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    电机缺相故障特征和原理

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    电机缺相故障特征和原理

    发布日期:2019-02-28 作者:未知 点击:

    任何一个电机生产企业都有可能会遇到因所谓的质量问题与客户发生的争执。

    电机缺相的特征表现

    电机缺相具体表现为振动增大、有异响、温度升高、转速下降、电流增大,启动时有很强的嗡嗡声而且无法启动。

    导致电机缺相的原因是电源本身问题或连接问题,可能是保险丝选择不当或压合不好,熔丝断开;开关接触不良;接头松动或断线。也有可能是电机有一相绕组断开。

    电机缺相烧毁后,绕组的直观故障特征是规律性的绕组烧痕,而且烧毁的程度也差不太多。匝间、相间或对地故障,故障点位置烧毁特别严重,蔓延出的故障相对要轻一些,这是缺相故障与其他故障不同的一个特征。

    电机缺相运行时的理论分析

    ● 电磁和转矩电机缺相运行时,定子旋转磁场出现严重的不平衡,这样定子产生负序电流,负序磁场与转子发生电磁感应出接近100Hz的电势,致使转子电流急剧增加、转子严重发热;缺相时电机带载能力下降,导致定子电流急剧增加,最为直接的表现是电机发热。由于电机磁场的严重不均匀问题,电机振动严重,导致轴承损坏,若电机带载缺相运行,瞬间电机会停止转动,直接的后果是电机烧毁。为了防止该问题的发生,一般电机都有缺相保护。


    ●不同运行状态下电流的变化

    正常起动或运行时,三相电为对称负载,三相电流大小相等,小于或等于额定值。出现一相断线后,三相电流不均衡或过大。

    起动时缺相,电动机不能起动、其绕组电流为额定电流的5~7倍。发热量为正常温升的15~50倍,因其迅速超过允许温升而使电动机烧毁。

    当满载时缺相,电动机处于过流状态 即电流超过额定电流,电动机会从疲转变为堵转,未断相的线电流增加更多,引起电动机迅速烧毁。

    轻载运行电动机断相时,未断相的绕组电流迅速增加,使这相绕组由于温升过高而被烧毁。

    缺相运行对于长期工作制运行的鼠笼式电动机的危害很大,这类电动机被烧毁的事故中65%左右是由于缺相运行引起的。故对电动机的缺相防护十分重要。




    电机变频供电的利与弊


    变频电机和工频电机是截然不同的两个系列产品,但客户将工频电机变频使用又是很常见的一种做法。无论对电机生产厂或配套设备厂,这种简单易行的方法或许最为经济、快捷,但存在极大的风险:可能导致电机寿命减少或直接烧毁。


    既然工频电机变频使用很常见,无疑有其合理的一面。异步电机的转速与电源频率成正相关:即频率高,转速也高(不考虑转差的影响,成正比);输出转矩和电流的大小与负载(=“动负荷”+“静负荷或稳态负荷”)有关,若谐波成分的影响不十分严重,额定负载时电流增长的幅度并不大;电机运行时变频范围不小于额定频率的30%。符合上述情况的往往还挺多,实际运行时转速不至于低到过于影响通风散热,电流增长幅度也不至于太大,因而电机确能按设计预期正常工作。


    所谓极大风险,缘于大多终端用户并不清楚变频供电时,变频器会输出大量的高频谐波,某一转速时电机可能共振。因而额定负荷时会过载(电流增幅太大)、高频谐波击穿线包或漆包线绝缘、调速过程中啸叫或剧烈振动,有些时候甚至会引发变频器功率模块爆炸

    性能参数选择的差异性

    对普通异步电动机来说,设计时主要考虑的性能参数是过载能力、起动性能、效率和功率因数,而变频电机,由于临界转差率反比于电源频率,可以在临界转差率接近1时直接起动,因此,过载能力和启动性能不需要过多考虑,而要解决的关键问题是如何改善电机对非正弦波电源的适应能力。因而在设计环节采取的措施主要有:  
     ● 尽可能的减小定子和转子电阻。因为 减小定子电阻可降低基波铜耗,以弥补高次谐波引起的铜耗增加。
     ● 为抑制电流中的高次谐波,需适当增加电动机的电感。但转子槽漏抗较大其集肤效应也大,高次谐波铜耗也增大。因此,电动机漏抗的大小要兼顾到整个调速范围内阻抗匹配的合理性。

     将主磁路设计成不饱和状态,一是考虑高次谐波会加深磁路饱和,二是考虑在低频时,为了提高输出转矩而适当提高变频器的输出电压。

    image.png

    结构设计对策

    结构设计时,充分考虑和评价非正弦电源特性对变频电机的绝缘结构、振动、噪声、冷却方式等方面的影响,可以通过以下方式保证产品的性能符合要求:  
    ● 一般为F级或更高的绝缘等级,加强对地绝缘和线匝绝缘强度,特别要考虑绝缘耐冲击电压的能力。 有的电机生产厂家采用加厚漆膜电磁线,规范的电机生产厂家采用变频电机专用电磁线。从电磁线的性能指标分析,变频电磁线采用的漆有别与普通电磁线,采用加厚线会有一定效果,但解决不了根本问题。但从成本造价分析,变频电磁线要比普通电磁线价位高。

     要充分考虑电动机构件及整体的刚性,以有效规避电机的振动和噪声问题,从提高电机固有频率的角度,避开与各次力波产生共振现象。   

    ● 对容量超过132千瓦的电动机应采用轴承绝缘措施。主要是因为变频电机容易产生磁路不对称,导致电机运行时产生轴电流,当其他高频分量所产生的电流结合一起作用时,轴电流将大为增加,从而导致轴承损坏,所以一般要采取绝缘措施。 
     对恒功率变频电动机,当转速超过2P电机同步转速时,应采用耐高温的特殊润滑脂,以保证轴承运行时的润滑效果,必要时应选用特殊的耐高温轴承。 

    不同的电机厂家,同规格的电磁方案不尽相同,但电机运行的实际效果会有一些差异性;相同的产品,由于使用工况的特殊性,也会导致同规格产品稳定性的差异。Ms.参建议,电机生产厂家应尽力充分了解电机的使用工况,通过产品的顶层设计改进规避实际的使用风险。


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