CN106547988B - 多故障耦合模拟实验的笼型异步电动机结构设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多故障耦合模拟实验的笼型异步电动机结构设计方法，所述结构设计方法包括转子断条故障模拟和气隙偏心故障模拟，以及断条与偏心多故障耦合模拟，并通过在浇注笼型转子时加入绝缘垫片制作含有裂缝的转子，通过在轴承内外圈上安装偏心套模拟静偏心和动偏心故障。本发明能够模拟不同类型、不同故障程度时的单一和耦合故障，为验证电动机故障理论提供实验参考数据。

Description

多故障耦合模拟实验的笼型异步电动机结构设计方法

技术领域

本发明涉及一种异步电动机多故障耦合模拟实验的结构设计方法，特别是一种用于对笼型异步电动机多故障耦合实验的结构设计方法。

背景技术

电机在长期运行过程中往往会因为过载、装配不当等原因出现转子断条和气隙偏心等故障。转子断条故障多为导条受电动力矩的作用或人为作用而发生断裂。气隙偏心又可分为静态偏心、动态偏心和混合偏心。静态气隙偏心是指定转子不同心，转轴以转子中心为旋转中心；动偏心是指定转子不同心，转轴以定子中心为旋转中心；动态偏心会诱发静态偏心，所有两种偏心故障往往同时存在，即混合偏心，混合偏心时转轴中心为定子中心和转子中心之外的一点。而当转子发生断条故障时，本身也会造成气隙偏心。因此，在实际运行中，转子断条与偏心故障往往是耦合存在。此耦合故障会恶化电机的运行条件，甚至引起定转子碰磨，严重时可导致停机。对此类故障进行实验分析具有一定的实际意义。

国内外也有一些专利是介绍异步电动机故障实验方法的。其中，转子断条故障实验是在转子导条上打孔模拟转子断条故障，这与实际断条情况存在较大的差异；而气隙偏心故障实验都是通过移动定子端盖来模拟静偏心故障，虽然可以设置故障程度，但是无法模拟动偏心以及混合偏心故障，也无法模拟断条与偏心耦合故障。鉴于此，设计一种可以模拟断条与偏心单一故障及耦合故障，并能够量化故障程度的实验方法，从而为笼型异步电动机复杂故障的监测与诊断提供基础，具有重要实用价值。

发明内容

本发明的目的是提供一种多故障耦合模拟实验的笼型异步电动机结构设计方法，经结构设计后的电动机既能模拟转子断条和气隙偏心单一故障，又能模拟两种单一故障同时存在的耦合故障，且能调节不同故障程度。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案如下。

一种多故障耦合模拟实验的笼型异步电动机结构设计方法，所述结构设计方法包括转子断条故障模拟结构设计、静偏心故障模拟结构设计、动偏心故障模拟结构设计、混合偏心故障模拟结构设计以及断条和偏心耦合故障模拟结构设计；

