[发明专利]鼠笼型异步电机转子导条故障注入方法及故障注入器

说明书

本发明涉及电机技术领域，公开一种鼠笼型异步电机转子导条故障注入方法及故障注入器，以模拟导条在温度影响下整个裂纹演变阶段的性能退化规律，为异步电机导条故障提供真实可靠的仿真环境。本发明的方法包括：建立异步电机转子导条从裂纹出现至完全断裂全过程的损伤断裂程度与电阻值之间的关系，同时考虑温度因素对裂纹演变的影响，得到转子导条电阻在温度影响下的故障演变规律；确定发生导条故障后，异步电机多回路数学模型中发生变化的矩阵元素，以与导条故障向对应的导条电阻替换正常情况下的导条电阻，建立温度影响下异步电机转子导条故障的多回路数学模型，以供求解并实施故障注入。

技术领域

本发明涉及电机技术领域，尤其涉及一种鼠笼型异步电机转子导条故障注入方法及故障注入器。

背景技术

异步电机作为牵引传动系统中的重要组成部分，其异常工作会影响系统的稳定运行。由于在启动、制动时转子导条承受的机械应力和热应力过大，以及转子自身在制造过程中存在的缺陷，使其容易出现断裂等故障。统计表明，转子导条故障占电机故障的10％左右。

当一台异步电机出现转子导条故障后，继续运行会使得邻近的导条流过更大的电流，承受更大的热应力和机械应力，从而造成更多的导条断裂，加剧振动、噪声及电流波动等现象。因此，若电机出现导条故障应立刻停机检修，避免故障进一步加剧。因此，对于异步电机的导条故障研究已经成为热点。

一根转子导条寿命是指其从投入运行至完全断裂所经历的时间。从疲劳破坏的机理分析，转子导条的总寿命是由两部分组成，其一是从投入运行至裂纹出现所经历的时间t_a，其二是初始裂纹在热应力作用下逐渐扩展直至完全断裂所需要的时间t_b。从断裂力学的裂纹扩展理论分析，t_a远远小于t_b，即一根转子导条在绝大部分寿命期间内都处于裂纹演变阶段。

对于大多数金属材料，当所处环境温度超过其自身熔点的25％时，会出现明显的蠕变变形，加速裂纹扩展。高速铁路异步电机在高速运转时，电机转子内部环境温度已超过了蠕变门槛温度。目前研究中针对异步电机导条故障的模拟一般为模拟整根完全断裂，无法模拟单根导条在温度影响下整个裂纹演变阶段的性能退化规律。

多回路数学模型被用来进行电机的暂态分析，由于可以对转子笼进行深入的建模，反映单根转子导条的性能。然而目前尚未见到运用多回路数学模型理论的思想进行异步电机的导条故障注入，模拟单根导条从裂纹出现到完全断裂的演变规律。因此，需设计一种基于多回路数学模型的异步电机导条故障注入方法，提高导条故障注入的真实性和有效性，为异步电机导条故障注入提供真实可靠的仿真环境。

发明内容

本发明目的在于公开一种鼠笼型异步电机转子导条故障注入方法及故障注入器，以模拟导条在温度影响下整个裂纹演变阶段的性能退化规律，为异步电机导条故障提供真实可靠的仿真环境。

为实现上述目的，本发明公开了一种鼠笼型异步电机转子导条故障注入方法，其特征在于，包括：

步骤一：对异步电机转子笼中形成的电流支路进行独立分析，建立正常情况下异步电机多回路数学模型；

步骤二：建立异步电机转子导条从裂纹出现至完全断裂全过程的损伤断裂程度与电阻值之间的关系，同时考虑温度因素对裂纹演变的影响，得到转子导条电阻在温度影响下的故障演变规律；

步骤三：确定发生导条故障后，异步电机多回路数学模型中发生变化的矩阵元素，以与导条故障向对应的导条电阻替换正常情况下的导条电阻，建立温度影响下异步电机转子导条故障的多回路数学模型；

步骤四：构建牵引电机转子导条故障注入器，根据温度影响下异步电机转子导条故障的多回路数学模型求解并实施故障注入。

优选地，所述步骤一包括以下子步骤：