電動機轉(zhuǎn)子故障的分析

霍波

摘要 電動機是工廠的主要運行設(shè)備，在實際運行中由于各方面的原因，電動機轉(zhuǎn)子易出現(xiàn)各種形式的故障，為此就電動機轉(zhuǎn)子的故障原因進行全面分析，找出存在的問題。根據(jù)電動機轉(zhuǎn)子的不同結(jié)構(gòu)，可采用多種方法進行檢測；至于轉(zhuǎn)子繞組的損壞，根據(jù)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，分成幾種情況，且根據(jù)其各種不同的形狀采用相應(yīng)的方法進行處理，使電動機能夠重新安全地運行。

關(guān)鍵詞 電動機 轉(zhuǎn)子故障

中圖分類號：G718.1 文獻標識碼：A 文章編號：1002-7661（2016）05-0003-02

我在學校工作的十幾年中，很多廠礦送了些電動機到學校進行修理，曾多次出現(xiàn)過轉(zhuǎn)子繞組斷路的情況，按時間先后摘錄幾例：2000年一臺給水泵電動機轉(zhuǎn)子繞組開路，銅條刮傷定子端部線棒絕緣；2001年一臺工業(yè)水泵電動機轉(zhuǎn)子短路環(huán)開路；2005年一臺供油泵電動機轉(zhuǎn)子開路。從中可見，基本都是380V、200kW以上的低壓電動機存在這種問題。因此，檢修人員對此類問題必須重點關(guān)注，每次對電機大修時，均要對轉(zhuǎn)子繞組作細微檢查，做到預(yù)防為主。在實際工作中，我們怎樣去發(fā)現(xiàn)問題以及采取何種對策去進行處理，是一個值得思考的問題，下面簡要介紹一下轉(zhuǎn)子故障的檢查及相關(guān)處理方法。

一、轉(zhuǎn)子故障的原因及檢查方法

所有異步電動機轉(zhuǎn)子繞組都是由鼠籠或繞線組成。鼠籠轉(zhuǎn)子繞組又分為銅條焊接和鑄鋁兩種。轉(zhuǎn)子的故障大多發(fā)生在鼠籠轉(zhuǎn)子的兩端。對于繞線式轉(zhuǎn)子的故障與定子繞組故障檢查的方法差不多，比較容易判斷和處理，在此不詳細討論。此處主要討論鼠籠式電動機的檢查方法。

1.鑄鋁轉(zhuǎn)子的檢查

電機運行時，根據(jù)其聲音和電流表的指示可初步判斷其情況。當判斷為存在故障時，在電機停運后，拆開電機，抽出轉(zhuǎn)子，此時主要檢查有無斷條、裂紋等缺陷。這是因為故障中斷條所占比例較多，而且這種故障一般是澆鑄工藝質(zhì)量差或頻繁起動受力過大所造成。對于這種情況用下面方法可查出：（1）定子通入三相低壓電流法。將轉(zhuǎn)子慢慢轉(zhuǎn)動，當電流表指針實然下降時，即可判斷該處為斷條處。（2）轉(zhuǎn)子導(dǎo)條通電流法。給轉(zhuǎn)子加20～30V交流電，在轉(zhuǎn)子上撒鐵粉，不吸鐵粉處即為斷條點，表明此處無電流通過，產(chǎn)生不出電磁場。不過這種方法應(yīng)盡量少用，因為鐵粉難于徹底清干凈，電機運行時極易引起接地短路或相間短路。（3）轉(zhuǎn)子斷條檢查法。如圖1所示，若鼠籠條是完好的，因為其等效電阻較小，故副邊繞組的端電壓值很小，而原邊電流卻比較大；若鼠籠條有斷裂則其電阻相應(yīng)變大，此時電壓值變大，原邊電流則相對較小。

2.銅條轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)和故障的原因

焊接鼠籠轉(zhuǎn)子是采用成型裸銅導(dǎo)體，兩端與銅端環(huán)焊接成繞組回路。籠條的截面多種多樣，有圓形、矩形、楔形等各種規(guī)格。端環(huán)通常鉆孔后與對應(yīng)銅條相連接。有些電機沒有鉆孔，只是表面相連焊，這種情況特別容易因應(yīng)力、電磁力等產(chǎn)生裂縫。對于2極高速電機，一般由于端環(huán)不是整塊銅料鍛成，其接焊縫焊接不良，在運行中受熱應(yīng)力容易造成開裂。此時，往往還會因銅甩出而刮傷定子繞組的端部絕緣層，引起相間短路或?qū)Φ囟搪贰ｃ~條斷裂大多發(fā)生在伸出鐵芯端靠近端環(huán)焊接處。斷裂的一般原因是由于長期受熱力和電磁力作用而產(chǎn)生疲勞損傷。比如起動過程中銅條上下溫差大，熱膨脹不勻；雙鼠籠條轉(zhuǎn)子的外籠條銅條密度太大，致使在起動瞬時溫升超高；起動時銅條的離心力和切向應(yīng)力作用使銅條受到朝向鐵心槽口方向的沖力；雙鼠籠銅條與鐵芯配合過松致使銅條在槽內(nèi)發(fā)生振動；冷軋銅條在焊接過程中受熱退火不勻而使機械強度降低等等，這些因素均可引起銅條或端環(huán)斷裂。

