三相異步電動機出廠檢驗故障分析與處理

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(1德州恒力電機有限責任公司，山東德州 253005；2德州瑞百利玻璃磚有限公司，山東德州 253000)

0 引言

三相異步電動機廣泛應用于工農業生產中，造成三相異步電動機故障因素較多，為了保證三相異步電動機的安全運行，在電機組裝完成后，需對電機的各項電氣參數和運轉時的動態機械性能進行檢查驗證，查看電機的各項性能指標是否在容許范圍內，以確認合格。

1 電機故障分析及處理

1.1 電機定子繞組接地

定子繞組接地分以下幾種情況：(1)定子端部高，造成線圈端部與端蓋接觸，以兩極電機居多。對此應通過定子加熱后重新整形綁扎解決。(2)電機引線擠破，壓裝過程中，由于端部空間狹小，引線引出部位存在尖角或毛刺，造成引線破損，損傷處與機殼或接線盒座接觸造成接地。對此如果破損嚴重需更換引線，輕微破損可套絕緣套管，綁扎處理。(3)定子槽口或槽背絕緣破損，定子搬運和壓裝過程中容易造成槽背絕緣破損，轉子填裝過程中容易造成槽口絕緣破損。對此應通過定子加熱后更換或修補破損的絕緣。(4)頂絲眼打透，造成頂絲直接接觸定子繞組，需更換定子，多見于小機座號6、8極電機。

1.2 電機定子繞組錯線，相序錯和匝間

定子繞組錯線分以下幾種情況：(1)電機某相線圈斷線，造成電機無法運轉。找出故障點進行修復或更換定子線圈。(2)三相電機中一相首尾接錯，造成電機磁場畸變，電機無法正常運轉。找出接錯相并改正。(3)電機星角接錯或路數接錯，造成電機電流呈倍數關系變化。改變接法或接線路數。(4)多速電機電流異常，一套繞組，高低速接法錯誤；兩套繞組，一速電流正常，另一速電流異常，一套運行時，另一套中產生環流。雙速或多速電機環流的影響，如果并聯路數a=1，無論三相繞組是Y接或△接，非工作繞組均無環流。如果并聯路數a>1，并聯支路合成電勢的矢量和與所串極相組之間的相位差有關。為消除環流，當并聯路數a=2時，采用相距360°的極相組互串為并聯支路。當并聯路數a=3時，采用相距540°的極相組互串為并聯支路。當并聯路數a=n時，采用相距n×180°的極相組互串為并聯支路。所以雙繞組多速電機當采用多路并聯支路時，應注意繞組各支路中線圈連接的相距，使非工作繞組中各支路合成電勢為零或同相位。(5)電機一相繞組首尾接在同一相電源上，電機無轉矩。

電機相序錯，對于電機出線方式不同，接線時應有所改動。側出線電機當右出線是正轉時，則左出線為反轉，要保持正轉，需要把三相繞組的任意兩相的引出線互換進行接線。而上出線電機，當右出線電機改為左出線時，只需把接線盒調個方向，電機的接線不變。

匝間是電機定子繞組線圈絕緣損壞的故障，造成電機匝間的絕緣故障分為匝間不良和匝間短路兩種情況。匝間不良波形如圖1所示。

圖1 繞組匝間不良波形圖

電機容易燒壞，何時會損壞，取決于電機在實際狀態時的負荷及溫升的情況，以及是否出現頻繁過電壓，是一種潛在的危險；匝間短路是金屬性接觸(搭結)的狀態，是導致電機損壞的直接原因。匝間短路、相間短路、電暈放電、一匝短路、多匝短路或層間短路，將引起線圈局部放電，匝間波形的絕對差值和面積差值超出標準范圍，故障發生部位會有放電火花和放電聲，波形如圖2所示。由于電機定子繞組錯線故障大部分為三相線圈不對稱引起，會造成電機匝間波形不重合，表現為匝間故障。如果是三相繞組對稱性錯線故障，匝間波形正常，但電機電流將會出現異常。

圖2 繞組匝間短路波形圖

1.3 電機電流異常

1.3.1 空載電流大

電機空載電流大的原因有：(1)定子用錯，低電壓的定子錯當成高電壓電機定子使用。(2)定轉子錯位，未按要求壓裝或定位基準選擇有誤，或轉子穿軸尺寸存在問題。造成定轉子有效利用部分不能對齊。(3)轉子用錯，定轉子不匹配，造成空載電流大。(4)定子繞組匝數少于正常值。(5)鐵心長度不足或疊壓不實造成有效長度不足。(6)繞組接線有錯誤。如應三相星接接成角接，空載電流是正常值的3倍以上；并聯支路數多于設計值，例如應1路串聯實為2路并聯，或2路并聯實為4路并聯，此時電流將成倍數地增長。

