淺談龐巴迪4EBA 4040異步電動機的故障與維修

郭夢翔 黃紹端 胡曉明

摘要：電機在整個軌道交通機械系統中起著舉足輕重的作用，一旦電機發生故障就會影響整個系統的正常運行。本文以龐巴迪4EBA 4040異步電動機為例，簡單介紹三相交流異步電動機的運行原理，結合常見故障類型和檢修試驗項目，提出了維護預防措施，以利于提高電機運行的可靠性。

關鍵詞：電機；結構；故障；試驗；預防

0 引言

當今世界，城軌行業發展迅速，各國擁有百萬以上人口的大都市，大都通過修建地鐵來緩解交通緊張狀況。三相異步電動機作為將電能轉化為機械能的重要設備在城軌行業擔當著重要角色，而當三相異步電動機出現問題時，直接會影響地鐵的正常運行。且不說電動機的維修費用從幾千元到上萬元不等，因電動機故障引起運行中斷，造成的間接損失更是無法估量的。那么三相異步電動機的故障有哪些？該如何預防？檢修要做哪些試驗？本文以龐巴迪4EBA 4040異步電動機為例分析如下：

1 結構及工作原理

1.1 結構

龐巴迪4EBA 4040異步電動機屬于三相交流異步電動機，該類型電機的兩個基本組成部分為定子和轉子，此外還有端蓋、風扇等附屬部分。其中定子由定子鐵心、定子繞組和機座組成；轉子由轉子鐵心、轉子繞組和轉軸組成。

1.2 工作原理

如果在定子繞組中通入三相對稱電流，則定子內部產生某個方向轉速為n的旋轉磁場。這時轉子導體與旋轉磁場之間存在著相對運動，切割磁感線而產生感應電動勢，在感應電動勢的作用下，閉合的轉子繞組內有電流通過。轉子電流與旋轉磁場相互作用產生電磁力F。該力對轉軸形成了電磁轉矩T，其作用方向同旋轉磁場旋轉方向一致，故使轉子按旋轉磁場方向轉動。

2 常見故障類型

2.1 定子繞組故障

2.1.1 繞組接地

是指定子繞組與定子鐵心或者電機的外殼之間形成連通。此時如果保護接地做的不到位，將會使得電機的外殼帶電，容易造成事故；同時，繞組發熱容易造成短路燒毀。

產生原因：電機使用過程中受潮；長時間的過載運行；受到雷擊；定子過熱繞組部分的絕緣老化或損壞；制造或檢修工藝不良等。

2.1.2 繞組短路

是指電機定子繞組匝間或是不同繞組之間的絕緣破損而造成的短路現象。當出現短路時，電機在運行過程中會出現聲音和振動異常，且三相電流不平衡，嚴重時會導致電機不能啟動。

產生原因：電機的電源電壓變動較大；長時間的進行過載運行；制造或檢修工藝不良等。

2.1.3 繞組斷路

指的是電機定子繞組線路上有斷開點的現象。如果繞組單相有斷路，將會造成電機缺相運行，三相電流不平衡，此時極易造成電機的燒毀。

產生原因：電機的定子繞組部分短路或是接地造成繞組過熱而斷開；定子繞組受外力過大而斷開；繞組接頭存在虛焊等焊接問題導致電機在運行一段時間后接頭斷開等。

2.2 轉子繞組故障

2.2.1 繞組斷裂

此類故障出現在鼠籠型轉子中，龐巴迪4EBA 4040異步電動機的轉子屬于此類范疇。此時，將會使得電機很難正常啟動，啟動后電機在運行時也會出現周期性電磁噪音與振動異常，導致電機負載性能下降，嚴重影響電機的正常運行。

產生原因：電機頻繁啟動、操作不當致使轉子受到劇烈沖擊；電機轉子繞組質量差等。

2.3 軸承等配件故障

2.3.1 軸承故障

當軸承出現故障時，將會造成電機軸承側溫度異常、電機振動異常，嚴重時會導致電流升高，軸承燒毀。

產生的原因：軸承嚴重缺油或油脂變質；軸承腔內有異物、所加油脂有雜質；軸承裝配不當；軸承的制造質量不過關等。

2.4 鐵心故障

出現鐵心故障時，會導致鐵心故障部位溫度升高過熱，并產生較為嚴重的渦流。鐵心出現故障后會對電機產生嚴重的危害，需要及時進行維修排除。

產生原因：其他故障燒傷鐵心，使得鐵心局部短路；鐵心緊固不良，當電機振動時造成鐵心松動；機械力損傷等。

3 檢修試驗

綜合考慮到該類型電機的運行環境及常見故障類型等，用戶提出了嚴格的電機修理技術修理條件，其中就包括電機試驗項目的完善，包括噪聲試驗及溫升試驗等。以下是該電機的主要檢修試驗項目：

