高压隔爆型感应电动机笼条故障分析

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。