專利名稱：帶有檢測(cè)線圈的籠型感應(yīng)電機(jī)及其轉(zhuǎn)子斷條的檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種籠型異步電動(dòng)機(jī)及其轉(zhuǎn)子斷條故障的在線檢測(cè)方法及設(shè) 備，屬電機(jī)及其檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。
技術(shù)背景籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、運(yùn)行可靠等優(yōu)點(diǎn)而成為各種生 產(chǎn)過(guò)程中使用最為廣泛的能量轉(zhuǎn)換裝置，特別是近年來(lái)隨著交流調(diào)速技術(shù)的發(fā) 展，籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)在一些高性能傳動(dòng)領(lǐng)域也占有了一席之地。但在實(shí)際生產(chǎn) 過(guò)程中，由于籠型轉(zhuǎn)子的制造工藝受到制造廠技術(shù)水平的限制，以及電機(jī)頻繁 起動(dòng)的工作條件又是實(shí)際工況所要求的，所以轉(zhuǎn)子導(dǎo)條經(jīng)常發(fā)生開(kāi)焊和斷裂等 故障是難免的。轉(zhuǎn)子導(dǎo)條出現(xiàn)輕微斷條故障時(shí)，通常只引起電機(jī)在恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載 下的轉(zhuǎn)差率增大，相應(yīng)地引起定子電流和輸入功率的增加。當(dāng)轉(zhuǎn)子導(dǎo)條出現(xiàn)比 較嚴(yán)重的斷裂時(shí)，電機(jī)的起動(dòng)時(shí)間明顯加長(zhǎng)，甚至起動(dòng)不起來(lái)。運(yùn)行時(shí)，電機(jī) 還伴有劇烈的振動(dòng)，噪聲增大，影響了電機(jī)的運(yùn)行和使用壽命。所以對(duì)電機(jī)進(jìn) 行及時(shí)檢測(cè)是必要的，提前發(fā)現(xiàn)電機(jī)的故障苗頭及輕微故障，可以及時(shí)采取相 應(yīng)措施，以減少或者避免惡性故障造成的經(jīng)濟(jì)損失，對(duì)保證安全生產(chǎn)也有重要 意義。 .現(xiàn)有的籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)斷條檢測(cè)方法中，常用的有以下兩種方法 一、直 接通過(guò)監(jiān)測(cè)定子電流來(lái)判斷有無(wú)斷條故障的方法，該方法是考察(l-2s)A頻率 分量，但是由于籠型感應(yīng)電機(jī)運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)差S很小，所以(l-2s)f,與&這兩個(gè)頻 率非常接近，作頻譜分析時(shí)f\頻率分量的泄漏會(huì)淹沒(méi)(l-2s)fi頻率分量，從而 使檢測(cè)(l-2s)f,頻率分量是否存在變得非常困難，準(zhǔn)確性差。另外當(dāng)電動(dòng)機(jī)在 拖動(dòng)波動(dòng)負(fù)荷時(shí)，其定子電流中除含有fi頻率分量之外，還包括以&為中心 頻率的各種調(diào)制分量，而它們有可能被錯(cuò)誤地解釋(l-2s)f,頻率分量，這就很 難判斷是否真正發(fā)生了轉(zhuǎn)子斷條故障，造成誤判。二、在電機(jī)的裝配過(guò)程對(duì)轉(zhuǎn) 子斷條的情況進(jìn)行檢測(cè)的方法，該方法是在電機(jī)裝配前或者過(guò)程中對(duì)轉(zhuǎn)子斷條 進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)電機(jī)裝配完成，在其運(yùn)行的過(guò)程中就不能對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)了，只能 在電機(jī)發(fā)生異常情況下拆卸電機(jī)進(jìn)行檢測(cè)，而在電機(jī)的異常情況能夠觀測(cè)出來(lái) 的時(shí)候，已經(jīng)是比較嚴(yán)重的情況，這種辦法不適用于對(duì)電機(jī)日常的維護(hù)和檢査，也會(huì)帶來(lái)一定的經(jīng)濟(jì)損失及存在安全隱患。 