笼型感应电动机断条故障的有限元计算与分析

摘要

笼型感应电动机是各种生产过程中应用最为广泛的能量转换装置，保证它们在生产过程中安全可靠的运行具有重要意义。转子断条故障是这类电机的一种较难避免而又不易被检测到的常见故障。因此，了解笼型感应电机转子断条故障机理对防止感应电机运行中出现事故，保障安全生产具有重要意义。
　　本文首先根据电磁场理论建立Y802-2型三相笼型感应电动机二维电磁场的数学模型，并对其进行了有限元离散以及泛函分析，推导出总体方程；在基本假设和边界条件基础上，给出笼型感应电动机二维电磁场的求解区域，然后应用有限元并结合内外双收敛方法，对样机稳态运行进行数值计算，得出电机在转子完好、一根导条断裂、连续两根导条断裂、间隔一根两根导条断裂、间隔两根两根导条断裂及连续四根导条断裂六种情况下的磁场分布和导条所受电磁力的变化情况。为了考虑转子斜槽对电机特性的影响，应用多截面有限元法求解在上述各种故障情况下的转子导条电流。其次，利用时步有限元理论，建立了求解域内的场路耦合时步有限元方程，对样机的上述故障情况下的起动过程进行了仿真分析，并对多种断条故障下的定子电流进行了快速傅立叶分析，确定出其边频分量，得出一些有益的结论。最后对样机在转子完好、一根导条断裂、连续两根导条断裂这三种情况进行了实验，与计算结果相符，为电机故障诊断提供了理论依据。

目录

笼型感应电动机断条故障的有限元计算与分析

FINITE-ELEMENT CALCULATION AND ANALYSIS OF INDUCTION MOTOR WITH BROKEN BARS

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题背景

1.2 国内外研究现状

1.2.1 笼型感应电动机转子断条故障的理论分析方法

1.2.2 计算机仿真技术研究现状

1.2.3 电磁场方面研究现状

1.3 本文所研究的内容

第2章 笼型感应电动机断条故障分析的有限元方法

2.1 引言

2.2 笼型感应电动机涡流场计算的有限元方法

2.2.1 二维涡流场的边值问题

2.2.2 基本假设条件和基本方程

2.2.3 笼型感应电动机正弦时变场微分方程的求解

2.2.4 内外双收敛法

2.3 感应电动机瞬态分析的时步有限元方法

2.3.1 基本方程

2.3.2 电磁转矩和转矩方程

2.3.3 运行边界的处理

2.4 定转子回路和电机有效回路

2.5 本章小结

第3章 笼型感应电动机断条故障稳态计算与分析

3.1 引言

3.2 电机在故障状态下的磁场计算与分析

3.3 转子各导条电流的计算

3.3.1 多截面有限元计算方法

3.3.2 各导条电流计算结果与分析

3.4 感应电动机断条故障前后导条所受电磁力的计算与分析

3.5 本章小结

第4章 笼型电动机断条故障启动过程的计算与分析

4.1 引言

4.2 启动转矩及转速

4.3 启动电流数值计算与实验结果分析

4.4 定子电流的频谱分析

4.4.1 边频分量产生的机理

4.4.2 频谱分析

4.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

授权书

致谢