三相異步電動機(jī)起動異常的故障分析與探討

吳君線

(陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 西安 710300)

三相異步電動機(jī)起動異常的故障分析與探討

吳君線

(陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 西安 710300)

三相異步電動機(jī)是工業(yè)生產(chǎn)中使用最廣泛的驅(qū)動裝置。著重從電動機(jī)的負(fù)載、電動機(jī)的機(jī)械故障、起動方法及電氣接線等幾個方面來分析了三相異步電動機(jī)起動異常的故障特點(diǎn)以及故障原因。

三相異步電動機(jī);起動異常;故障特點(diǎn);故障原因

1 引言

在工業(yè)生產(chǎn)和人們的日常生活當(dāng)中，電動機(jī)是使用最廣泛的主要原動力和驅(qū)動裝置，其應(yīng)用之廣、數(shù)量之多、作用之重要可以說其他動力設(shè)備是不能相比的。隨著科技的進(jìn)步、生產(chǎn)的發(fā)展，電動機(jī)容量逐步增大，其組成的系統(tǒng)規(guī)模也越來越大、構(gòu)成亦更復(fù)雜，那么對電動機(jī)的可靠性要求就會越高。系統(tǒng)中一臺主要電動機(jī)發(fā)生故障可能會使整個系統(tǒng)崩潰，導(dǎo)致災(zāi)難性的事故，造成巨大損失。因此電動機(jī)故障預(yù)防和診斷就顯得尤為重要。本文著重討論分析三相異步電動機(jī)不能正常起動的故障原因。

2 電動機(jī)非正常起動的探討與分析

異步電動機(jī)是把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的設(shè)備［1］。其工作原理是:定子繞組輸入交流電后交流電產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場以一定的方式切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體，在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流，此感應(yīng)電流與磁場相互作用在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動轉(zhuǎn)子順著旋轉(zhuǎn)磁場方向旋轉(zhuǎn)，其軸端就會輸出機(jī)械能。在運(yùn)行過程中，其轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)數(shù)永遠(yuǎn)低于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)數(shù)，故稱為異步電動機(jī)。

電動機(jī)從開始起動到等速運(yùn)轉(zhuǎn)的過程稱為起動過程，小型電動機(jī)的起動過程只有幾秒，大型電動機(jī)的起動過程約為十幾到幾十秒，在此過程中電動機(jī)即要克服所帶機(jī)械的反作用轉(zhuǎn)矩，又要克服機(jī)械的慣性轉(zhuǎn)矩，勢必會產(chǎn)生較大的起動電流，但是過大的起動電流又會使電網(wǎng)電壓降低過多，要解決這個問題，就要根據(jù)具體情況采用不同的起動方法。［2］一般的起動方法有:全壓起動和降壓起動。前者是在電動機(jī)上直接加上額定電壓起動，此方法設(shè)備簡單，起動轉(zhuǎn)矩大，但起動電流大;后者是在起動時利用起動設(shè)備使電源電壓不會全部加于電動機(jī)繞組上，從而減小起動電流，但同時起動轉(zhuǎn)矩亦會減小。下面就電動機(jī)起動異常時的故障現(xiàn)象及產(chǎn)生原因作以分析。

2．1 負(fù)載過重

常用三相籠型異步電動機(jī)起動轉(zhuǎn)矩只有額定轉(zhuǎn)矩的1．5～2倍，若電動機(jī)的起動轉(zhuǎn)矩低于負(fù)載所需的起動轉(zhuǎn)矩就不能起動［3］。導(dǎo)致這種故障的原因，一種可能是所選電動機(jī)的容量過小;還有一種情況是被拖動的機(jī)械有卡阻現(xiàn)象:例如，風(fēng)機(jī)的軸彎曲，風(fēng)輪與外殼摩擦、葉片被異物堵塞等;水泵的軸彎曲，葉輪與泵殼摩擦，葉輪中堵有雜物、或水中泥沙過多等等，都可能導(dǎo)致電動機(jī)嚴(yán)重過載而不能起動;其次是電動機(jī)與工作機(jī)械裝配不當(dāng)。例如，在聯(lián)軸器傳動中電動機(jī)轉(zhuǎn)子和工作機(jī)械兩軸不同心、帶傳動中兩軸不平行、齒輪傳動中齒輪之間沒有很好的嚙合等等，都會產(chǎn)生一個非常大的附加力矩，從而導(dǎo)致電動機(jī)不能起動。

