高压隔爆型感应电动机笼条故障分析
2021-10-25李广艺
李广艺
(佳木斯电机股份有限公司,黑龙江佳木斯 154002)
0.引言
隔爆型感应电动机广泛应用在石油化工行业,在含有氢气、乙炔气体等危险爆炸性环境的行业中用于驱动各种通用机械,如压缩机、水泵、离心机、运输机械等,是最理想的驱动设备[1]。由于结构简单、维护方便等益处,鼠笼转子电动机在感应电动机的占比是最高的。在使用中,笼条故障是该类电动机最常见的故障之一。笼条发生故障后,会严重影响电动机工作的安全可靠性[2-3]。本文以一台YB2 400-2 315kW 6kV隔爆型电动机为例,利用ANSYS Maxwell电磁场分析软件,对其正常工况和不用笼条故障工况的电磁场进行计算研究,同时分析不同工况电磁场谐波分布情况,为感应电动机笼条故障的诊断提供理论依据。
1.模型的建立
1.1 隔爆型感应电动机性能参数
本文所研究隔爆型感应电动机,主要性能参数保证值见表1。
表1 电动机主要性能参数
表1的参数完全按JB/T 8674-2007《YB2 系列高压隔爆型三相异步电动机技术条件》执行,其他详细参数均按该标准执行。
1.2 二维有限元仿真模型
利用ANSYS Maxwell软件的RM模块建立隔爆型感应电动机模型,然后生成2D模型。
2.电动机仿真计算分析
2.1 笼条故障前后磁场分布情况
本文研究的样机为铸铝转子,电动机在额定电压、额定频率及额定负载的情况下,分别研究其正常运行、单根笼条部分断裂、单根笼条全部断裂和两根笼条全部断裂的磁场分布情况。在有限元软件计算时,可设置部分笼条的激励端部连接情况,从而实现不同故障情况的模拟。笼条颜色加深部分为断裂处,电动机正常工况运行时,磁力线的分布是接近于对称的,随着笼条故障程度不同,磁力线分布的不对称度也就越严重。图1所示为电动机不同工况的磁密分布,从图1中可以看出,在笼条故障附近会出现局部磁饱和现象,笼条断裂的数量越多,磁饱和现象越明显,这样就会导致电动机损耗增加,温升增大。
图1 不同工况的磁密分布
2.2 笼条故障前后气隙磁密分布
电动机笼条不同故障情况,气隙磁密的谐波含量会有所不同,提取不同工况的气隙中心线磁密,并进行傅立叶分解,气隙磁密基波和各次谐波含量的幅值情况变化如图2所示。从图2中可以看出,与正常工况相比,电动机转子笼条断裂会增加气隙磁密的谐波含量,故障程度越高,谐波增加的越多。笼条整根断裂时,气隙磁密中甚至会出现偶次谐波,同样是断裂的根数越多,谐波越大。但是齿谐波(47次和49次谐波)受故障的影响不是很大。
图2 不同工况的气隙磁密
3.结语
本文利用有限元法对隔爆型感应电动机正常工况及3种笼条故障工况进行仿真研究。当电动机笼条发生不同程度的断裂时,电动机的磁力线分布会发生畸变,同时笼条断裂附近会出现磁饱和现象,断裂程度越大,现象越明显,这样会导致电机局部损耗增加,电机温升增加。电动机转子笼条断裂会增加气隙磁密的谐波含量,故障程度越高,谐波增加的越多,甚至会出现偶次谐波,严重影响电机的振动及噪声指标。