笼型感应电机断条故障时的转子受力计算与分析

摘要

笼型感应电机转子断条故障是一种常见故障。笼条热应力作用、转子电磁力作用、铸铝残余应力作用以及转子动态应力等因素中的一种或几种组合都可能导致笼条发生断裂。然而根据现有参考文献，这些因素对导致电机发生断条故障的影响程度并没有量化的分析。
　　本文从研究电机故障发生前后各物理场量变化规律的角度，利用有限元法对一台Y802-2型笼型感应电机在正常转子、断一根导条转子、断两根导条转子运行时的电磁场、转子温度场、转子电磁力、转子热应力分别进行了求解。
　　首先计算了电机在不同故障程度运行时的磁场分布，基于磁场结果对转子损耗进行求解，从而得到转子温度分布，将温度计算值与实验值进行比较以确认计算的准确性。接着，采用麦克斯韦张量法与洛仑兹力法相结合的方式，充分考虑了提高电磁力计算精度问题，利用磁场分布结果计算了作用在转子上的电磁力密度分布，根据三类电磁力密度分布特征和变化规律，总结了各类磁应力的作用集中区域，并且预估了轻微故障电机进一步可能发生断条的位置。最后，利用转子温度场结果对转子热应力进行求解，得到三种情况下鼠笼的冯米塞斯应力分布、位移分布及应力分量曲线，根据热应力分布结果对笼条结构进行了安全系数计算，给出推荐使用的脆性材料强度准则，提出了基于热应力载荷下笼条可能出现断裂的位置。
　　本文研究工作能够为故障诊断方法提供特征量参考。同时，分析转子电磁力、热应力这两个因素对断条故障的影响程度，亦可为后续研究断条故障的发生原因及故障发展过程奠定基础。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究的背景及意义

1．2 故障电机物理场研究现状

1．2．1 故障电机磁场研究现状

1．2．2 故障电机温度场研究现状

1．2．3 电机转子电磁力研究现状

1．2．4 电机转子热应力研究现状

1．2．5 断条故障原因及发展过程研究现状

1．3 故障发展过程研究的技术路线

1．4 本文研究的主要内容

第2章 电机在断条故障前后的磁场和温度场分析

2．1 样机参数与实验平台

2．2 磁场计算

2．2．1 磁场方程与边界条件

2．2．2 故障发生前后的磁场分析

2．3 温度场计算

2．3．1 热力学方程与边界条件

2．3．2 转子内热源的计算

2．3．3 散热系数计算

2．3．4 故障发生前后的温度场分析

2．4 本章小结

第3章 电机在断条故障前后的转子电磁力分析

3．1 电磁力算法的选择

3．2 笼型感应电机转子电磁力的分类

3．3 故障发生前后转子电磁力计算

3．3．1 电磁力计算步骤

3．3．2 保证计算精度的措施

3．3．3 转矩核对

3．4 故障发生前后的转子电磁力分析

3．4．1 转子径向力分布

3．4．2 槽一周法向力分布

3．4．3 导条洛仑兹力分布

3．5 本章小结

第4章 电机在断条故障前后的转子热应力分析

4．1 静力学方程与边界条件

4．2 转子在故障发生前后的形变与热应力分析

4．2．1 转子鼠笼形变分析

4．2．2 转子鼠笼热应力分析

4．2．3 转子鼠笼应力分量的分析

4．3 故障发生前后的转子安全系数计算

4．3．1 强度校核准则的选取

4．3．2 鼠笼结构的安全系数分析

4．4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