电机故障率及故障原因分析

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1、【.-.电电机故障分析、.目.-.电机故障率及故障原因分析徐九 芳肖朋翻共介绍 电机故障立的基本概念,分析电机故障规律及产生故障的原因。主.侧电机故阵康一、电机的故阵率设N台电机产品在忿=0时投入运行,到 时刻t时,大体上还有NR( t)台电讥未出故障,到时刻: 十盆时,大体上还有NR (玄十约台电机未出故障,则在( t,t+t )时间区间 内,大体上有NR(t)一NR(t+t)台电机出 故障。回路的合成 电势为 十+一=2侧2/一4 5。斗。故这种联结方法会出现较大的环流,不 可取。第二种联结方法一一相隔同极联结,如图3。业联支路电势为:十三。,一+一三0;业联支路组成的环路 电势为:十+三

2、0所以这第二种联结方法相隔问极联结,不会产生环流,是一种可取的联结为2鑫路业 联的联结方法。( 2)对于4、6极双绕组,设6极接成2路 业联Y接 1 )第一种联结方法一一相 邻异极联 结如 图5 oNR(t)一NR(t+忿)=一N (R(t+)一R(t) )=一NR,(君)t 因此在阳寸刻后,单位时间内出故障灼 产品占t时刻还 在_I .作产品的比率为卫丛二世全t二_尽 i业2 NR(t)tR(t)=入(t)式,入( t )-一一 电讥运行至阳寸刻的故 障 率R(t )一一电机的可靠性函数. , 、碑 、., , , 肠碑、 , .、产,、口.门口、口、尸., 口. 片口、. 口,、口、, 目

3、.卜口、 口、口.户悦于卜. .图6环路电势为:+一+二4/60 显见环路电流很大,这种联结方法实在不可取。2 )第二种联结方法一一相隔同极联结,如图7。习习习习口口口口门门 这里: 图7P:x18 00P14x180。6=1 20各极下元件电势相量 图如图6所示。所以:支路电势十一+二2/一6 。和一+一=2 /毛 卫p竺皆不 为零,且数值 很大。业联支路电势:+三0一+一十一三。环路 电势:+十+三 。 所以此种联结无环路 电流,是可 取 的2路业 联联 结。电机的故障 率也可川夫效率来戎小。例 如按文献l1给出的数据:有6 0台大功率异步 电动机,拉入 运行后,5年. 时 有9台出故 障

4、,10年时,有25台出故障,20年时有5 6 台出故障,长5一1 0年和1 0一2 0年时电机 的故障率。5一l()年11、l/二j一9(60一的、 556一25(6 0一25)x10认( ) ( i沂/ 年1 0一20年I于 入=0585了/年对 电机产 品无故障运 行的要求因产品的用途而异,按文献I“、给出的表1说明了这一点。衰1电动机和工作机械类型故障间工作时间 (h)平 均寿命 (h)回采联合机掘进联合机工作面运输机和装载机调车绞车、钻机刨煤机、刮一刨煤机和刮煤绞车给料机、运输机、筛子功本小于11 0kw)风机、水系、空压机(功本大于1 1okw,电压i o0 0V以下)风机、水泵、空

5、压机(功主大于11 0kw,电压高于I O0 0V)控制电动机70005 0 001000 02 50 06 00010000250003 00 001 000 0150 0080 00150004 0 0090002000 035 00 0500004 00 00对于防爆和矿用电气设备无故障要求如 表1所示。考虑到现代制造工艺和最新 电工 材料的应用,要求低压 电气设备工作年限大 约为5年,高压 电气设备大约为8年。机电部件产品在地面固定使用条件下比 较先进的估计故障率如下吕1:小功率电机为3.3x10一。/h,交流电机为1.235x10一/h,步进电机为1.37 8x10 - -。/h。显