所述转子断条故障模拟结构设计是通过在转子模具的导条中增置有绝缘垫片模拟转子断条故障，具体模拟实验结构设计方法如下：

（1）根据转子模具参数，制作与转子导条直径相同的绝缘垫片；

（2）在转子模具的导条中置入所述绝缘垫片；

（3）按现有工艺流程浇注转子，使得绝缘垫片完全嵌入在转子导条中；

（4）对所述转子进行偏心校正，使转子为断条但不偏心的故障转子，通过绝缘垫片将转子导条***为电气绝缘的两部分来实现转子断条故障的模拟；

所述静偏心故障模拟结构设计是通过在轴承外圈上安装有偏心套进行模拟，其具体模拟实验结构设计方法如下：

（1）根据原配轴承尺寸，选择同类型静偏心轴承，尺寸应满足：，；

（2）偏心外套尺寸为 ；

（3）根据电机平均气隙尺寸，计算不同静偏心度的偏心距离；

（4）按照所述偏心距离，加工不同偏心度的偏心外套；

（5）设计挡圈以匹配原轴承端盖的设计参数，计算静偏心轴承和原配轴承厚度差，挡圈宽度，其中，挡圈内径大于轴承内径；

（6）将偏心外套嵌套在轴承外圈，并与挡圈串连安装在轴承端盖中，以使转轴旋转中心与转子中心一致，实现静偏心故障模拟；

所述动偏心故障模拟结构设计是通过在轴承内圈上安装偏心套，并改变偏心套的偏心距离，实现不同偏心度的动偏心故障模拟，具体模拟实验结构设计方法如下：

（1）根据原配轴承尺寸，选择同类型动偏心轴承，尺寸应满足：

；

（2）偏心内套尺寸为；

（3）根据电机平均气隙尺寸，计算不同动偏心度的偏心距离；

（4）按照所述偏心距离，加工不同偏心度的偏心内套；

（5）挡圈宽度；

（6）将偏心内套嵌套在轴承内圈，并与挡圈串连安装在轴承端盖中，以使转轴旋转中心与定子中心一致，实现动偏心故障模拟；

所述混合偏心故障模拟结构设计是通过在轴承内外径上分别安装有偏心内套和偏心外套进行模拟，具体模拟实验结构设计方法如下：

（1）根据原配轴承尺寸，选择同类型混合偏心轴承，尺寸应满足：；

（2）偏心内套尺寸为；偏心外套尺寸为；

（3）根据电机平均气隙尺寸，分别计算不同静偏心度和动偏心度的偏心距离，；

（4）按所述偏心距离加工不同偏心度的偏心外套，按照所述加工不同偏心度的偏心内套；

（5）挡圈宽度；

（6）将偏心外套嵌套在轴承外圈，将偏心内套嵌套在轴承内圈，并与挡圈串连安装在轴承端盖中，以使转轴旋转中心为定子中心和转子中心之外的一点，实现混合偏心故障模拟；

所述断条和偏心耦合故障模拟实验结构设计方法如下：

（1）在异步电动机中将原配转子更换为断条转子，在转轴两侧安装带有偏心外套的静偏心轴承，并使两侧偏心外套的最小偏心位置在同一水平线上，以保证电机转轴不发生倾斜，则转轴的旋转中心为转子中心，实现转子断条与静偏心耦合故障模拟；

（2）在异步电动机中将原配转子更换为断条转子，在转轴两侧安装带有偏心内套的动偏心轴承，并使两侧偏心内套的最小偏心位置在同一水平线上，以保证电机转轴不发生倾斜，则转轴的旋转中心为定子中心，实现转子断条与动偏心耦合故障模拟；

（3）在异步电动机中将原配转子更换为断条转子，在转轴两侧安装同时带有偏心外套和偏心内套的混合偏心轴承，并使两侧偏心外套和偏心内套的最小偏心位置分别处在同一水平线上，以保证电机转轴不发生倾斜，则转轴的旋转中心为定子中心和转子中心之外的一点，实现转子断条与混合偏心耦合故障模拟。

本发明实现上述目的所采取的技术方案与现有技术相比，具有的优点与积极效果在于：本发明多故障耦合模拟实验的笼型异步电动机结构设计方法能够模拟不同故障程度的转子断条、静态偏心、动态偏心、混合偏心、断条与静偏心耦合故障、断条与动偏心耦合故障、断条与混合偏心耦合故障，实验操作简单，模拟过程直观，具有较好的灵活性和多变性，特别适用于大专院校以及科学研究。

附图说明

图1是本发明笼型异步电动机多故障耦合模拟实验结构设计方法框图。

图2是本发明断条鼠笼转子模型结构。

图3是现有原配轴承结构示意图。

图4是本发明静偏心轴承结构示意图。

图5是本发明动偏心轴承结构示意图。

图6是本发明混合偏心轴承结构示意图。

图中：1-转子端环；2-转子导条；3-绝缘垫片；4-轴承外圈；5-保持架；6-滚珠；7-轴承内圈；8-静偏心轴承偏心外套；9-挡圈；10-动偏心轴承偏心内套；11-混合偏心轴承偏心外套；12-混合偏心轴承偏心内套；B-轴承宽度；D-轴承外径；挡圈宽度；d-轴承内径；M-偏心套外径；m-偏心套内径；h-挡圈内径；H-挡圈外径。

具体实施方式

为了便于理解本发明的目的、技术方案及优点，下面结合附图对本发明的具体实施方式做出进一步的说明。

实施本发明上述所提供的一种多故障耦合模拟实验的笼型异步电动机结构设计方法的技术方案，包括转子断条故障模拟结构设计、静偏心故障模拟结构设计、动偏心故障模拟结构设计、混合偏心故障模拟结构设计，以及断条故障模拟和偏心故障模拟的耦合故障模拟结构设计；分别实施多故障耦合模拟实验的结构设计如下。

