PAGE27單相鼠籠式異步電機(jī)及典型故障分析目錄TOC\o"1-3"\h\u4202單相鼠籠式異步電機(jī)及典型故障分析 1214521.1單相鼠籠式異步電機(jī)數(shù)學(xué)模型 140081.2三相異步電動(dòng)機(jī)改單相的原理和方法 2183601.1.1改接原理 290971.1.2改接方法 3284841.1.3移相電容的選擇: 4279021.3典型故障 455711.3.1匝間故障 4101201.3.2軸承故障 41.1單相鼠籠式異步電機(jī)數(shù)學(xué)模型通過對(duì)兩個(gè)坐標(biāo)系的直接變換計(jì)算方法后即可將轉(zhuǎn)化有關(guān)為兩相異步電機(jī)。在兩個(gè)三相數(shù)學(xué)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)靜止不停運(yùn)動(dòng)模型坐標(biāo)系下的三相數(shù)學(xué)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)模型直接變換轉(zhuǎn)化有關(guān)為兩相數(shù)學(xué)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)靜止不停運(yùn)動(dòng)模型坐標(biāo)系和兩相數(shù)學(xué)旋轉(zhuǎn)靜止運(yùn)動(dòng)模型坐標(biāo)系下的兩相數(shù)學(xué)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)模型(其中包括關(guān)于電流、電壓、磁鏈和轉(zhuǎn)矩的),限于本篇文章的主要篇幅，僅將其中有關(guān)的異步電機(jī)在兩相數(shù)學(xué)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)靜止不停運(yùn)動(dòng)模型坐標(biāo)系和兩相數(shù)學(xué)旋轉(zhuǎn)靜止運(yùn)動(dòng)模型坐標(biāo)系下的有關(guān)異步電機(jī)下的數(shù)學(xué)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)模型問題摘錄并整理全文如下:(1)兩相靜態(tài)坐標(biāo)系統(tǒng)中的異步電動(dòng)機(jī)的電壓數(shù)學(xué)模型Uα1Uβ1(2)在任意兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的異步電機(jī)的電壓數(shù)學(xué)模型如下：Ud1轉(zhuǎn)矩方程為:TeLm表示互感，Ls，Lr表示定、轉(zhuǎn)子每相繞組的等效自感，Ts表示電機(jī)轉(zhuǎn)矩，Tl表示負(fù)載轉(zhuǎn)矩，p表示微分因子，,表示軸定子電流，，表示軸轉(zhuǎn)子電流。1.2三相異步電動(dòng)機(jī)改單相的原理和方法1.1.1改接原理三相異步電動(dòng)機(jī)工作原理：當(dāng)電動(dòng)機(jī)的三相定子繞組（各相差120度角度)通入三相交流電后，將產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，該旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)切割轉(zhuǎn)子繞組，從而在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電流，載流的轉(zhuǎn)子導(dǎo)體在定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用下將產(chǎn)生電磁力，從而在電機(jī)轉(zhuǎn)軸上形成電磁轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)，并且電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)方向相同。單相電動(dòng)機(jī)工作原理：?jiǎn)蜗嚯妱?dòng)機(jī)由定子和鼠籠式轉(zhuǎn)子組成，定子上嵌有主繞組和副繞組，主、副繞組在空間上互成90度電角度。副繞組串聯(lián)了一個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)電容器后與主繞組并聯(lián)接入電路。當(dāng)主、副繞組通入單相交流電時(shí)，主繞組產(chǎn)生脈動(dòng)磁場(chǎng)，副繞組在電容器的作用下，產(chǎn)生與主繞組相位超前約90度的脈動(dòng)磁場(chǎng)。這兩個(gè)脈動(dòng)磁場(chǎng)合成一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，推動(dòng)轉(zhuǎn)子啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)。