發(fā)明內(nèi)容為了解決現(xiàn)有籠型感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子斷條故障檢測(cè)方法中存在的準(zhǔn)確性差、容 易出現(xiàn)誤判斷以及不能對(duì)電機(jī)進(jìn)行隨時(shí)檢測(cè)和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的問(wèn)題，本發(fā)明提出一 種帶有檢測(cè)線圈的籠型感應(yīng)電機(jī)及其轉(zhuǎn)子斷條的檢測(cè)方法。帶有檢測(cè)線圈的籠型感應(yīng)電機(jī)，它包括機(jī)殼、定子，它還包括檢測(cè)線圈， 檢測(cè)線圈是在所述電機(jī)的一對(duì)極的定子槽的臨近氣隙處嵌入的一單匝全距線 圈，所述檢測(cè)線圈的兩端預(yù)留在定子外。帶有檢測(cè)線圈的籠型感應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子斷條的檢測(cè)方法是步驟一、給被檢測(cè)的帶有檢測(cè)線圈的籠型感應(yīng)電機(jī)安裝負(fù)載，然后啟動(dòng)電 機(jī)運(yùn)行； '步驟二、采集被檢測(cè)的帶有檢測(cè)線圈的籠型感應(yīng)電機(jī)的檢測(cè)線圈11兩端 的感應(yīng)電勢(shì)波形信號(hào)-，步驟三、對(duì)步驟二采集到的感應(yīng)電勢(shì)的波形信號(hào)進(jìn)行諧波分析，并根據(jù)感 應(yīng)電勢(shì)與磁密的關(guān)系獲得被檢測(cè)電機(jī)的氣隙磁密的各次諧波的曲線；步驟四、觀察步驟三獲得的氣隙磁密的各次諧波的曲線，當(dāng)所述各次諧波 的幅值明顯增大且成周期性脈動(dòng)時(shí)，則可判定被檢測(cè)電機(jī)中有斷條存在。本發(fā)明的檢測(cè)斷條的方法的原理是當(dāng)籠型感應(yīng)電機(jī)在出現(xiàn)轉(zhuǎn)子斷條故障 后，最直接的影響就是磁場(chǎng)畸變，氣隙磁場(chǎng)分布不對(duì)稱，導(dǎo)致磁場(chǎng)波形中所含 有的高次空間諧波的幅值增加。本發(fā)明采用在電機(jī)的定子槽面臨氣隙處固定檢 測(cè)線圈來(lái)監(jiān)測(cè)氣隙磁場(chǎng)變化，通過(guò)采集所述檢測(cè)線圈兩端的信號(hào)獲得電機(jī)運(yùn)行 過(guò)程中探測(cè)線圈中感應(yīng)電勢(shì)的變化波形，再對(duì)所述變化波形進(jìn)行諧波分析，根 據(jù)感應(yīng)電勢(shì)與磁密的關(guān)系式得到籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)在有無(wú)斷條故障運(yùn)行時(shí)氣隙 磁密的各次諧波成分隨故障的演化程度而變化的規(guī)律，即導(dǎo)條斷裂后各次諧波 的幅值增大且周期性脈動(dòng)更加明顯，該現(xiàn)象隨著斷裂導(dǎo)條根數(shù)的增加而增加的 規(guī)律，通過(guò)觀察實(shí)際采集到并處理后的磁密各次諧波變化的情況判斷籠型式電 動(dòng)機(jī)導(dǎo)條是否存在斷裂故障。本發(fā)明的帶有檢測(cè)線圈的籠型感應(yīng)電機(jī)，只是在原有電機(jī)的定子中嵌入一 匝檢測(cè)線圈，工藝簡(jiǎn)單，幾乎不增加電機(jī)的成本，就能夠達(dá)到提供可以隨時(shí)或 者實(shí)時(shí)的對(duì)電機(jī)的斷條情況進(jìn)行fe測(cè)或監(jiān)測(cè)釆樣信號(hào)端子的目的。采用本發(fā)明的檢測(cè)方法對(duì)本發(fā)明所述的帶有檢測(cè)線圈的籠型感應(yīng)電機(jī)的斷條情況進(jìn)行檢測(cè)，可以無(wú)需對(duì)電機(jī)進(jìn)行拆卸，隨時(shí)進(jìn)行檢測(cè)，便于在電機(jī)的 工作過(guò)程中的對(duì)其進(jìn)行定期的檢修、維護(hù)過(guò)程中檢測(cè)斷條情況，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn) 問(wèn)題。本發(fā)明的檢測(cè)方法，直觀準(zhǔn)確、靈敏度高，使用方便。 本發(fā)明可以應(yīng)用到電機(jī)制作和電機(jī)維護(hù)、檢測(cè)領(lǐng)域。