如附图2所示，实施转子断条故障的模拟结构设计是通过在转子模具的导条中添加绝缘垫片模拟转子断条故障，具体模拟实验结构设计方法步骤如下：

步骤一，根据转子模具参数，制作与转子导条直径尺寸相同的绝缘垫片；

步骤二，在转子模具的一根（或几根）导条中加入上述绝缘垫片；

步骤三，按照正常现有工艺流程浇注转子，使得绝缘垫片完全嵌入在转子导条中；

步骤四，对上述转子进行偏心校正，使转子为断条但不偏心的故障转子，实现转子断条故障的模拟。

如附图3所示，是原配轴承结构示意图，附图4是本实施例的静偏心故障模拟的静偏心轴承结构示意图，在本具体实施方式中，采用Y160M-6异步电动机的静偏心故障模拟作为实施例，其轴承型号为6309，静偏心故障模拟的具体模拟实验结构设计方法步骤如下：

步骤一，根据原配轴承尺寸，选择静偏心轴承，尺寸应满足以下要求：同类型，，，所述5mm的外径削减余量是为保证偏心圈的加工可行性，所述轴承宽度最小值是为保证轴承刚度满足电机运行要求；

步骤二，偏心外套尺寸为；

步骤三，根据电机平均气隙尺寸，计算不同静偏心度的偏心距离；

步骤四，按照所述偏心距离，加工不同偏心度的偏心外套；

步骤五，由于削减了轴承外径，轴承宽度也会减小，需要设计挡圈，以匹配原轴承端盖的设计参数，计算静偏心轴承和原配轴承厚度差，挡圈宽度，其中，挡圈内径稍大于轴承内径有利于拆卸方便，实现静偏心故障模拟。

如附图5所示是动偏心轴承结构示意图，实施动偏心故障模拟的具体模拟实验结构设计方法步骤如下：

步骤一，根据原配轴承尺寸，选择动偏心轴承，尺寸应满足以下要求：同类型，；

步骤二，偏心内套尺寸为；

步骤三，根据电机平均气隙尺寸，计算不同动偏心度的偏心距离；

步骤四，按照所述偏心距离，加工不同偏心度的偏心内套；

步骤五，挡圈宽度，实现动偏心故障模拟。

如附图6所示，是混合偏心轴承结构示意图，混合偏心故障模拟的具体模拟实验结构设计方法步骤如下：

步骤一，根据原配轴承尺寸，选择混合偏心轴承，尺寸应满足以下要求：同类型，；

步骤二，偏心内套尺寸为；偏心外套尺寸为；

步骤三，根据电机平均气隙尺寸，分别计算不同静偏心度和动偏心度的偏心距离，；

步骤四，按照所述偏心距离加工不同偏心度的偏心外套，按照所述加工不同偏心度的偏心内套；

步骤五，挡圈宽度，实现混合偏心故障模拟。

具体实施一种笼型异步电动机多故障耦合模拟实验结构设计方法如下：

步骤一、单一断条故障，在电机定子中装入断条转子，在转子两端安装相同的原配轴承，组装电机，可模拟单一的断条故障；

步骤二、单一偏心故障，在电机定子中装入正常转子，分别在转子两端安装相同的静偏心、动偏心、混合偏心轴承，并保证两组轴承的最小偏心位置相对于转轴处于同一点，组装电机，可模拟单一的静偏心、动偏心和混合偏心故障；

步骤三、断条与静偏心耦合故障，在电机定子中装入断条转子，分别在转轴两端安装相同的静偏心轴承，并保证两组轴承的最小偏心位置相对于转轴处于同一点，组装电机，可模拟断条与静偏心耦合故障；

步骤四、断条与动偏心耦合故障，在电机定子中装入断条转子，分别在转轴两端安装相同的动偏心轴承，并保证两组轴承的最小偏心位置相对于转轴处于同一点，组装电机，可模拟断条与动偏心耦合故障；

步骤五、断条与混合偏心耦合故障，在电机定子中装入断条转子，分别在转轴两端安装相同的混合偏心轴承，并保证两组轴承的最小偏心位置相对于转轴处于同一点，组装电机，可模拟断条与混合偏心耦合故障。

实施一种笼型异步电动机多故障耦合模拟实验结构设计方法的不同故障程度的实验模拟结构设计方法如下：

步骤一、不同断条数，在定子中装入含有不同断条根数的转子，可对不同程度转子断条故障进行实验；

步骤二、不同偏心度，在静偏心轴承外圈嵌套偏心距离不同的偏心外套，可对不同静偏心度故障进行实验；在动偏心轴承内圈嵌套偏心距离不同的偏心内套，可对不同动偏心度故障进行实验；在混合偏心轴承外圈嵌套偏心距离不同的偏心外套，内圈嵌套偏心距离不同的偏心内套，可对不同混合偏心度故障进行实验。