2．2 電動機(jī)的機(jī)械故障

若電動機(jī)在接通電源后，無法起動并且發(fā)出強(qiáng)烈的“嗡嗡”聲，這時很有可能是出現(xiàn)了轉(zhuǎn)子與定子相摩擦的機(jī)械故障，造成這種故障應(yīng)考慮的因數(shù):軸承內(nèi)套與電動機(jī)轉(zhuǎn)軸未及時保養(yǎng)，從而使間隙超過最大允許間隙;還有可能是定子繞組的某一部分出現(xiàn)斷路或短路，而使氣隙中的磁路不對稱，轉(zhuǎn)子受力也不對稱，久而久之轉(zhuǎn)子被拉向一側(cè)而與定子相碰;另外電動機(jī)自身如果出現(xiàn)軸承磨損、燒毀、滑動軸承斷油咬死、潤滑脂凍結(jié)、雜物堵塞等卡組現(xiàn)象，或高揚(yáng)程水泵用于低揚(yáng)程(壓水量增加)等等，都會使摩擦阻力增加導(dǎo)致轉(zhuǎn)動不靈活，特別是星—三角降壓起動，起動轉(zhuǎn)矩只有全壓起動的三分之一，遇到這種機(jī)械卡組電動機(jī)就更不容易起動了。

2．3 三相異步電動機(jī)一相斷線

電動機(jī)缺相斷線分為外部一相斷線和內(nèi)部繞組一相斷線，對星形連接與三角形的電動機(jī)是有區(qū)別的。［4］在星形連接時，不管是外部還是內(nèi)部一相斷線，完好的兩相繞組就會成為串聯(lián)，若外加的是380V的線電壓，那么每相繞組的電壓就從原來的220V降到190V(流過的電流就要超出正常值)，不能形成旋轉(zhuǎn)磁場，故不能起動如圖1(a)、(b);運(yùn)行中的電動機(jī)，一相斷線后運(yùn)行電流會比額定電流大許多，這個電流會使電動機(jī)繞組過熱以致燒毀。在三角形連接時，若外部一相斷線如圖1(c)，三相定子繞組被分成兩路，一路是兩相繞組串聯(lián)，另一路只有一相繞組，通過各繞組的電流基本是同一相位的，不能形成旋轉(zhuǎn)磁場，故不能起動;運(yùn)行中的電動機(jī)一相斷線，只有一相繞組的那一路中的電流大大增加，這一相繞組必然會燒壞;若內(nèi)部一相繞組斷線，如圖1(d)，三相繞組會形成一個開口三角形，三相電壓分別加于完好的兩相繞組，能夠形成旋轉(zhuǎn)磁場，但只有兩相繞組參加工作，電動機(jī)的功率降低了三分之一，在這種情況下，若負(fù)載很重，電動機(jī)將不能起動，若為輕載，電動機(jī)還能起動，但會引起其他不利影響。

所以，三相電動機(jī)缺相起動、運(yùn)行都是不允許的，否則將造成更大的故障。造成電動機(jī)缺相斷線原因應(yīng)從以下幾個方面考慮:刮風(fēng)下雨，造成電源導(dǎo)線一相接頭松脫或斷開;電源開關(guān)或起動設(shè)備的出頭燒傷、松動、接觸不良，造成線路一相不通電;電動機(jī)內(nèi)部線圈的接頭脫焊或其他原因，造成一相繞組斷路;熔斷器有一相熔體在安裝過程中受到機(jī)械損傷，雖然當(dāng)時未斷開，但在電動機(jī)通電起動運(yùn)行過程中受電流的電力作用而熔斷，造成電動機(jī)缺相運(yùn)行;配電變壓器高壓側(cè)或低壓側(cè)的熔斷器一相熔斷。

