三相異步電動(dòng)機(jī)常見故障分析

陳金剛

(德州恒力電機(jī)有限責(zé)任公司，山東德州253002)

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三相異步電動(dòng)機(jī)常見故障分析

陳金剛

(德州恒力電機(jī)有限責(zé)任公司，山東德州253002)

主要講述三相異步電動(dòng)機(jī)使用運(yùn)轉(zhuǎn)過程中常見的故障表現(xiàn)，如電機(jī)無法起動(dòng)及過熱，軸承過熱，電機(jī)制動(dòng)器的剎車故障進(jìn)行了分析，并對(duì)部分故障提出了檢測(cè)和預(yù)防修理措施。

故障；電機(jī)過熱；軸承溫度；措施

0 引言

三相異步電動(dòng)機(jī)故障因素較多，按故障原理分為電氣和機(jī)械兩方面，通常把電機(jī)定子繞組接地、缺相運(yùn)行、定子繞組首尾接反、三相電流不平衡、繞組短路、過熱和轉(zhuǎn)子斷條、斷路等與電氣關(guān)系密切的故障歸為電氣故障；把定轉(zhuǎn)子相擦、電機(jī)振動(dòng)、軸承過熱、損壞，電機(jī)制動(dòng)器剎車打不開，制動(dòng)失靈等與機(jī)械裝置關(guān)系密切的故障歸為機(jī)械故障。為了保證異步電動(dòng)機(jī)的安全運(yùn)行，在電動(dòng)機(jī)發(fā)生故障時(shí)，必須快速準(zhǔn)確地查清故障發(fā)生的原因，以便盡快修復(fù)。

1 故障分析及措施

1.1 三相異步電動(dòng)機(jī)不能起動(dòng)

三相異步電動(dòng)機(jī)不能起動(dòng)有電氣和機(jī)械兩方面因素造成。電氣方面因素主要有：(1)三相電源沒有正常接通；(2)定子或轉(zhuǎn)子繞組存在斷路、接地、匝間、相間短路、接線錯(cuò)誤等；(3)控制設(shè)備接線錯(cuò)誤或元器件損壞，過電流繼電器調(diào)得太小，造成電機(jī)無法起動(dòng)；(4)繞線式轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)起動(dòng)操作錯(cuò)誤或轉(zhuǎn)子電阻配備不當(dāng)。機(jī)械方面因素主要是：電機(jī)過載或軸承損壞致使轉(zhuǎn)子或傳動(dòng)機(jī)械被卡住。上述情況均會(huì)造成電機(jī)無法起動(dòng)。故障出現(xiàn)時(shí)應(yīng)檢測(cè)電源線路，電機(jī)三相繞組完好情況和控制線路，排除電氣故障；檢查電機(jī)和傳動(dòng)機(jī)械設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，排除機(jī)械故障。

1.2 電動(dòng)機(jī)過熱

電機(jī)過熱是電機(jī)繞組燒壞的主要因素，可從電源、負(fù)載、通風(fēng)散熱和電機(jī)本身原因四個(gè)方面進(jìn)行分析。電機(jī)過熱直接影響電機(jī)的使用壽命。為防止電機(jī)過熱到燒壞繞組的程度，對(duì)一些重要使用場(chǎng)所的電機(jī)，在電機(jī)繞組處埋置正溫度系數(shù)熱敏電阻或PT100測(cè)溫元件，如圖1所示，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中當(dāng)繞組溫度升高到一定溫度時(shí)，通過控制電路動(dòng)作，斷開電源，保護(hù)繞組不被燒壞。

1.2.1 電源方面使電動(dòng)機(jī)過熱的可能原因有：(1)電源電壓過高，電動(dòng)機(jī)反電動(dòng)勢(shì)、磁通及磁通密度均隨之增大。由于鐵損的大小與磁通密度平方成正比，則鐵損耗增加，導(dǎo)致鐵心過熱；磁通增加，又致使勵(lì)磁電流分量急劇增加，造成定子繞組銅損增大，使繞組過熱。因此，電源電壓過高，會(huì)使電動(dòng)機(jī)過熱。(2)電源電壓過低，若電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩保持不變，磁通將降低，轉(zhuǎn)子電流相應(yīng)增大，定子電流中負(fù)載電源分量隨之增加，造成繞線的銅損耗增大，致使定、轉(zhuǎn)子繞組過熱。(3)電源電壓不對(duì)稱。當(dāng)電源線一相斷路、保險(xiǎn)絲一相熔斷，或閘刀起動(dòng)設(shè)備接頭燒傷致使一相不通，都將造成三相電動(dòng)機(jī)在兩相電源下運(yùn)行，致使運(yùn)行中Y接電機(jī)的二相或△接電機(jī)的一相繞組通過電流大而過熱，甚至燒毀。(4)三相電源不平衡。當(dāng)三相電源不平衡時(shí)，會(huì)使電動(dòng)機(jī)的三相電流不平衡，引起繞組過熱。為此，電源電壓應(yīng)按照國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，電壓的波動(dòng)應(yīng)不超出額定值的±5%，確保電機(jī)輸出功率不超過額定值。