Claims (1)

1.一种多故障耦合模拟实验的笼型异步电动机结构设计方法，所述结构设计方法包括转子断条故障模拟结构设计、静偏心故障模拟结构设计、动偏心故障模拟结构设计、混合偏心故障模拟结构设计以及断条和偏心耦合故障模拟结构设计；

所述转子断条故障模拟结构设计是通过在转子模具的导条中增置有绝缘垫片模拟转子断条故障，具体模拟实验结构设计方法如下：

（1）根据转子模具参数，制作与转子导条直径相同的绝缘垫片；

（2）在转子模具的导条中置入所述绝缘垫片；

（3）按现有工艺流程浇注转子，使得绝缘垫片完全嵌入在转子导条中；

（4）对所述转子进行偏心校正，使转子为断条但不偏心的故障转子，通过绝缘垫片将转子导条***为电气绝缘的两部分来实现转子断条故障的模拟；

所述静偏心故障模拟结构设计是通过在轴承外圈上安装有偏心套进行模拟，其具体模拟实验结构设计方法如下：

（1）根据原配轴承尺寸，选择同类型静偏心轴承，尺寸应满足：，；

（2）偏心外套尺寸为 ；

（3）根据电机平均气隙尺寸，计算不同静偏心度的偏心距离；

（4）按照所述偏心距离，加工不同偏心度的偏心外套；

（5）设计挡圈以匹配原轴承端盖的设计参数，计算静偏心轴承和原配轴承厚度差，挡圈宽度，其中，挡圈内径大于轴承内径；

（6）将偏心外套嵌套在轴承外圈，并与挡圈串连安装在轴承端盖中，以使转轴旋转中心与转子中心一致，实现静偏心故障模拟；

所述动偏心故障模拟结构设计是通过在轴承内圈上安装偏心套，并改变偏心套的偏心距离，实现不同偏心度的动偏心故障模拟，具体模拟实验结构设计方法如下：

（1）根据原配轴承尺寸，选择同类型动偏心轴承，尺寸应满足：

；

（2）偏心内套尺寸为；

（3）根据电机平均气隙尺寸，计算不同动偏心度的偏心距离；

（4）按照所述偏心距离，加工不同偏心度的偏心内套；

（5）挡圈宽度；

（6）将偏心内套嵌套在轴承内圈，并与挡圈串连安装在轴承端盖中，以使转轴旋转中心与定子中心一致，实现动偏心故障模拟；

所述混合偏心故障模拟结构设计是通过在轴承内外径上分别安装有偏心内套和偏心外套进行模拟，具体模拟实验结构设计方法如下：

（1）根据原配轴承尺寸，选择同类型混合偏心轴承，尺寸应满足：；

（2）偏心内套尺寸为；偏心外套尺寸为；

（3）根据电机平均气隙尺寸，分别计算不同静偏心度和动偏心度的偏心距离，；

（4）按所述偏心距离加工不同偏心度的偏心外套，按照所述加工不同偏心度的偏心内套；

（5）挡圈宽度；

（6）将偏心外套嵌套在轴承外圈，将偏心内套嵌套在轴承内圈，并与挡圈串连安装在轴承端盖中，以使转轴旋转中心为定子中心和转子中心之外的一点，实现混合偏心故障模拟；

所述断条和偏心耦合故障模拟实验结构设计方法如下：

（1）在异步电动机中将原配转子更换为断条转子，在转轴两侧安装带有偏心外套的静偏心轴承，并使两侧偏心外套的最小偏心位置在同一水平线上，以保证电机转轴不发生倾斜，则转轴的旋转中心为转子中心，实现转子断条与静偏心耦合故障模拟；

（2）在异步电动机中将原配转子更换为断条转子，在转轴两侧安装带有偏心内套的动偏心轴承，并使两侧偏心内套的最小偏心位置在同一水平线上，以保证电机转轴不发生倾斜，则转轴的旋转中心为定子中心，实现转子断条与动偏心耦合故障模拟；

（3）在异步电动机中将原配转子更换为断条转子，在转轴两侧安装同时带有偏心外套和偏心内套的混合偏心轴承，并使两侧偏心外套和偏心内套的最小偏心位置分别处在同一水平线上，以保证电机转轴不发生倾斜，则转轴的旋转中心为定子中心和转子中心之外的一点，实现转子断条与混合偏心耦合故障模拟。