電動機故障分析及維修

張 紅 啟

（撫順石化公司工程建設指揮部設備部，遼寧 撫順 113008）

電動機故障分析及維修

張 紅 啟

（撫順石化公司工程建設指揮部設備部，遼寧 撫順 113008）

從介紹三相異步電動機的應用特點及工作原理入手，闡述了電動機繞組燒壞原因及采取的措施，對一相或兩相繞組燒壞（過熱）過程進行了系統分析，結合電動機維修的實例及工作經驗，在實踐的基礎上提出了電動機維修方法及注意事項。

電動機； 繞組； 燒壞； 故障； 維修

在生產裝置中電動機是必不可少的設備之一，所有泵、風機類的轉動設備都需要電動機來做拖動。也可以說，離開了電動機連續穩定的生產就無從談起。據故障維修記錄的分析統計：電動機運行中的故障多屬于電氣故障，分析原因多為缺相運行、匝間短路、過載運行、繞組接地，其次是電動機維護不良（電動機進水、軸承缺油、通風不暢等）、檢修不當（軸承拆裝不當、缺陷消除不徹底、密封不良、附件不全等）、機械加工精度不符合要求、運行環境惡劣等原因所導致［1］，再次定、轉子摩擦及斷條等機械故障方面的問題。

1 三相異步電動機的工作原理

電動機是利用電磁感應原理工作的機械，它應用廣泛，種類繁多，性能各異，分類方法也很多，目前廣泛應用的異步電動機具有結構簡單，堅固耐用、運行可靠、維護方便、啟動容易、成本較低等優點。

三相異步電動機工作原理：三相異步電動機定子鐵心上嵌有對稱的三相繞組，當繞組中通一對稱的三相電源后，在定子轉子之間的氣隙中建立以同步轉速n1旋轉的旋轉磁勢，轉子導條被這旋轉磁場磁力線切割，根據電磁感應定律，轉子導條內會感應產生感應電動勢，因為轉子導體已構成閉合回路，轉子導體便有電流流過，載流的導體在磁場中必然會產生電磁力，電磁力的方向用左手定則來確定，由圖1可知轉子所有導體受到電磁力的作用產生一個電磁轉矩，于是轉子就跟著旋轉磁場旋轉。如果轉子與生產機械相連接，電動機將克服負載轉矩做功，從而實現了電能與機械能量的轉換［2］。

圖1 電動機工作原理Fig. 1 Motor working principle

2 電動機繞組燒壞原因分析及措施

電動機在運行中一方面由于繞組絕緣受機械的振動（啟動時大電流沖擊，拖動設備振動，電動機轉子不平衡等）作用，從而造成繞組出現匝間松弛、絕緣裂紋等不良現象，破壞效應不斷累積［3］，加速了絕緣老化而導致最先碳化的絕緣破壞直至燒壞繞組。另一方面電動機長時間過載及過熱運行，繞組絕緣老化加速，絕緣最薄弱點碳化引起匝間短路、相間短路或對地短路等現象使繞組局部燒壞［1］。采取的措施如下：

（1）盡可能避免頻繁的啟動，特別是高壓電動機。一般來說，在冷態時可連續啟動2次，在熱態時可啟動1次。

（2）保證被拖動的設備和電動機振動值在規定范圍內。二極電動機的振動值不超過0.05 mm，四極電動機的振動值不超過0.085 mm，六極電動機的振動值不超過0.10 mm。

（3）電動機檢修時不準任何剛性物體碰及繞組，電動機轉子抽芯時必須將轉子抬起，杜絕定、轉子鐵芯相互磨損及擦傷［3］。

（4）盡量避免電動機過載運行，合理選擇及設置保護。

（5）電動機通風散熱良好，其進風、出風口保持暢通，機身干凈。

（6）電動機振動嚴重時需要對轉子做動平衡試驗。

由于電動機密封不良造成電動機內部進水或者進入帶有腐蝕性的氣體使電動機繞組絕緣受到浸蝕，導致絕緣最薄弱點或最嚴重部位發生匝間短路、相間短路或一點對地短路現象，從而造成電動機繞組局部燒壞［1］。采取的措施如下：

（1）盡量消除設備的跑滴漏，避免設備密封的腐蝕。

（2）檢修時要注意搞好電動機每個部位的密封，可在各法蘭涂少量的704密封膠，在螺栓上涂抹油脂，必要時接線盒等處加裝防滴濺盒［3］，最好是給電動機加做保護罩，選型時選防護等級高的接線盒。