3.1 通用試驗項目

3.1.1 入廠試驗項目

包括：電機外觀檢查、繞組對機座及相互間絕緣電阻測定、定子繞組冷態直流電阻測定、空轉、振動試驗等。

3.1.2 例行試驗項目

在入廠試驗項目的基礎上增加了：溫升試驗、轉子堵轉試驗、空載試驗、電機對地耐電壓試驗。

其中，溫升試驗按連續定額進行，試驗電流為實際運用的逆變器或輸出波形相似的電源。電壓1150V，功率220KW，頻率58Hz。用停車測直流電阻法測量定子繞組溫升，轉子銅端環在停車后立即測量并記錄。在通過平均溫升計算及修正后，得出最終結果。定子繞組溫升和轉子銅端環溫升≤180K，軸承溫升≤55K。

3.2 其它實驗項目

主要有：噪聲試驗、最大轉矩測定、短時過轉矩測定等。

其中，噪聲試驗屬于新增項目。在噪聲試驗時，要求電機在額定轉速下運行，用噪聲儀測量電機噪聲A計權，最終合格結果為噪聲限值要求不超過107dB。

4 維護與預防

除了試驗合格、提供合格的產品之外，做好電機的維護與定期預防檢測對于確保地鐵牽引電機的正常使用同樣有著十分重要的意義。若要對電機做到全面的維護與預防，需要從以下幾個方面進行考慮。

4.1 安裝環境

電機安裝環境至關重要，若電機安裝地點多粉塵、腐蝕性氣體造成電動機繞組故障或軸承故障。因此電機的安裝環境必須滿足電機防護等級要求；電機安裝地點的環境溫度不宜過高，避免灰塵、腐蝕性氣體、水汽進入電機內部。

4.2 啟動前檢查

1）絕緣電阻檢查。以龐巴迪4EBA 4040異步電動機為例，冷態下用1000V兆歐表搖測電動機繞組相間及對地不得低于100MΩ；2）元器件檢查。供電回路各元器件完好，連接可靠；3）參數對比。對照銘牌，檢查電壓、頻率與電源是否一致，功率于負載是否匹配，電機實際接法是否正確；4）軸承潤滑是否良好，聯軸器連接是否牢固。

4.3 過程監測

1）監測溫升。前面文章內容中有提到，龐巴迪4EBA 4040異步電動機試驗定子繞組溫升和轉子銅端環溫升≤180K，軸承溫升≤55K。實際運行過程中，電機溫升原則上不容許超過溫升限值；2）監測電壓。電機運行時，電源電壓不得高于電機額定電壓的110%，不得低于電機額定電壓的95%，三相電壓不平衡差值不得超過額定值的5%；3）監測電流。電機運行時，電流不得高于電機額定電流，三相電流應平衡，不平衡差值不得超過額定值的10%。

4.4 定期檢查與維護

做好對于電機的定期檢查與維護對于預防電機故障發生及保證電機運行質量有著十分重要的意義。需要按照規定對電機進行定期大修、檢修，確保電機能夠正常使用。

5 結語

地鐵牽引電機是地鐵運行的動力之源，全面掌握三相異步電動機的工作原理、系統分析三相異步電動機的常見故障及產生原因和維護預防措施，是保證電機及地鐵正常運行的必要保障。

參考文獻：

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[2]鐘偉定.三相交流異步電動機的運行保護[J].黑龍江冶金，2013，01.

[3]王剛.三相異步電動機維護保養與常見故障處理[J].科協論壇，2013（1）：71-72.

作者簡介：郭夢翔、（男）、（1992）、山西省侯馬市、族族、職稱（助理工程師）、學歷（大學本科）、研究方向（應用科學）、單位名稱（中車永濟電機有限公司）、單位所在省市（山西省永濟市）、單位郵編（044502）

第二作者：姓名（黃紹端）、單位（中車永濟電機有限公司）

第三作者：姓名（胡曉明）、單位（中車永濟電機有限公司）