探究感應(yīng)電機氣隙偏心故障研究綜述

從結(jié)構(gòu)上來說，感應(yīng)電機比同步電機和直流電機更加簡單，主要優(yōu)點表現(xiàn)為較低的制造成本、較高的運行可靠性等，因此，在市場中應(yīng)用的比較廣泛，各個行業(yè)對其具有較大的需求量，比如有超過90%感應(yīng)電機應(yīng)用于電氣傳動系統(tǒng)，60%左右的感應(yīng)電機應(yīng)用于電網(wǎng)負(fù)載中。

在各種較為大型機械中，比如水泵、破碎機、壓縮機等，都是靠大型的感應(yīng)電機來完成驅(qū)動的，如果在工作中，感應(yīng)電機沒有較高的可靠性，經(jīng)常出現(xiàn)故障，將會給各個行業(yè)造成巨大的經(jīng)濟損失，尤其在電網(wǎng)運行中，一旦發(fā)生故障，將會造成重大事故的發(fā)生，嚴(yán)重威脅人們的生命安全。因此，在實際生產(chǎn)中，對感應(yīng)電機的可靠運行的要求越來越高。

1感應(yīng)電機偏心故障的研究現(xiàn)狀

根據(jù)以往的研究資料顯示，在分析電機電流信號的基礎(chǔ)上，對偏心檢測方面具有較深的研究，如果感應(yīng)電機存在偏心故障，將會有一些頻率特定的電流分量存在于定子繞組中，經(jīng)過多方面的試驗研究證實，找到了繞組函數(shù)法，為氣隙偏心的進一步研究打下了堅實的基礎(chǔ)。

也提出了相應(yīng)的感應(yīng)電機多回路模型，在正弦電壓激勵基礎(chǔ)下，對無故障電機的啟動性能給予仿真，取得了較好的應(yīng)用效果，在此模型的基礎(chǔ)下，對各種感應(yīng)電機故障進行分析，比如定子繞組短路、定子繞組開路、轉(zhuǎn)子斷條、轉(zhuǎn)子斷端環(huán)等，得到了效果較好的故障特征。

比如轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩及電流等。在此模型中氣隙是均勻的，在電感的計算過程中，很容易體現(xiàn)氣隙偏心效果，在后來的研究中，是具有支持作用的理論依據(jù)。在研究過程中，多回路模型應(yīng)用的比較多，在電感矩陣的計算中，體現(xiàn)出靜態(tài)氣隙偏心，并使用氣隙長度增大的方法對鐵心磁壓降進行考慮。

事實驗證，在電感計算中確實存在氣隙偏心現(xiàn)象，但是定子繞組間和轉(zhuǎn)子回路之間的互感與轉(zhuǎn)子回路和定子相繞組之間的互感是有區(qū)別的。隨后，對靜態(tài)偏心和無偏心情形下的空載啟動性能之間的差異進行比較，。

包括定子磁鏈曲線、轉(zhuǎn)子磁鏈曲線、轉(zhuǎn)速曲線、轉(zhuǎn)矩曲線、定子電流曲線、轉(zhuǎn)子電流曲線等，研究結(jié)果顯示，在感應(yīng)電機運行過程中，如果存在靜態(tài)偏心現(xiàn)象，將會延長電機的啟動時間。在感應(yīng)電機處于穩(wěn)態(tài)的情形下，如果轉(zhuǎn)子電流較大，將會使電機的穩(wěn)態(tài)升溫持續(xù)增加。

2對不平衡磁拉力和振動的相關(guān)分析

2.1 不平衡磁拉力的相關(guān)分析

在感應(yīng)電機運行中，引起不平衡磁拉力的原因比較多，比較常見的因素為電機的定子和轉(zhuǎn)子出現(xiàn)偏心現(xiàn)象，同時，繞組不當(dāng)和材料磁化不均勻也會引起不平衡磁拉力，在任何電機故障中，不平衡磁拉力現(xiàn)象都是值得關(guān)注的。

重要的研究方向就是波動情況超過兩倍電頻率和氣隙最小處，在感應(yīng)電機的相關(guān)計算中，由于必須對轉(zhuǎn)子電流進行計算，因此，在計算不平衡磁拉力時比較困難。近年來，在此方面的研究也比較多，比如測量徑向力等。

在簡化計算不平衡磁拉力時，也有相應(yīng)的計算模型，比如有限元模型、解析法模型等，線性磁路在解析法模型中應(yīng)用的比較多，各國學(xué)者在此方面都進行了深入的研究，并提出了相應(yīng)的改進模型。

比如飽和的非線性模型，在不平衡磁拉力的現(xiàn)實計算中，純靜態(tài)偏心與純動態(tài)偏心是不符合實際研究的，當(dāng)感應(yīng)電機出現(xiàn)偏心故障時，可以使用數(shù)值方法對電磁力進行計算，與測量值進行比較，經(jīng)歷了相應(yīng)的線性和非線性過程。

2.2 振動的相關(guān)分析

在電機運行中，振動現(xiàn)象的研究十分復(fù)雜，涉及的范圍比較廣，比如機械、電磁等。引起電機振動的一系列聯(lián)動因素綜合作用的結(jié)果，轉(zhuǎn)子偏心導(dǎo)致不平衡磁拉力，不平衡磁拉力又引發(fā)電機振動，追根揭底，還是由于轉(zhuǎn)子的偏心引起的，氣隙偏心的一個重要故障特征就是具有特定頻率的振動信號。

根據(jù)相關(guān)實驗研究發(fā)現(xiàn)，在對氣隙偏心進行檢測時，不僅可以用電流信號分析法，還可以使用機殼的振動信號給予檢測。在靜態(tài)偏心的識別中，可以對振動主齒諧波的變化進行觀察，可以通過是否存在特殊頻率分量來識別動態(tài)偏心。

