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笼型感应电机广泛应用于工农业生产以及人们的日常生活,因此保障电机安全可靠地运行至关重要。转子断条故障是一种常见的故障类型,国内外研究人员利用定子电流特征量实现了故障诊断及在线监测。断条故障会引发电机内多种物理场的畸变,如电磁场、温度场、应力场等。本文从电机电磁场出发,分析电机发生断条故障前后电磁力波的变化特征,计算由此而引发的电磁振动特性,并找出故障特征量。 以一台Y80-2笼型感应电动机为例,分别建立了健康电机和转子断条电机的二维有限元模型,并进行瞬态电磁场计算,得到了时空变化的气隙磁密波并与实验测量值进行了比较。基于麦克斯韦应力方程计算了电机健康及断条故障运行时气隙中的电磁力波,综合运用二维快速傅里叶变换、频谱分析比值校正等方法对电磁力波的阶数、频率和幅值进行了详尽计算和分析。同时利用传统公式计算了气隙磁密波以及电磁力波的阶数和频率,与数值计算的结果进行了比较,得出了电机断条前后电磁力波的一些变化规律。 采用锤击法进行模态试验,试验对象包括不带绕组的定子、带有未浸漆绕组的定子、带有浸漆绕组的定子、带有去掉端部绕组的定子以及整机,同时保证所有试验模型的定子均为同一个定子。通过试验测得的加速度频响函数的幅值和相角判定了定子径向二阶固有频率。基于模态试验结果分析了绕组浸漆前后定子固有频率的变化以及端部绕组对定子固有频率的影响。用有限元法分别计算了不带绕组定子及去掉端部绕组定子的固有频率;建立了试验样机的三维全域有限元计算模型,并且在转子和轴承连接处施加了约束条件,充分考虑了转子对电机模态的影响,计算与试验结果进行了比较,并且讨论了转子、端盖和机壳对定子模态的作用。 建立了电机瞬态动力学计算的三维有限元模型,以瞬态电磁场计算的电磁力作为载荷循环加载到定子齿内表面,分别对健康电机和断条故障电机进行瞬态动力学响应计算。提取电机机壳上方某点的振动位移并对其进行频谱分析,最后找出由转子断条故障引发的振动特征量。