口王长忠
摘要介绍一种应用电流，谱法判识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Rs—ω(12s)与ω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：
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MM10CT和mm600CT两个传感器，分别用于二次回路和主回路测量。IRDFASTTRACK/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，将所要监测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入计算机内，建立每台电1f88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)监测时无需停机，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，发现故障子初始阶段，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
2C.Hargis.Thedetectionofrotordefectsininductionmotors.IntConf.onElectr.MachDesignandApplication，LONDONENGLAND.July，1982