1.2.2 負(fù)載方面造成電動(dòng)機(jī)過熱的可能原因有：(1)電動(dòng)機(jī)過載運(yùn)行，當(dāng)設(shè)備不配套，電動(dòng)機(jī)的負(fù)載功率大于電動(dòng)機(jī)的額定功率時(shí)，電動(dòng)機(jī)長期過載運(yùn)行(即小馬拉大車)，會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)過熱。維修過熱電動(dòng)機(jī)時(shí)，應(yīng)首先搞清負(fù)載功率與電動(dòng)機(jī)功率是否相符，以防盲目拆卸。(2)設(shè)備雖然配套，但所拖動(dòng)的機(jī)械負(fù)載工作不正常，運(yùn)行時(shí)負(fù)載時(shí)大時(shí)小，頻繁起動(dòng)、短時(shí)過載，對(duì)繞組產(chǎn)生沖擊，造成電動(dòng)機(jī)繞組發(fā)熱。(3)拖動(dòng)的機(jī)械有故障，當(dāng)被拖動(dòng)的機(jī)械有故障，轉(zhuǎn)動(dòng)不靈活或被卡住，都將使電動(dòng)機(jī)過載，造成電動(dòng)機(jī)繞組過熱。根據(jù)負(fù)載選擇電動(dòng)機(jī)時(shí)，綜合考慮電機(jī)的效率和功率因數(shù)，電機(jī)功率通常按機(jī)械實(shí)際使用功率的1.15倍進(jìn)行選擇，通常不超1.2倍，使電機(jī)運(yùn)行在80%～90%的額定功率下，電機(jī)運(yùn)行電流亦在額定電流的80%～90%的范圍內(nèi)，達(dá)到電機(jī)的效率和功率因數(shù)的最佳結(jié)合點(diǎn)，電機(jī)運(yùn)行在最佳狀態(tài)。

1.2.3 通風(fēng)散熱不良使電動(dòng)機(jī)過熱的可能原因：(1)環(huán)境溫度過高，使進(jìn)風(fēng)溫度高，對(duì)此，電機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮使用時(shí)的環(huán)境溫度。(2)進(jìn)風(fēng)口有雜物擋住，進(jìn)風(fēng)不暢，造成進(jìn)風(fēng)量小。(3)電動(dòng)機(jī)內(nèi)部灰塵過多，影響散熱。(4)風(fēng)扇裝反損壞或相序接反，造成無風(fēng)或風(fēng)量小。(5)沒裝風(fēng)罩或電動(dòng)機(jī)端蓋內(nèi)沒裝擋風(fēng)板，造成電動(dòng)機(jī)風(fēng)路短路。一般電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)的環(huán)境溫度為-15℃～40℃，當(dāng)電機(jī)環(huán)境溫度過高時(shí)，應(yīng)改善電動(dòng)機(jī)的工作環(huán)境，并參考機(jī)身銘牌上的溫度，確保環(huán)境溫度在銘牌所標(biāo)臨界溫度以下。同時(shí)保證電機(jī)風(fēng)路通暢，電動(dòng)機(jī)本身散熱設(shè)備良好，注意經(jīng)常清理污垢等雜物以確保電動(dòng)機(jī)正常散熱。