對(duì)于如何將三相異步電動(dòng)機(jī)改接成單相，我們知道單相電動(dòng)機(jī)只有在建立旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)后才能夠起動(dòng)。它之所以沒有初始起動(dòng)轉(zhuǎn)距,是因?yàn)樵趩蜗嗬@組中建立起的磁場(chǎng)不是旋轉(zhuǎn)的,而是脈動(dòng)的,換句話說(shuō),它對(duì)定子來(lái)講是不動(dòng)的。在這種情況下，定子的脈動(dòng)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子導(dǎo)體內(nèi)的電流相互作用是不能產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的,因?yàn)闆]有旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),所以就不能使電機(jī)起動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)。但是電動(dòng)機(jī)內(nèi)部?jī)蓚€(gè)繞組的位置有空間角度差,若設(shè)法再產(chǎn)生一不同相的電流,使兩相電流在時(shí)間上有一定的相位差產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),這樣就能使電機(jī)起動(dòng)。因此單相電動(dòng)機(jī)的定子除了有工作繞組外,還必須有起動(dòng)繞組。根據(jù)此原理,可利用三相異步電機(jī)定子的三相繞組,將其中一相繞組線圈采用電容移相的方法,使兩相通過不同的電流,這樣就能建立旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),使電動(dòng)機(jī)起動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)。1.1.2改接方法如果三相電機(jī)使用在單相電源上,首先將三相異步電動(dòng)機(jī)定子繞組中的任意二相繞組線圈串聯(lián),再與另一相繞組并聯(lián)接入電源。這時(shí),兩個(gè)繞組里的磁通量在空間上雖然有相位差,但因工作繞組和起動(dòng)繞組都是接在同一電源上,如按時(shí)間來(lái)講,電流是相同的。因此,只有在起動(dòng)繞組上串聯(lián)一只電容器才能使電流有相位差。在接法上為了增大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩,可用一臺(tái)自耦變壓器將單相電源的電壓220V升到380V,示意圖如圖1.1所示。圖1.1而一般小型電動(dòng)機(jī)均為Y接,對(duì)Y接的三相異步電動(dòng)機(jī)用此種方法接線,應(yīng)將串入電容C的繞組接線端子接在自耦變壓器起頭端子上,如需改變轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)方向,可按圖1.2接線。圖1.21.1.3移相電容的選擇:工作電容C=1950×Ie/Ue×cosp(微法),Ic、Ue、cos是電動(dòng)機(jī)原來(lái)的額定電流、額定電壓及功率因數(shù)。一般工作電容用在單相電源上的三相異步電機(jī)時(shí)(220V),每100W用4~6微法電容即可。正確選擇電容的容量使兩相繞組的電流I1、I2相等,且等于額定電流Ie,即I1=12=Ie。若要求起動(dòng)力矩大些,可增加一個(gè)起動(dòng)電容，并接在運(yùn)轉(zhuǎn)電容上,當(dāng)起動(dòng)正常時(shí),斷開起動(dòng)電容。三相異步電動(dòng)機(jī)用于單相電源的改接意義較大,方便易行,但由于單相電源一般容量較小,所以適用于1kW以下小電機(jī)。在本文的研究中，將三相電機(jī)的B相接地，C相接電容反饋回A相來(lái)模擬單相異步電機(jī)。采用simulink平臺(tái)建立如下數(shù)學(xué)模型：圖1.3單相鼠籠式繞組異步電機(jī)模型上圖中，輸入的是單相交流電源，斷路器模擬故障，通過示波器進(jìn)行故障的觀測(cè)。1.3典型故障1.3.1匝間故障單相異步電機(jī)匝間故障主要是匝間短路故障，它出現(xiàn)在電機(jī)的定子里面，是一種定子各相繞組不對(duì)稱故障，其形成的原因有多種，其包含繞組本身原材料質(zhì)量不高、制造工藝不良，還有各種各種過電壓沖擊損耗，在后面的仿真過程中，可以設(shè)置短路故障來(lái)模擬單相異步電機(jī)匝間故障。1.3.2軸承故障軸承故障也是電動(dòng)機(jī)一個(gè)不容忽視的故障問題。電動(dòng)機(jī)的軸承是由保持架、滾動(dòng)體和內(nèi)外圈及外圈絕緣陶瓷鍍層組成。為了確保電動(dòng)機(jī)的正