圖1是帶有檢測(cè)線圈的籠型感應(yīng)電機(jī)的檢測(cè)線圈位置示意圖；圖2和圖3 是采用本發(fā)明的檢測(cè)方法，對(duì)額定功率為是l.lkW的2極電機(jī)在額定負(fù)載的 情況下檢測(cè)的結(jié)果，其中圖2是氣隙磁密三次諧波分量圖，圖3是氣隙磁密五 次諧波分量圖。
具體實(shí)施方式
具體實(shí)施方式
一本實(shí)施方式所述的帶有檢測(cè)線圈的籠型感應(yīng)電機(jī)，它 包括機(jī)殼、定子，它還包括檢測(cè)線圈11，檢測(cè)線圈11是在所述電機(jī)的一對(duì)極 的定子槽的臨近氣隙處嵌入的一單匝全距線圈，所述檢測(cè)線圈11的兩端預(yù)留 在機(jī)殼外。所述檢測(cè)線圈11采用普通銅線。
具體實(shí)施方式
二本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一所述的帶有檢測(cè)線圈的 籠型感應(yīng)電機(jī)的區(qū)別在于，它還包括兩個(gè)接線端子，兩個(gè)接線端子固定在電機(jī) 外殼上，所述兩個(gè)接線端子分別與檢測(cè)線圈的兩端連接。本實(shí)施方式中增加的兩個(gè)接線端子，可以方便檢測(cè)線圈與外部檢測(cè)設(shè)備連接。
具體實(shí)施方式
三本實(shí)施方式的對(duì)具體實(shí)施方式
一或二所述的帶有檢測(cè) 線圈的籠型感應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子斷條的檢測(cè)方法是-步驟一、給被檢測(cè)的帶有檢測(cè)線圈的籠型感應(yīng)電機(jī)安裝負(fù)載，然后啟動(dòng)電 機(jī)運(yùn)行；步驟二、采集被檢測(cè)的帶有檢測(cè)線圈的籠型感應(yīng)電機(jī)的檢測(cè)線圈11兩端 的感應(yīng)電勢(shì)波形信號(hào)；步驟三、對(duì)步驟二采集到的感應(yīng)電勢(shì)的波形信號(hào)進(jìn)行諧波分析，并根據(jù)感 應(yīng)電勢(shì)與磁密的關(guān)系獲得被檢測(cè)電機(jī)的氣隙磁密的各次諧波的曲線；步驟四、觀察步驟三獲得的氣隙磁密的各次諧波的曲線，當(dāng)所述各次諧波 的幅值明顯增大且成周期性脈動(dòng)時(shí)，則可判定被檢測(cè)電機(jī)中有斷條存在。在步驟一中，所述負(fù)載可以是電機(jī)工作所帶負(fù)載，也可以外加負(fù)載，例如 磁滯制動(dòng)器。在步驟一中，所述負(fù)載的大小等于所述電機(jī)的額定負(fù)載。當(dāng)被檢測(cè)電機(jī)中有斷條存在時(shí)，在步驟一中，被檢測(cè)電機(jī)所帶負(fù)載越大， 在步驟四中獲得的磁密各次諧波成分含量及周期性脈動(dòng)現(xiàn)象增加的越明顯，所 以在步驟一中被檢測(cè)電機(jī)的負(fù)載的大小在被檢測(cè)電機(jī)的額定負(fù)載左右，檢測(cè)結(jié) 果更容易分辨。在步驟一 中，還可以通過(guò)轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速傳感器獲得被檢測(cè)電機(jī)所帶負(fù)載的大小。這樣，方便對(duì)電機(jī)負(fù)載情況的變化情況進(jìn)行觀察，更適用于對(duì)工作現(xiàn)場(chǎng)的 籠型感應(yīng)電機(jī)的斷條情況進(jìn)行檢測(cè)和監(jiān)測(cè)。 