（3）電動機小修及中修的周期要縮短，發現問題及時進行處理。

由于軸承損壞、軸彎曲等原因致使定、轉子摩擦（俗稱掃膛）引起鐵心溫度急劇上升，燒壞槽絕緣、匝間絕緣，從而造成繞組匝間短路或對地短路，嚴重時造成定子鐵心倒槽、錯位、軸承磨損、端蓋報廢等［1］。

一相或兩相繞組燒壞（或過熱）原因分析：

舉例來說：假設三相異步電動機繞組為△接法時，電動機不論何種原因缺一相A后造成轉速下降，滑差變大，A、C兩相變為串聯關系后與另一相 B并聯，在負荷不變的情況下，B相電流過大，由于在運行中電動機氣隙中產生的是三相諧波成分較高的橢圓形旋轉磁場，電動機缺相后仍然能轉動，只是磁場發生畸變，有害電流成分急劇增大，長時間運行將導致B相繞組過熱而燒壞。同理三相異步電動機繞組為Y接法時，電源缺一相A后電動機仍然可以繼續運行，但是轉速明顯下降，轉差變大，這時A相繞組開路，B、C兩相繞組變為串聯關系且通過電流過大，長時間運行導致兩相繞組同時燒壞。然而停止轉動的電動機缺一相電源合閘時，一般只會發出嗡嗡聲而不能啟動，因為電動機通入對稱的三相交流電會在定子鐵心中產生圓形旋轉磁場，當缺一相電源后，定子鐵心中產生的是單相脈動磁場，它不能使電動機產生啟動磁場，所以電源缺相時電動機不能啟動［1］。

3 電動機繞組修理時的處理程序

繞組是電動機進行電磁能量轉換與傳遞，實現電能轉化為機械能的關鍵部件，也是電動機最重要的組成部分，還是電動機最容易出現故障的部分［4］，在電動機的維修作業任務中大多屬繞組修理，電動機的維修質量直接關系到電動機的運轉性能指標。通過多年的工作實踐總結了電動機維修的方法，概括來說就是一看二慢三通過四試驗的工作步驟。

舉例來說：撫順石油一廠石蠟成型車間的石蠟成型設備引進美國，有 1臺鋁合金外殼型號為1LA71334AA西門子產的四極7.5 kW電動機定子繞組絕緣燒毀。西門子電動機繞組型式為單雙層繞組，這種繞組綜合了單層和雙層繞組的一些優點，它既保留了雙層短距繞組能夠削弱諧波磁動勢及減少部分電磁噪聲，改善起動性能的優點，又具有單層繞組無需層間絕緣、槽滿率較高、線圈數目少等特點［4］。此外，比起同樣節距的雙層繞組或單層交叉繞組更能節省銅線。不足之處在于不能如短距雙層繞組那樣可采用單一規格的線圈，而必須繞制匝數不同、節距不等的單層和雙層兩類線圈，給繞組的制作工藝帶來一些不便，節距整圈取8（1-9）、半圈取6（1-7）且整圈的匝數是半圈匝數的一倍，整圈嵌單層，半圈嵌雙層，同心式。嵌線順序：先嵌半圈，向后退一槽嵌整圈。嵌好二槽后，向后退空一槽，再同樣嵌二槽，依次類推。接線圖如圖 2所示。

圖2 西門子電動機單雙層繞組接線Fig. 2 Single-double layer winding connection of Siemens motors

國內類似的電動機型號為Y-132M- 4，查維修手冊數據如下：功率7.5 kW、定子鐵心長度160 mm、定子外徑210 mm內徑136 mm、每槽線數35、繞組型式單層交叉式、并聯支路數1、并聯根數2根、線規Ф1.06 mm、節距大圈2（1-9）小圈1（1-8）、定子槽數36、電壓380 V、接線方式△、額定電流15 A、空載電流5.4 A［4］，與西門子電動機數據類似。于是我把西門子電動機單雙層繞組改成國內的單層交叉式繞組電動機。