6、然我国大部分电机产品还不能达到此水平。二、电机的故滓规律产品丧失规定的功能称为“故障”,对不可或不予修复产品而言,也称为“失效”。电机的故障形态 通常是:早期故障期一、偶 然故障期一 托损故障期。大部分故障发生 在偏然故障期。偶然故障期的故障率入( t )与 电机的维修使用有关。电机经过小修或大修 后,可靠性会有所降低。图l【1表示大功率 交流电动机的运行年数和故障原因的关系。从图1可见:运行10年后,由于绝缘老 化及吸潮的影响,电机故障增加。对运行1 1 20年的3kV、6k V电动 机进 行绝缘试 验,得到下列结果 l 1:(l绝缘破坏值:l干燥状 态大于(ZE+1)k V,经15年运行后

7、,在吸潮状态的绝 缘破坏值大大降低,小于( E/了3) kV(2)绝缘破坏值最低是线 圈端部;6,、, 011 之口 ,川川川川, ,8, ,l l l l l l l l l l l沙沙夕夕夕石石乃乃乃乃乃乃9 9 9 9 9 9 9 9 9图1(3)绝缘电阻,P。I,tan占。特J均降。三、电机的故障模式电机故障的表现形式 称为“故障模式”,例如电讥故障的表现形式有浇组故障 (断路、短路)、轴承故障、换向 器故障、机械故障 等。住某一运 行 时间间隔中,故障 漠式出现的百分率(频数率)可视为常数,但随电 讥类型 和使用场所等而 异。下 面是有关资料介 绍 的数据。1.NPRD一2提供的 数

8、据L“lN PR D是美国国防部情报分 析中心出版的非电子零部件可靠数据。(l)发电干JL磨损:4 49石;污扎17%,漂移:1 6%;l i t I I示,、艾障:l:“.,;电、.、卿草:1 0%。(2)电动机电布 吐故障:3 2;石;润 汾,以障:3 1 %;开路短路:1 4 %;换向器故障:1 2%,转子 开路、短路:n%。(3)轴承磨损故障:7 3%;咬 死、卡 死:2 0%,划伤:7%。2.文 献l】提 供的 钢铁用大型直 流 电 动 机故陈分布 据1975年1)1111至1 9 8 2年4月30日这段时间统计,日仁一 七个钢铁大企业的大 型直流 轧俐电动机,共 发生故障1 23起

9、,其中绝 缘老化、绝缘性能降低引起4 6起,;片总故障的 37%,换向器升高片与绕组联接处及绕组故 障54起,占总故障的4 4%;电框绕组、换向 极绕组 和补偿绕组 发生的故障约占总故障的 6 1%。发生故障部位及故障数如图2。5.文献:4公布的A、AZ、AO、A02、AO二、AO二2及其派生系列故障分布情况 电动机样本数为5 524,抽取样本20一3 435进行统计,得出故障分布如 下:定子 绕组71一10 0%;轴承环节0一16.3%,转轴”部位编礴图2故障部位及故障数1.换向器,V形环3。升高片、均压线2.刷架、电刷、刷握4.电枢绕组磁绕组6.换 向极绕组、补偿绕组 枢本体8.轴承衬瓦g

10、j联轴器5。主励7。电01 2.2孕 石,j从扇0一1 2.5%;转ro一1.2%。日本、英因、波兰 和其他国家的L业 用 电功机定子绕组 的故障率也很高。根据全苏防爆 和矿用电气设备科学 研究 所和东方煤炭业安全 生产科学研究所的研究结果,各种电机类 吧的故障分布 如表2。衰2轴转冷系却统轴子组定绕样本数 电机类型故障承(霸霖 夏)转子,出线盒36。25。543。3.26。059。77。918。118。18。82。2001。517。02。0。5000022。l4。4012。917。3一1 1。5一0 2。0,2。0o一o70一1。1曰了人“口 二巴Jl山nJ1几,曰眨叨U自 咋,山. 立U

11、咋月咭,曰.上,上1二民口血UnO O 自. 吕J怪内OJ二 借d00吕00叨氏 1孟U门I.切, 口月乙恤,五, 口0OUo5 .口勺.台n舀,0 0工k口n甘,曰n西n甘.比J联合采煤机3月K O一M3K B4ySKB掌子面传送装里3月K O中K 0K O 中一32一MO月S及KS-1 0OkW以下B人O系列煤炭工业用化工用5318 079 1。049。24。735。0四、电机故障原因分析电机故障原因的一般分析,在各类电机手册中已有详细介绍,下 面据有关文献,介绍 造成电机故障各种原因的统计数据。,.大型轧钢用直流电动机 故障原因分析I1如l访所述,根据1 23起J手故进行分析,得出引起故