在步驟三中所述的感應(yīng)電勢(shì)與磁密的關(guān)系為<formula>formula see original document page 6</formula>由此可求得-式中5im是基波或第/次諧波磁密幅值，單位是T;《是基波磁通或各第/次 相帶諧波磁通產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)的有效值，單位是V; Z)是定子鐵心內(nèi)徑，單位是m; 是同步轉(zhuǎn)速，單位是r/min;丄是探測(cè)線圈的有效長(zhǎng)度，單位是m。當(dāng)對(duì)工作現(xiàn)場(chǎng)的帶有檢測(cè)線圈的籠型感應(yīng)電機(jī)進(jìn)行斷條檢測(cè)的時(shí)候，實(shí)現(xiàn) 本實(shí)施方式所述的帶有檢測(cè)線圈的籠型感應(yīng)電機(jī)的斷條檢測(cè)方法的裝置，它包 括同時(shí)具有錄波和諧波分析功能的錄波分析儀和進(jìn)行諧波曲線繪制的計(jì)算機(jī)， 所述錄波分析儀的串行信號(hào)輸出端和進(jìn)行諧波曲線繪制的計(jì)算機(jī)的串行信號(hào) 輸入端連接，所述進(jìn)行諧波曲線繪制的計(jì)算機(jī)22，能夠根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)繪 制曲線。當(dāng)采用的錄波分析儀具有顯示輸出功能時(shí)，可以省略計(jì)算機(jī)。本實(shí)施方式中所述的錄波分析儀采用的是武漢中元華電科技有限公司生 產(chǎn)的ZH-101便攜式電力故障錄波分析裝置。在實(shí)際檢測(cè)的時(shí)候，將被檢測(cè)的帶有檢測(cè)線圈的籠型感應(yīng)電機(jī)的檢測(cè)線圈 的兩端分別與錄波分析儀的兩個(gè)信號(hào)輸入端連接即可。當(dāng)需要對(duì)新生產(chǎn)的電機(jī)、或者是在電機(jī)安裝之前、或者在實(shí)驗(yàn)室對(duì)電機(jī)性 能進(jìn)行測(cè)試時(shí)，上述裝置中需要增加負(fù)載。所述負(fù)載可以采用磁滯制動(dòng)器。在應(yīng)用的時(shí)候，將負(fù)載連接在被檢測(cè)的帶有檢測(cè)線圈的籠型感應(yīng)電機(jī)的力矩輸出端即可。還可以在檢測(cè)裝置中增加帶有顯示功能的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速傳感器。 在應(yīng)用的時(shí)候，帶有顯示功能的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速傳感器的測(cè)量端與被檢測(cè)電機(jī) 的力矩輸出端連接，采集并顯示所述被檢測(cè)電機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速信息，能夠 使操作者觀測(cè)到被檢測(cè)電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速的大小及變化，即隨時(shí)監(jiān)測(cè)被檢測(cè) 電機(jī)所帶負(fù)載的大小情況。根據(jù)負(fù)載在額定負(fù)載附近時(shí)檢測(cè)結(jié)果明顯的原理， 可以先調(diào)整被檢測(cè)電機(jī)的負(fù)載到額定情況，然后再根據(jù)觀察到的諧波分析結(jié)果 判斷是否存在斷條情況，這樣判斷結(jié)果更準(zhǔn)確。
權(quán)利要求
1. 帶有檢測(cè)線圈的籠型感應(yīng)電機(jī)，它包括機(jī)殼、定子，其特征在于它還包括檢測(cè)線圈(11)，檢測(cè)線圈(11)是在所述電機(jī)的一對(duì)極的定子槽的臨近氣隙處嵌入的一單匝全距線圈，所述檢測(cè)線圈(11)的兩端預(yù)留在機(jī)殼外。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有檢測(cè)線圈的籠型感應(yīng)電機(jī)，其特征在于所 述檢測(cè)線圈(11)采用普通銅線制成。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有檢測(cè)線圈的籠型感應(yīng)電機(jī)，其特征在于， 它還包括兩個(gè)接線端子，兩個(gè)接線端子固定在電機(jī)外殼上，所述兩個(gè)接線端子 分別與檢測(cè)線圈(11)的兩端連接。