電動機的維修過程如下：

（1）拆除定子繞組之前，應先弄清線圈之間的連接關系，記清線圈連接頭在電動機的哪一端，記下線圈的節距及線圈在兩端伸出的長度。拆除線圈時要小心定子鐵心，特別是槽口部分比較容易變形損傷。線圈全部拆卸后，應仔細用鐵刷清理干凈槽內殘余的絕緣物，以免重新下線時槽內空間不夠用。如無修理手冊可查，則應測量導線的直徑和記下并弄清每類線圈的匝數。這就是所說的一看：在于詳細記錄電動機的銘牌數據，在拆電動機時要記清繞組型式、線圈節距、導線規格、并繞根數、并聯支路數、每槽導體數，在經過與電動機繞組修理圖書對比分析和測量有關的數據后安排下一步的工作。

（2）選擇繞線模的尺寸一定要適當，可先用一根導線在繞線模上繞幾匝線圈，然后將線圈放在鐵心槽中看它兩端伸出的長度是否與原先相符合，如相差較多，則必須調整繞線模的尺寸。如果繞制的線圈過小將造成嵌線很困難，線圈過大會浪費導線還會使端部漏磁增多，影響電動機的性能。繞線機使用時擰緊固定螺絲，以免打滑影響計數器的準確性，繞線過程應避免線的交叉以減少嵌線時的困難。線圈繞好后松開固定螺栓以方便線圈取出來，取出線圈以后把引出線整直套上塑料管，線圈的寬度要壓縮的比電動機內徑稍微小一些，直線部分也捏扁便于嵌線。

嵌線時為了使繞組端部整齊，嵌線時下完一個線圈節距之前的各個線圈的上層邊還不能下到槽內，應將所有未下到槽內的上層邊吊起來，將已下到槽內的線圈端部用橡皮榔頭將它整形成喇叭口的形式，當全部下層邊下到槽內以后將上層邊吊起的導線放下，理直導線將其捏扁用劃線板在線圈的兩側劃導線到槽內。用壓線板壓實導線時不能用力過大，要反復從槽頭壓到槽尾，壓好后用剪刀剪去多余的槽絕緣材料，用劃線板折合槽絕緣，用壓線板壓實后用楔子封槽口，然后用橡皮榔頭輕敲整形。對線圈端部進行整形并插入相間絕緣，相間絕緣紙的形狀和尺寸要通過試插以后進行修改，以保證線圈端部互不接觸而又不影響端部的包扎。

嵌線過程要按定子繞組展開圖和電動機的引出線位置來確定引出線的槽號，選好起嵌槽的位置以后，按以下順序進行嵌線：假設選定第1、36槽為起嵌槽，把U相兩個大線圈的下層邊（由于該線圈的端部是被壓在其他線圈下面的，故稱下層邊）依次嵌入第1、36槽，上層邊吊起不嵌；后退空一槽（第35槽），把W相小線圈的下層邊嵌入第34槽，上層邊也吊起不嵌。后退空二槽（第 33、32槽），把V相兩個大線圈的下層邊嵌入第31、30槽，并按照大線圈的節距y=8（1-9）槽將上層邊嵌入第3和第2槽。在后退空一槽（第29槽），將U相小線圈的下層邊嵌入第28槽，并按小線圈的節距y=7（1-8）槽，把上層邊嵌入第35槽。按照空兩槽嵌兩槽、空一槽嵌一槽交替輪換后退的方法，依次將其余線圈嵌完。最后把U相和W相尚未嵌入的上層邊（吊把邊）嵌入第9、8和第5槽，整個繞組即全部嵌好。相序分布如表1所示。

表1 電動機三相相序分布表Table 1 Distribution list of motor three-phase sequence

由表1知U相起始端為36，接線順序為9-17、10-18、27-35、28為U相出線端；V相起始端為30，接線順序為3-29、22-12、21-11、4為V相出線端；W相起始端為6，接線順序為15-23、16-24、 33-5、34為V相出線端。接線圖如圖3所示。

圖3 電動機單層交叉式接線Fig. 3 Connection of motor single layer alternative coils

全部線圈下完后分清三相進行接線。端部相間絕緣墊好后將端部扎緊以便包扎端部，用細繩包扎端部后在適當整形，使線圈端部不接觸機座和端蓋又不妨礙轉子的放入，使在浸漆處理之后就成為一個整體。這就是所說的二慢：慢是工作中要做到穩、細、輕、精，電動機的定子線圈重繞工作是一項慢又穩的精細工作。在繞線圈時一定要細心計數，既不能多繞也不能少繞，否則會出現三相電流不平衡而影響電動機維修的質量和壽命。繞組的嵌線是一步要求慢而輕的工作，要求的關鍵是要保證繞組的位置和次序要正確，絕緣要良好不損壞，以保證電動機的使用壽命。繞組的接線更是慢而細致的工作，繞組的接線決定磁極性能，繞組內的電流方向要使電流相加而不能抵消，這兩慢要求細心的工作，切忌求快。

