转子断条的故障诊断研究

一、本课题研究背景及意义
转子断条的故障诊断研究作为一种主要的驱动设备，感应电机以其结构简单、价格低廉、
使用方便、可靠性高等优点而在工业、农业、交通运输、国防工程以及日常生活中取得了广
泛应用，是一种使用量最大、覆盖面最广的电机。尽管感应电机具有高可靠性等优点，但
是随着工业领域自动化水平日益提高，生产系统中采用的电机数量不断增加，单机容量
也在不断提高，不同种类的故障仍然会出现，这不仅会损坏电机本身，还会影响整个系
统的正常工作，甚至危及生产人员的人身安全，造成巨大经济损失和恶劣影响。
(一)国外研究现状
国外对于该题目的研究比较超前，在感应电机可发生的故障类型中，转子断条故障占有
不可忽视的比例，约占故障种类的 5％一 10％。所以准确的诊断出感应电机转子断条故障
对保证对保证生产过程的安全、高效、优质及低耗运行、提高生产效率，具有十分重要的经
济和社会意义，这已成为国内外学者们一个非常重视的关键和前沿课题。因此本文选取感
应电机转子断条作为研究内容。
(二)国内研究现状
国内研究起步晚，由于感应电机气隙较小，因此对磁动势和磁拉力比较敏感。在电机负载
过重或频繁起动制动时，作用在笼条及端环上的势应力和机械应力以及过高的转子温度
都会使鼠笼强度大大降低，加上转子在制造过程中的一些固有缺陷最终很容易造成转子
断条。电机内部至少包括电路系统、磁路系统、绝缘系统、机械系统、通风散热系统等几个独
立、又相互关联的工作系统。电机运行中出现的故障，将会涉及到这些独立的工作系统。由
于电机内部存在几个相互关联的工作系统，故障起因和故障征兆往往表现初多元性，一
个故障发生时，在电机上往往表现出多种的故障征兆。例如，笼型异步电机因笼条断裂活
开焊时，就会出现振动增加，起动时间延长，定子电流摆动，电机滑差增加，转速、转矩
波动，温升增高等故障征兆，而且他们往往都是相关联的。断条故障发生后，如电机急需
运行，随着劣化过程断条数量将越来越多，征兆越来越显著，故障越来越严重，最终导
致电机失效报废。
三、本课题相关理论综述
(一)定子电流诊断方法
当感应电机发生转子断条故障时，定子电流中将引入频率大小为声=(1±2s)f(J 为转差率，
／为电网频率)故障特征分量。Fourier 变换方法的基本思想是对定子电流直接进行频谱分
析，根据电流频谱中有无(1±2s)f 特征分量及其幅值大小来判断电机是否存在转子故障及
故障严重程度。但是，转子故障特征分量在故障初期时相对于基频分量的幅值很小，且感
应电动机稳态运行时转差率 J 一般很小，导致故障特征分量的频率和基频十分接近，由
于 Fourier 分析时频谱泄漏的影响，故障特征分量往往被基频和环境噪声淹没而难以识别

“

这也成为电机转子断条故障诊断长期以来的一大 瓶颈"。
(二)信号处理的时频分析理论
机械设备发生故障或异常工作时，其相应的振动、噪声和电流信号往往呈现出非平稳特性
这类信号的统计量(如相关函数、功率谱及倒谱等)都是时变函数。对它们进行分析，只了
解其在时域或频域的全局特性是远远不够的，我们最希望得到的乃是信号频谱随时间的
变化情况。为此，需要使用时间和频率的联合函数来表示信号，这种表示称为信号的时频