4、 帶有檢測(cè)線圈的籠型感應(yīng)龜機(jī)的轉(zhuǎn)子斷條的檢測(cè)方法，其特征在于它的具體步驟為步驟一、給被檢測(cè)的帶有檢測(cè)線圈的籠型感應(yīng)電機(jī)安裝負(fù)載，然后啟動(dòng)電機(jī)運(yùn)行；步驟二、采集被檢測(cè)的帶有檢測(cè)線圈的籠型感應(yīng)電機(jī)的檢測(cè)線圈(11)兩 端的感應(yīng)電勢(shì)波形信號(hào)；步驟三、對(duì)步驟二采集到的感應(yīng)電勢(shì)的波形信號(hào)迸行諧波分析，并根據(jù)感 應(yīng)電勢(shì)與磁密的關(guān)系獲得被檢測(cè)電機(jī)的氣隙磁密的各次諧波的曲線；步驟四、觀察步驟三獲得的氣隙磁密的各次諧波的曲線，當(dāng)所述各次諧波 的幅值明顯增大且成周期性脈動(dòng)時(shí)，則可判定'被檢測(cè)電機(jī)中有斷條存在。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的裙有檢測(cè)線圈的籠型感應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子斷條的檢 測(cè)方法，其特征在于，在步驟一中，所述負(fù)載是電機(jī)工作時(shí)所帶負(fù)載或者外加 負(fù)載。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的帶有檢測(cè)線圈的籠型感應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子斷條的檢 測(cè)方法，其特征在于，在步驟一中，所述負(fù)載的大小等于所述電機(jī)的額定負(fù)載。
7、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的帶有檢測(cè)線圈的籠型感應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子斷條的檢 測(cè)方法，其特征在于，在步驟一中，還可以通過(guò)轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速顯示器中的數(shù)值或曲 線來(lái)觀察所加負(fù)載的大小。
全文摘要
帶有檢測(cè)線圈的籠型感應(yīng)電機(jī)及其轉(zhuǎn)子斷條的檢測(cè)方法，涉及到電機(jī)及其檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。它解決了現(xiàn)有籠型感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子斷條故障檢測(cè)方法中存在的準(zhǔn)確性差、容易出現(xiàn)誤判斷以及不能對(duì)電機(jī)進(jìn)行隨時(shí)檢測(cè)的問(wèn)題。帶有檢測(cè)線圈的籠型感應(yīng)電機(jī)包括機(jī)殼、定子，還包括檢測(cè)線圈，檢測(cè)線圈是在電機(jī)的一對(duì)極的定子槽臨近氣隙處嵌入的一單匝全距線圈，所述檢測(cè)線圈的兩端預(yù)留在機(jī)殼外。對(duì)所述電機(jī)的轉(zhuǎn)子斷條的檢測(cè)方法是使被檢測(cè)電機(jī)在帶載情況下運(yùn)行，采集所述電機(jī)的檢測(cè)線圈兩端的信號(hào)，對(duì)所述信號(hào)進(jìn)行分析獲得氣隙磁密的各次諧波的曲線；當(dāng)所述曲線中諧波幅值明顯增大且成周期性脈動(dòng)時(shí)，則可判定有斷條存在。本發(fā)明可以應(yīng)用到電機(jī)制作和電機(jī)維護(hù)、檢測(cè)領(lǐng)域。
文檔編號(hào)H02K17/00GK101262153SQ20081006434
公開(kāi)日2008年9月10日 申請(qǐng)日期2008年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月21日
發(fā)明者李偉力, 楊忠學(xué), 沈稼豐, 鵬 程, 穎 謝 申請(qǐng)人:哈爾濱理工大學(xué)