1.2.4 電動(dòng)機(jī)本身造成過熱的可能原因：(1)電動(dòng)機(jī)繞組斷路。當(dāng)電動(dòng)機(jī)繞組中有一相繞組斷路，或并聯(lián)支路中有一條支路斷路時(shí)，都將導(dǎo)致三相電流不平衡，使電動(dòng)機(jī)過熱。(2)電動(dòng)機(jī)繞組短路。當(dāng)電動(dòng)機(jī)繞組出現(xiàn)短路故障時(shí)，短路電流比正常工作電流大得多，使繞組銅損耗增加，導(dǎo)致繞組過熱，甚至燒毀。(3)電動(dòng)機(jī)接法錯(cuò)誤。當(dāng)三角形接法電動(dòng)機(jī)錯(cuò)接成星形時(shí)，電動(dòng)機(jī)仍帶滿負(fù)載運(yùn)行，定子繞組流過的電流要超過額定電流，電機(jī)轉(zhuǎn)矩降低，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)自行停車，若停轉(zhuǎn)時(shí)間稍長又未切斷電源，繞組不僅嚴(yán)重過熱，還將燒毀。當(dāng)星形連接的電動(dòng)機(jī)錯(cuò)接成三角形，或若干個(gè)線圈組并聯(lián)支路的錯(cuò)接成串聯(lián)，都將使繞組過熱，嚴(yán)重時(shí)將燒毀繞組。當(dāng)一個(gè)線圈、線圈組或一相繞組接反時(shí)，會(huì)導(dǎo)致三相電流嚴(yán)重不平衡，而使繞組過熱。(4)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械故障。當(dāng)電動(dòng)機(jī)軸彎曲、裝配不好、軸承存在問題等故障時(shí)，均會(huì)使電動(dòng)機(jī)電流增大，銅損耗及機(jī)械摩擦損耗增加，使電動(dòng)機(jī)過熱。(5)在中、小型電機(jī)中，氣隙一般為0.2mm～1.5mm。氣隙大時(shí)，要求勵(lì)磁電流大，從而影響電機(jī)的功率因數(shù)，氣隙太小，由于軸承磨損超差及端蓋內(nèi)孔磨損變形，使機(jī)座、端蓋、轉(zhuǎn)子三者不同軸心，很容易引起轉(zhuǎn)子掃膛，使電機(jī)發(fā)熱甚至燒毀。如發(fā)現(xiàn)軸承磨損應(yīng)及時(shí)更換，并對(duì)端蓋進(jìn)行更換或處理。

電機(jī)過熱主要由過載，缺相和通風(fēng)不良引起，通過測(cè)量電機(jī)的負(fù)載電流與額定電流進(jìn)行比較可判定過載程度，過載越嚴(yán)重電機(jī)發(fā)熱越快，越容易燒壞。電機(jī)運(yùn)行過程中電機(jī)過熱故障可通過檢測(cè)電機(jī)運(yùn)行時(shí)的電流，加裝過熱保護(hù)器，如圖2所示，做好周期保養(yǎng)，加強(qiáng)日常巡視來及早發(fā)現(xiàn)，及時(shí)排除。

1.3 電機(jī)軸承過熱

當(dāng)電機(jī)軸承受到不應(yīng)有的外力，潤滑不良或軸承磨損到壽命終了時(shí)，軸承會(huì)出現(xiàn)過熱。電機(jī)軸承過熱是電機(jī)故障的主要原因之一，容易造成軸承抱死，燒壞電機(jī)繞組。為防止電機(jī)軸承過熱，對(duì)一些重要使用場(chǎng)所的電機(jī)，在電機(jī)軸承處埋置PT100測(cè)溫元件，如圖3所示。

當(dāng)軸承溫度升高到一定程度時(shí)，通過控制電路的動(dòng)作，斷開電源，對(duì)軸承進(jìn)行維護(hù)或更換。軸承過熱的原因可從以下幾方面考慮：(1)潤滑油過多、過少或油質(zhì)不良，軸承損壞。(2)軸承與軸和端蓋配合過緊，造成軸承徑向間隙過小。(3)軸向累計(jì)公差造成軸承軸向間隙過小或兩側(cè)端蓋或軸承蓋未裝平，致使軸承軸向受力。(4)機(jī)械與電機(jī)相連的傳動(dòng)連接裝置存在隱患，使軸承受到不應(yīng)有的外力。軸承工作是否正?？蓱{聽覺及溫度經(jīng)驗(yàn)來判斷，可用手或溫度計(jì)檢測(cè)軸承端判斷其溫度是否在正常范圍內(nèi)。也可用聽棒(銅棒)接觸軸承盒，若聽到?jīng)_擊聲，就表示可能有一只或幾只滾珠軋碎；如果聽到有咝咝聲，那就是表示軸承的潤滑油不足，應(yīng)及時(shí)添加潤滑脂。