3.銅條焊接轉(zhuǎn)子的故障檢查

根據(jù)上述故障原因，可采用如下的檢查方法：（1）采用鑄鋁轉(zhuǎn)子故障的檢查方法和工具。（2）采用另外一種方法，就是根據(jù)其電阻的大小來判斷的方法。這種方法可直觀、準確地測出焊接點的缺陷。檢查時把針形插棒直接插入銅條的末端靠近端環(huán)附近。在籠條完好的情況下，微歐表測量出的是整個籠條的電阻，當銅條在焊點處斷裂時，則微歐表測出的是一條銅條的有效電阻。當該電阻值超過正常值的1.5倍時，就應(yīng)處理該銅條。

二、繞組的材料

為了對轉(zhuǎn)子繞組有進一步了解，有必要分析一下銅繞組的材料。當異步電動機容量大于100kW時，由于鑄鋁質(zhì)量不易保證，常采用銅條繞組，而為了消除齒諧波的影響，把轉(zhuǎn)子槽做成斜槽。大電機轉(zhuǎn)子內(nèi)外籠條采用不同材料，且二者的作用性質(zhì)也不同。內(nèi)籠條為運行繞組，用導(dǎo)電率p較小的紫銅，根據(jù)公式R=pI/s，可知電阻與電阻率成正比，ρ↓→R↓，而熱量Q=0.2412Rt，Q亦正比例于R，從中可推斷出ρ↓→R↓→Q↓，這對于長期運行的轉(zhuǎn)子繞組來講，熱量的降低無疑延長了繞組的運行壽命；外籠條為起動繞組，用導(dǎo)電率較大的青銅或黃銅制成，根據(jù)上述分析，外籠條在相同條件下比內(nèi)籠條發(fā)熱程度要高，但由于位于轉(zhuǎn)子外側(cè)，與定子之間又有間隙，且間隙大小與電機容量成正比，因此散熱比較容易。

三、轉(zhuǎn)子故障的處理

1.銅轉(zhuǎn)子繞組

鼠籠繞組斷條是電動機常見故障。斷條后電動機雖可空載起動，但當帶滿負載時其定子電流就會不穩(wěn)，電流表來回擺動，有時電動機還會發(fā)出異聲。經(jīng)用前述方法確定斷條后就可進行修理。其修理方法如下：（1）轉(zhuǎn)子銅條的斷條故障大部分是銅條和短路環(huán)的焊接處脫焊，此時處理起來比較方便，像給水泵電機處理那樣，先清理、后銀焊。當然，清理并不是一件容易做到的事，因電機運行時間長，轉(zhuǎn)子處灰塵、油漬、青苔等積累較多，因而清理起來相當困難，用手銼、電動磨光機耐心打磨，必須打磨干凈，否則無法焊牢。（2）檢查出銅條在轉(zhuǎn)子槽中部發(fā)生斷裂，則應(yīng)將斷裂的銅條完全打出，然后仔細清理鐵心槽內(nèi)的雜物，再根據(jù)槽形尺寸裁出適當?shù)男裸~條打入槽內(nèi)，用銀焊把它與端環(huán)焊接牢固。之后，用環(huán)氧樹脂填充轉(zhuǎn)子槽內(nèi)的氣隙，使銅條與鐵心凝固成一個整體，這樣就可有效地防止銅條在槽內(nèi)振動而引起疲勞斷裂。

2.鑄鋁轉(zhuǎn)子繞組

這種情況修理起來相當困難，只能采用2種方法：（1）送廠家重新澆鑄；（2）使整個轉(zhuǎn)子鑄鋁熔化后，改成銅條繞組。具體處理過程是：在鑄鋁被全部熔化后，在空出的鑄鋁槽中，根據(jù)槽的形狀和大小，把整條紫銅加工成幾段長方體，而且其表面積應(yīng)小于槽面積的2/3，這樣就可避免起動時轉(zhuǎn)矩減小、定子電流增大等問題的出現(xiàn)，從而可使電機在滿負荷下平穩(wěn)地運轉(zhuǎn)，紫銅條的長度和寬度必須符合一定的比例，不能使它在槽內(nèi)有過多的間隙，以免產(chǎn)生振動。紫銅條全部放進槽內(nèi)后，在兩端用短路環(huán)連接，焊接成兩個小端環(huán)，從而組成一個閉合回路。

經(jīng)上述2種方法處理后的轉(zhuǎn)子，都需要重新校驗幾何平面并作動力平衡試驗，促使轉(zhuǎn)子能在一個中心下均勻地切割磁力線，從而使電機平穩(wěn)運行，電機從開始出現(xiàn)故障，到找出故障點以及經(jīng)過多個環(huán)節(jié)的處理，需花費很多人力和物力才能完成。因此，對此問題必須引起高度重視。

（責任編輯 曾卉）