4 檢查與測量

重繞的電動機繞組在浸漆前必須進行檢查與測量，發現問題及時改正，浸漆前的檢查及測量有以下幾個方面：

（1）檢查繞組線圈之間的接線是否正確，起始端和出線端引出線的位置及標志是否正確。

（2）檢查各相繞組是否斷路。測量各項繞組的直流電阻是否相等（其相差不應超過平均電阻值的±4%）。

（3）用兆歐表測量相繞組之間，相繞組與地之間的絕緣電阻是否合格，盤動轉軸檢查是否靈活自如。

（4）用短路偵察器檢查繞組是否有短路的地方。通過檢查與測量后，新繞的定子線圈進行浸絕緣漆后用烘箱烘。這就是所說的三通過：通過各種檢查與測量符合規定的標準，繞組絕緣值要達到500 MΩ以上。

5 通電試驗

裝配好電動機，接上電源線進行空載試驗，空載運行時間為2 h，并5 min記錄一次電動機的空載電流和電壓。在電動機試運行時注意旋轉的方向，旋轉磁場的旋轉方向和電源的相序有關，要使旋轉磁場反轉，只要改變通入定子繞組的電源相序，即只要把接到定子繞組上的任意兩根電源相線換接即可。試驗時集中注意力，一出現異常現象應立即切斷電源。其步驟如下：

（1）看、聞、聽、摸。看軸承是否平穩、輕快，聞有否異味，聽聲音有否異常，摸電動機溫度是否過高，若有問題，應立即切斷電源。

（2）測量三相空載電流是否過大或過小，任一相空載電流與三相電流的平均值的偏差不應超過±10%，否則查明原因，予以分析。

（3）核對轉速是否符合標準，誤差是否在規定范圍之內。

這就是所說的四試驗：在以上幾項試驗中，如發現問題，及時采取措施處理。以上是我在維修電動機中的態度和思想上的認識、自我約束的一種有效的方法，用得好就會減少返工和不必要的麻煩，就會把工作做得完美。

6 結 論

通過對三相異步電動機工作原理的分析入手，重點分析電動機繞組燒壞原因及采取的措施，結合型號 1LA71334AA 西門子電動機改成國產Y-132M-4電動機的實例，在此基礎上對電動機維修時的工作步驟、方法及維修時的注意事項等作了通俗詳細的介紹。在今后的工作中要認真地學習電動機理論知識和基礎知識，不斷提高自身的專業技術水平，并付諸實踐，一定能收到良好的效果。

[1] 王艷.三相異步電動機電機啟動常見故障分析與處理[J].漣鋼科技與管理,2009(3)：20-23.

[2] 李守忠，陳寶生，應彬，等.維修電工[M].北京：化學工業出版社，2004.

[3] 黨晶晶.電動機燒毀原因及對策分析[J].科技信息,2010(4):314.

[4] 劉一平，許上明.電動機繞組修理[M].上海：上海科學技術出版社，1997.

Fault Analysis and Maintenance of Motor

ZHANG Hong-qi
（Fushun Petrochemical Engineering Construction Company Headquarters Depot, Liaoning Fushun 113008，China）

Application characteristics and working principle of three-phase asynchronous motor were described. Reasons of the motor winding burnout were discussed as well as corresponding measures. Windings burnout course (overheating) of a phase or two-phase was systematically analyzed. Combined with examples of motor repair and work experience, maintenance methods of motors and some precautions were proposed.

Motor; Winding; Burnout; Breakdown; Maintenance

TM 307

A

1671-0460（2011）02-0198-04

2010-12-24

張紅啟（1979-），男，工程師，河南遂平人，電氣工程師，注冊安全師，一級建造師，2003年畢業于鄭州輕工業學院電氣工程及其自動化專業，現從事撫順石化公司工程建設指揮部設備部電氣管理工作。E-mail:zhq123@petrochina.com.cn。