1.4 電機(jī)在使用中制動(dòng)器出現(xiàn)的問題

1.4.1 剎車打不開：通常表現(xiàn)為電機(jī)送電后電機(jī)不轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)速緩慢，制動(dòng)器發(fā)熱，首先檢查電機(jī)電源和制動(dòng)器電源是否正常，有維持電壓的電機(jī)，吸合電壓維持時(shí)間不少于3s，確保銜鐵能夠吸合，維持電壓的變化范圍應(yīng)在額定維持電壓值的±10%以內(nèi)。其次，若電源電壓和直流電壓及維持時(shí)間正常，剎車仍打不開，測(cè)量間隙是否正常，部分電機(jī)制動(dòng)部分由于保存不當(dāng)或密封不嚴(yán)，內(nèi)部受潮，嚴(yán)重銹蝕，造成間隙堵死，使電機(jī)制動(dòng)器始終處于制動(dòng)狀態(tài)。對(duì)此，應(yīng)拆開制動(dòng)部分進(jìn)行除銹，間隙調(diào)整及密封處理。保證電機(jī)間隙正常。

1.4.2 電機(jī)制動(dòng)器摩擦盤局部發(fā)熱：制動(dòng)電機(jī)在剎車制動(dòng)過程中，理想狀態(tài)下是整個(gè)摩擦面同時(shí)完全接觸，產(chǎn)生摩擦力將電機(jī)剎住。這種情況下由于摩擦力很大，電機(jī)和制動(dòng)器鐵心線圈斷電后可立即剎住或轉(zhuǎn)動(dòng)很小的角度，摩擦片與兩對(duì)偶摩擦面之間基本不會(huì)產(chǎn)生摩擦熱或產(chǎn)生的熱量很少，制動(dòng)器溫度變化不會(huì)有明顯的感覺。由于電機(jī)斷電后，存在剎車制動(dòng)時(shí)間，有的電機(jī)停電后要轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度才能剎住，在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，由于摩擦力作用，還會(huì)產(chǎn)生一定的熱量。

在實(shí)際加工裝配時(shí)，由于加工面存在一定的公差，裝配過程中各個(gè)螺栓的緊固程度存在一定差異，造成制動(dòng)間隙不可能完全均等，特別是大機(jī)座號(hào)電機(jī)接觸面的直徑達(dá)300～500mm時(shí)，制動(dòng)件與兩摩擦對(duì)偶面間，由于間隙不完全均等，電機(jī)在剎車時(shí)，相對(duì)間隙小的部分面先接觸摩擦，產(chǎn)生摩擦熱，造成溫度偏高；間隙相對(duì)偏大的部分面后接觸，這部分面一接觸，電機(jī)制動(dòng)產(chǎn)生的摩擦力大于電機(jī)的負(fù)載力矩，電機(jī)即停轉(zhuǎn)，基本不產(chǎn)生位移，不產(chǎn)生熱量或產(chǎn)生的熱量很少，所以這部分摩擦面溫度偏低。因此，電機(jī)在這種情況下剎車，造成制動(dòng)部分局部溫度偏高。當(dāng)電機(jī)在此種狀態(tài)下使用一段時(shí)間后，間隙小的摩擦面磨損會(huì)較嚴(yán)重，間隙大的摩擦面相對(duì)較輕，制動(dòng)間隙將趨于均勻，局部發(fā)熱將趨向緩和，溫度將降低，不會(huì)影響電機(jī)的正常運(yùn)行。總之，只要制動(dòng)間隙和制動(dòng)剎車時(shí)間在要求范圍內(nèi)，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)正常，產(chǎn)生的溫度不會(huì)太高，正常使用的情況下溫度不超過75℃，均屬正?，F(xiàn)象。

1.4.3 二次吸合和二次釋放：如果制動(dòng)部分由于裝配或其它原因造成直流圓盤式電磁制動(dòng)器的接觸面間隙偏差較大，彈簧有效工作長度長短不一，往往會(huì)出現(xiàn)二次吸合和二次釋放，造成剎車遲緩，制動(dòng)效果差。此時(shí)應(yīng)拆開檢查制動(dòng)部分各接觸面的平行度，調(diào)整彈簧，修正后重新裝配，調(diào)勻間隙，可消除二次吸合和釋放，改善剎車效果。

1.4.4 剎車失靈：當(dāng)用戶使用一段時(shí)間后，制動(dòng)件摩擦片磨損嚴(yán)重，工作間隙變大，彈簧工作長度增加，使制動(dòng)壓力下降，造成剎車失靈。嚴(yán)重時(shí)可使銜鐵不能吸上，電機(jī)無法正常運(yùn)轉(zhuǎn)，此時(shí)可通過調(diào)節(jié)螺管或減少墊片，借助塞尺將間隙調(diào)整到正常使用范圍。制動(dòng)器最大間隙通常為工作間隙的2～3倍，為確保制動(dòng)器有足夠的制動(dòng)扭矩，需要在工作間隙達(dá)到最大額定間隙值前，重調(diào)間隙。

