[发明专利]感应电动机转子缺陷诊断装置、方法及媒介

说明书

技术领域

本发明涉及一种电器设备，更详细地，涉及一种实施电动机状态的诊断的装置及方法。

背景技术

图1是概略地表示感应电动机的结构的图。如图1所示，在感应电动机中，对定子的绕组3施加电压和电流，使在定子铁心1中产生的磁通量Φ_s在鼠笼式转子2的导条4上产生电流，由此产生磁通量Φ_r。

此时，如果在定子的三相绕组上施加具有120°相位差的输入电源，定子磁通量Φ_s就会根据输入的电源以一定的速度旋转，将其称为旋转磁场。

鼠笼式电动机通过根据这种定子及转子中产生的磁通量的相互关系感应的转矩τ而运转。此时，使感应电动机旋转的转矩τ与磁通量Φ_s和Φ_r的叉积成比例。

在感应电动机的定子和转子之间存在空隙5。将此空隙5不恒定的状态称为偏心。定子和转子之间的空隙不恒定的空隙偏心故障，根据定子的中心轴和转子/旋转中心轴的相对位置，可分为静态（Static）、动态（Dynamic）及混合（Mixed）偏心。

图2是概略地表示电动机空隙的状态的图。图2中左侧的图表示正常电动机，中间图表示静态偏心状态的电动机，右侧图表示动态偏心状态的电动机。

静态偏心是转子的中心轴与定子的中心轴不一致，且转子围绕转子的中心轴旋转的情况，指电动机运转时空隙最小的部分恒定。

动态偏心指定子的中心轴与转子的中心轴不一致，且以定子的中心轴为基准旋转的情况，并且空隙最小的部分随转子旋转而不同。

静态偏心的产生原因如下：由于制造上的缺陷而导致定子变成椭圆形，及定子和转子的位置没有排列好等。动态偏心的产生原因如下：转子的轴弯曲，或轴承的退化，电动机和负荷没有排列好，或机械共振。混合偏心是指静态偏心和动态偏心同时存在的情况。

由于这些原因导致在电动机上发生空隙偏心故障的情况下，由于不均匀的空隙，使处于转子和定子之间的引力仅偏向一侧，导致很强的不平衡状态（Unbalanced magnetic pull）。

这直接导致转子的弯曲或轴承的损伤。此外，还增加电动机的转矩脉动和振动，导致电动机性能的降低，当持续时，使定子和转子相接触，引起定子及转子的铁心和绕组的故障，达到不可维修的程度。因此，能够早期诊断电动机的空隙偏心是非常重要的。

作为诊断感应电动机空隙的偏心的方法有在不运转电动机的状态下进行试验的离线试验（Off-line test）和在运转中实施的在线监控（On line monitoring）。

1）离线试验

a.TIR（总读数，Total Indicated Reading）试验

用于制造公司在首次制作电动机时诊断缺陷，是一种将电动机分解，通过刻度盘测试指示器（dial test indicator）手动地旋转转子并判别转子的圆形程度，从而诊断动态偏心（Dinamic Eccentricity）的试验。但是，存在一些困难，即为了在电动机中进行转子分离及TIR，需要制作特别的装置等。

b.RIC（转子影响检测，Rotor Influence Check）试验

一种在不分解电动机的状态下，与TIR试验一样手动地旋转转子并向定子的三相绕组输入高频率的信号，从而比较各相绕组的电感值的试验。

如果在感应电动机中存在偏心，则各相的电感值就会表现出不一致，从而能够诊断偏心。但是，这种试验因为使用低电压、高频率的信号，所以受到定子铁心的残留磁通量的影响，存在试验的结果不准确的缺点。

c.利用脉冲试验仪（Surge tester）的方法

脉冲试验仪是一种用于定子绕组的绝缘试验的设备，是通过施加比额定电压高很多的电压来诊断感应电动机的绝缘状态的设备。用这种脉冲试验仪诊断偏心的方法，与其他离线试验一样，手动地旋转转子并测出经过脉冲试验仪的输出波形（Output waveform）的零交点（zero-crossing point）为止所用的时间，从而测试偏心。在具有偏心的电动机中，本试验的结果为到零交点的时间变短。

本诊断试验需要高价的脉冲试验仪，而且需要将非常高的电压施加到定子绕组上，会对电动机的可靠性带来不利的影响。此外，由于通过记录时间来显示结果，因此需要用于处理该问题的额外的装置。

2）在线监控试验（On-line monitoring）

a.利用电容式气隙传感器（Capacitive airgap sensors）的方法