12、障原因的统计数据如下:绝缘老 化和绝缘性能降低占3 7.4%,飞弧和换向不良占3 3.3%;螺栓松脱、损 坏占7.3%,异 常转矩、固有振动占4.9%,设计制作不 良 占4.0%;异常外力占4.0写;润滑系统不 良 占3.3%;控制系统 异常占2.4%,其他占3.4%。可见绝缘 老化和绝 缘性 能降 低是造成电机故障的主要原 因之刊卜白一流,1.廿!.绝缘老化主要是热老化、1 ) L诫老 化们l环境污损及其综合 作用造成的。热老化是由于绝缘层树脂收缩、城化和热分解,致使粘 着力下降,绝缘老化,降低 了绝缘的机械强度,加之受吸潮 的影响,绝 缘性能降低。机械老化是由于热循环 应力、机械冲击力和运

13、行时 电磁振动、离心 力等应 力对线圈的作用,使绝缘层剥落、龟裂和磨 损,容易受吸潮污损的影响,致使绝缘电阻 下降和破坏绝缘。对于轧钢用直流 电动机,文献l提出了热老化率(DT)、热循环 老化率(DH)、振动 老化率(D。)及总老化率灼计算公式,即D=DT+D打+D犷(1)_,。IE、,n一一D,、二KTx夕气一俞)“(%)(“)式中K:一一热 老化 系数,K:=3.0X1 0.E一一活化能,E二924 00(J/mol)R一一气体常数,R 二8.4J /(mo l ) )T一一绕组温!短(K)t一一老化11寸 间(h): ;3 6。【l一摹耗黔特月x(工作年数)D“=K, 1 .T.L。Lo

14、gN(%)( 3) 式;卜KH一一热循环 老化系数.K,二6.SX1 0一5T一一绕组 溢升(毛 ) L。一一电枢铁心沃,(mm)N一一热循环次数1一,一。人一灿、 N二365义一.、_气、。.又(l_作年数) 朽,l几J三 牛专1IIJJrllD;,=K,二G一(logm)“(几石)(4)式中K,一一振动老化系数,K,=1.1x10一“a一一振动老化促进 系数,a“1 2G一一轧件啮入 时的 振动加速 度,振 动 )男间平均取G“0.2 7m一一振动次数,二二1 40MM一一轧件啮入次 数M二(钢块轧制次数)x累识总生 产 最 钢块重 欣文献“ 1介绍 了劝_ 二述 公式的唯证结果。表3列出

15、了试样和试验结果,表4列出 了衰5被 试 电 机 项目A轧厚板件毒B车 L厚板件霉 50 007507400初始特性规格用途功率(kw)电压(V)电流(A)转速(r/min)工作年数(年)电 机) 50 0 07 5 07 40 050/10 015铝热轧2 2507 50339030/7017一。|一剔|!电枢绕组破坏电压试脸结果试件数n平均 老化串又(%) 标准偏差口.(%)4441。9。衰4 、谈之、项目典述皇酬_老化!A、B老化履历老 化率C老 化履历老化率热老化率D,(%)T=367(K)t=88676(h)一T一525(k)t=1 06371(h )热循环老化率珑(%)T=89( )L。=164 0(m m)N=74 5T=44()二17 50(扭m)=124116。2L aN振动老化班Dr (%)总老化本D(%)M=2。5x10,1了。148。2M=5。3x10.23。4(1)(4)式计算的结果、可见 两者儿乎一致。2.大功率交流 电动机 故障原因分析I”大功率高压交流电动机绝 缘老化 主要心 因和老化现象如表5所示。衰5襄Z. . .闷 . .,户,目 曰 卜 目 . . 口 , 叫 . ., , . . 目 . ., , 卜, . 一缺 缺陷类别-一一,一 1数量13。4竺唾丝机, 力善肇 竺拿_矍_污损暑乡篡鬓局部放电电蚀,爬电痕迹 树林状老化,龟