集器现场采集该电机的电流信号后，用MM系统软件进行了频谱分析，频谱图见图1。可见边频幅值很大。MM系统的诊断结论为已有若干断条，建议停止运转。电机解体后发现，转子断条率高达60%，修复后电机运转正常。
参考文献：
丰田利夫．设备诊断技术讲座．日本九州工业大学，1996.
沈标正．电机故障诊断技术．机械工业出版社，1996.
P.J．达夫勒，J.彭曼．电机的状态监测．水利电力出版社，1992.