根據(jù)相關(guān)學(xué)者研究顯示，結(jié)合低頻信號的觀測分析電流信號，可以對動態(tài)、靜態(tài)偏心的變化給予很好的觀察和判斷，如果出現(xiàn)兩端的偏心較大而平均偏心較小的情形時，分析和檢測電流信號是行不通的。

在此情形下，可以檢測機殼特定頻率的振動信號。通過進一步的研究，有人提出對感應(yīng)電機的兩級進行分析，出現(xiàn)的軸承座振動和轉(zhuǎn)軸振動情況，主要是由靜態(tài)偏心導(dǎo)致的，進一步證明電磁力與轉(zhuǎn)軸的振動有關(guān)。

3感應(yīng)電機偏心故障的研究展望

3.1 提出動態(tài)弧偏心

在感應(yīng)電機的實際運行中，氣隙偏心情況是比較復(fù)雜的，除了靜態(tài)、動態(tài)偏心外，還有不同程度的沿軸向偏心情況，即混合偏心，對于任何的偏心狀態(tài)，都有一個理想化的期望，是一臺三相潛水感應(yīng)電機定子和轉(zhuǎn)子相擦后定子鐵心內(nèi)圓等，鐵心的中部偏后有一個相擦區(qū)域。

只有在弧形轉(zhuǎn)子鐵心下，才能形成相擦區(qū)域，因此，在分析偏心故障時，可以建立一個動態(tài)偏心模型，表示此種偏心形式。在分析弧偏心時，也可以使用多回路模型，只要在矩陣的計算中引入弧形氣隙特征即可。

電機氣隙模型的應(yīng)用，雖然簡化了偏心模型，但使研究結(jié)果的準(zhǔn)確性有所降低，因此，在今后的研究中，要不斷提升模型的精確度，更加準(zhǔn)確的對氣隙偏心進行檢測和分析。

3.2 在較為復(fù)雜的情形下對偏心故障的診斷

對于多數(shù)大型感應(yīng)電機來說，工作環(huán)境都比較惡劣，需要拖動較大的負(fù)載，在運行過程中，很多因素都會對故障信息產(chǎn)生影響，比如負(fù)載擾動、外界磁場、機械振動、溫度變化等。近年來，交流調(diào)速技術(shù)發(fā)展的比較快，在逆變器的開關(guān)過程中，頻率噪聲也會嚴(yán)重影響故障診斷系統(tǒng)。

因此，與單個感應(yīng)電機相比，應(yīng)用于交流調(diào)速器系統(tǒng)的感應(yīng)電機要復(fù)雜的多。感應(yīng)電機除了氣隙偏心故障外，還有其他故障，比如定子繞組短路、轉(zhuǎn)子斷條等，如果在感應(yīng)電機運行過程中，多種故障同時存在，那么各種特征故障信號將會相互影響，使故障診斷的復(fù)雜性不斷增加，在今后的研究中，也值得深究。

3.3 監(jiān)測偏心故障的新技術(shù)

在對電機氣隙偏心進行判斷時，經(jīng)常使用的方法為振動信號的監(jiān)測、定子電流的分析等，但是這些監(jiān)測方法，具有較弱的抗信號干擾能力，可靠性比較低，在實際監(jiān)測中，最為理想的方法就是對氣隙偏心度進行測量。

隨著計算機技術(shù)和信息處理技術(shù)的不斷發(fā)展，有越來越多的方法應(yīng)用于電機故障的診斷中，通過結(jié)合多種先進技術(shù)，使氣隙偏心的監(jiān)測更加有效和準(zhǔn)確，在偏心檢測技術(shù)的發(fā)展中，這也是主要的發(fā)展方向。

3.4 對偏心抑制策略的相關(guān)探索

對電機偏心故障給予研究，不只是為了在監(jiān)測和診斷上，更加具有準(zhǔn)確性和有效性，另一個重要的方面，對偏心故障的機理進行深入研究，進而從氣隙偏心的抑制方面進行研究，不斷開發(fā)新的抑制技術(shù)，甚至是氣隙調(diào)節(jié)和控制技術(shù)等。

3.5 從理論出發(fā)，對不平衡磁拉力給予進一步研究

產(chǎn)生不平衡磁拉力的機理相對比較復(fù)雜，對不平衡磁拉力給予準(zhǔn)確計算，是一個較為重要的研究內(nèi)容，但現(xiàn)階段，在不平衡磁拉力的計算方面，還沒有具有較強適用性和準(zhǔn)確性的計算表達式。

因此，在未來的研究中，研究重點就是關(guān)于此方面的研究。同時，不同的不平衡磁拉力現(xiàn)象，具有不同的發(fā)生機理，在實際研究工作中，要根據(jù)不同的發(fā)生機理，采取適當(dāng)?shù)慕鉀Q措施，對不平衡磁拉力進行消除或降低。

進而最大限度的降低感應(yīng)電機的噪聲和振動情況，并通過對不平衡磁拉力的研究，找出相應(yīng)的方法，對氣隙偏心度的降低進行探討，在將來的研究工作中，這也是一個主要的研究方向。

4結(jié)語

綜上所述，本文通過對國內(nèi)外相關(guān)感應(yīng)電機氣隙偏心故障的分析，在此研究的基礎(chǔ)上，對氣隙偏心檢測技術(shù)的發(fā)展方向進行了預(yù)測，并根據(jù)實際情況，提出了相應(yīng)的電機氣隙偏心模型，比如動態(tài)弧偏心，并對大型感應(yīng)電機的氣隙偏心故障給予大膽合理的猜想，促進了感應(yīng)電機氣隙偏心故障的進一步研究。

編輯：jq