1.4.5 電機(jī)起動(dòng)、剎車時(shí)制動(dòng)器出現(xiàn)異響：電機(jī)制動(dòng)器在起動(dòng)或剎車時(shí)的異響是指制動(dòng)件上的摩擦片和與之相摩擦的對(duì)偶摩擦面相互摩擦而發(fā)出的異常聲音，聲音尖銳刺耳，屬典型的噪音，必須設(shè)法消除。制動(dòng)件上的摩擦材料經(jīng)摩擦一段時(shí)間后，摩擦片表面光潔度增加，使摩擦系數(shù)降低，或與摩擦片相摩擦的制動(dòng)盤變形，使摩擦的有效面積減少，造成起動(dòng)或剎車時(shí)異響。現(xiàn)場(chǎng)修理可通過以下三種方法：(1)更換摩擦片材質(zhì)，由原先的硬材質(zhì)換成軟材質(zhì)。(2)同樣摩擦片材質(zhì)的情況下，由原來的粘接工藝改為鉚制工藝，摩擦片通過銅鉚釘固定在制動(dòng)件上。(3)增加摩擦盤強(qiáng)度，避免其變形，加工制動(dòng)件摩擦片，保證其平面度，使制動(dòng)時(shí)摩擦面充分接觸。

1.4.6 自整流電機(jī)自整流部分常見故障：二極管擊穿或整流塊損壞，直流無法提供，造成制動(dòng)部分打不開，二極管受潮，短路，均容易造成二極管擊穿，這種情況下需更換損壞的二極管或整流塊。整流塊直流開關(guān)短路，造成電機(jī)剎車遲緩，找出短路點(diǎn)進(jìn)行修復(fù)。

1.4.7 立式制動(dòng)電機(jī)制動(dòng)件摩擦片與摩擦面相擦：制動(dòng)件隨電機(jī)運(yùn)行過程中，摩擦片容易與下端摩擦面相摩擦產(chǎn)生噪音，會(huì)加大電機(jī)負(fù)載，并造成制動(dòng)器摩擦片不必要的磨損，溫升過快，，從而降低電機(jī)和制動(dòng)器摩擦片的使用壽命。對(duì)此，可利用彈簧，托盤，連接板制成支撐材料來解決這一問題，如圖4所示。

2 結(jié)語

綜上所述，三相異步電動(dòng)機(jī)在長期運(yùn)行過程中，會(huì)出現(xiàn)各種各樣的故障，想要及時(shí)發(fā)現(xiàn)就必須熟悉電機(jī)常見故障的特點(diǎn)及原因，抓住關(guān)鍵因素，定期檢查和維護(hù)。這樣才能少走彎路，節(jié)省時(shí)間，盡快地排除故障，使電機(jī)處于正常的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。

[1] 王強(qiáng)，陳金剛.低壓船用電動(dòng)機(jī)絕緣與繞組熱保護(hù).電機(jī)技術(shù)，2013.02.43-46.

[2] 陳金剛，王強(qiáng).JZ2-H和YZ-H 系列起重三相異步電機(jī)電磁制動(dòng)器解析.電機(jī)與控制應(yīng)用，2012.05，48-50.

[3] 陳金剛，王強(qiáng).鼠籠式三相異步電動(dòng)機(jī)溫升解析.電機(jī)技術(shù)，2013.01，40-43.

Analysis on Common Faults of Three-Phase Induction Motor

ChenJingang

(Dezhou Hengli Electrical Machinery Co., Ltd., Dezhou 253002, China)

This paper chiefly introduces common fault phenomenon of three-phase induction motor during operation, such as failing to start, overheating of motor, overheating of shaft, and breaking fault of motor break, and proposes inspecting and preventing measures for part of fault.

Fault；overheating of motor；temperature of bearing；measures

10.3969/J.ISSN.1008-7281.2016.05.13

TM307+.1

B

1008-7281(2016)05-0045-004

陳金剛 男 1974年生；畢業(yè)于北京航空航天大學(xué)機(jī)電一體化專業(yè)，現(xiàn)從事電機(jī)出廠檢測(cè)與故障分析工作.

2016-04-29