圖1 三相異步電動機(jī)一相斷線示意圖

2．4 電源電壓過低或過高

中小型三相異步電動機(jī)的額定電壓一般為380V，不管電源電壓過低或過高，電動機(jī)在起動運(yùn)行中都會發(fā)生故障。由于電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩M正比于電壓U(M∝U2)，當(dāng)電動機(jī)外加電壓過低時，其電磁轉(zhuǎn)矩M會急劇減少，若這一轉(zhuǎn)矩小于工作機(jī)械的起動轉(zhuǎn)矩電動機(jī)就不能起動。更為嚴(yán)重的是，如果負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變，運(yùn)行中的電動機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)會下降電流會增大，從而導(dǎo)致電動機(jī)的溫度升高，就有可能使電動機(jī)繞組燒毀;當(dāng)電源電壓過高時，電動機(jī)的激磁電流急速增大，電動機(jī)的發(fā)熱量增大而使繞組燒毀，而且電壓過高會危及電動機(jī)的絕緣壽命。在三相電源不平衡時，同樣會由于一相電壓過低或過高，導(dǎo)致電動機(jī)電流增大使得電動機(jī)發(fā)熱情況惡化，從而損毀繞組。

2．5 起動方法選擇不當(dāng)

電動機(jī)起動方法要根據(jù)電動機(jī)的功率大小、負(fù)載的輕重來進(jìn)行選擇，若選擇不當(dāng)就會出現(xiàn)故障，比如星形—三角形降壓起動雖然減少了電動機(jī)的起動電流，但同時又會使得電動機(jī)的起動轉(zhuǎn)矩降低到全壓起動的三分之一，因此這種方法只適用于空載或輕載起動，對于重載起動的生產(chǎn)機(jī)械就會出現(xiàn)不能起動或起動困難;對于自耦減壓起動器，若用二分之一全電壓起動，則起動轉(zhuǎn)矩就只有全電壓時的四分之一，如果電動機(jī)帶負(fù)載起動，就會因起動轉(zhuǎn)矩太小而延長起動時間，甚至不能起動。

2．6 電動機(jī)控制線路有故障

用接觸器、低壓斷路器、磁力起動器等直接起動的電動機(jī)，一般都是通過電氣線路控制來控制電動機(jī)動作，若控制線路有故障，開關(guān)合不上，那么電動機(jī)也不能起動。其次起動器內(nèi)部接線錯誤、電器觸頭接觸不良、或?qū)⑷切谓臃ǖ碾妱訖C(jī)錯接成星形接法等，都可能導(dǎo)致電動機(jī)起動不能起動。

3 結(jié)語

三相異步電動機(jī)不能正常起動的原因很多，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況遵循一電源二負(fù)載三電動機(jī)自身的順序作認(rèn)真分析找出故障原因。切記不能強(qiáng)行帶故障反復(fù)起動，特別是電動機(jī)在起動時出現(xiàn)聲音異常、轉(zhuǎn)數(shù)異常，應(yīng)立即切斷電源，在排除故障后方可起動，以防故障擴(kuò)大，造成事故。

［1］ 何利民．怎樣查找電氣故障［M］．北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1998．

［2］ 歷文?。妱訖C(jī)常見故障檢修［M］．北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2003．

［3］ 蔣世忠．電動機(jī)維修問答［M］．北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2010．

［4］ 沈裕鐘．電工學(xué)［M］．北京:高等教育出版社，1997．

［5］ 呂棟騰．普通臥式車床的電氣控制系統(tǒng)的PLC改造［J］．科技信息，2011(7):89．

Analysis and Discussion on Abormal Starting of Three Phase Asynchronocus M otor

WU Jun-xian
(Shanxi Institute of Technology Xi’an Abnormal Starting 710300，China)

Three phase asynchronousmotors arewidely used in practice of production．In this paper，we are going to talk about the features of fault and the reasons of fault about three phase asynchronousmotor abnormal starting．And we focus on themotor load，mechanical problem ofmotor，the startingmethod and motor wiring．

three phase asynchronousmotor;starting abnormal;the features of fault;the reasons of fault

TM34

B

1004－289X(2013)04－0009－03

2013－04－16

吳君線(1963－)，女，陜西西安人，實(shí)驗(yàn)師，研究方向:電工電子技術(shù)。