1.3.2 空載電流小

電機空載電流較小的原因與較大的原因大體相反，主要是繞組的每相串聯匝數增多造成，如電機繞組的并聯路數減少，應△接的繞組結成Y，會使電機的空載電流呈倍數關系減小。另外空載電流小的原因，也有可能定子為異電制，同一頻率下，電壓高的定子錯當成電壓低的定子使用，此時，堵轉電流相應也降低，比較明顯，更換定子即可解決；另一種為轉子外徑大，這種情況下，將造成定轉子間的氣隙減小，電機易造成定轉子相擦，一般通過測量，車削轉子解決。此時，堵轉電流變化不明顯，空載電流減小較多，例如：YT2H132M-4電機轉子外徑粗0.3mm，電機堵轉電流降低6%，而空載電流降低20%左右。

1.3.3 空載電流不平衡

當三相電源對稱時，長時間運轉的異步電動機在額定電壓下的三相空載電流任何一相與平均值的偏差不得大于10%。如果三相電壓平衡，而三相空載電流不平衡，且改換電源相序后三相空載電流不平衡的情況仍然不變(某相電流仍大)，且運行時有嗡嗡聲，則表明該電動機有缺陷。造成三相空載電流不平衡的原因有：(1)定子三相繞組不對稱；(2)氣隙嚴重不均勻或磁路不對稱。如果三相繞組電阻平衡，或三相堵轉(短路)電流不平衡度比空載電流不平衡度顯著減小，則表明空載電流不平衡是由于氣隙不均勻造成；反之，則表明定子繞組不對稱。新電機空載電流的平衡度一般控制在5%以內，超出5%，即可認定為空載電流不平衡。如果空載電流不平衡是由三相直流電阻不平衡引起，一般為焊頭虛焊或電纜頭接觸不良造成。如果三相直流電阻平衡而空載電流不平衡，通常是部分繞組接反或嵌錯槽造成，也有可能是三相繞組各槽匝數分布不均造成，這種情況下，定子需重新接線或嵌線。交流電機空載損耗大且空載電流不平衡，表明繞組各并聯支路的匝數不相等，或者是少數線圈有局部短路現象。

1.3.4 轉子對電機電流的影響

不銹鋼軸材質對電機電流的影響：堵轉電流基本不變，空載電流是正常值的四倍，例如Y100L-2-H用不銹鋼軸后空載電流為9.5A，軸的材質換為45號鋼后，空載電流為2.4A，正常。解決措施：采取兩頭焊接的方法，轉子穿軸磁路部分用45號鋼。轉子粗細對電機電流的影響：轉子粗、空載電流小，容易造成定轉子相擦；轉子細、空載電流大，負載運行時電機容易超額定電流，造成電機發熱。轉子粗細對堵轉電流影響小。

1.4 電機振動和噪聲

電機振動的原因，可以從三個方向的振動值進行判斷，水平振動大，轉子平衡度差；垂直振動大，電機放置不穩；軸向振動大，軸承裝配質量欠佳。4極以上多極數電機一般不會因為電機制造質量問題引起振動，振動超標常見于2極電機。對于電機的振動，在振動較大的情況下，可人為感覺出來。對振動要求較高的客戶，一般用振動儀進行測試，注意正確的測試方法—軸身帶半鍵并有彈性支撐。

噪聲一般分為機械配合噪聲、軸承噪聲和電磁噪聲。機械配合噪聲為電機在裝配過程中各配合件間存在應力所致，表現為啟動或停止時聲音異常，或運轉過程中間歇性聲音異常，一般通過敲擊端蓋能起到一定作用，徹底消除需通過更換或重新裝配零部件，消除應力。軸承噪聲，聲音較大，刺耳，聲音一直持續不變，有金屬摩擦聲，噪聲較明顯，一般通過加潤滑脂或更換軸承解決。電磁噪聲為電機定轉子間氣隙不均造成的一種渦流聲，對有些電機由于技術工藝的限制，允許有一定的電磁噪聲，但不允許超過電機本身的噪聲限值。同時注意有電磁噪聲的電機是否存在定轉子相擦的現象發生。

電機裸機測試時的相擦噪聲分為實擦和虛擦，實擦是電機定子鐵芯和轉子相互摩擦，俗稱“掃膛”，“掃膛”會造成電機局部發熱，長時間運轉易造成電機局部匝間而燒壞，對電機的危害大。引起電機“掃膛”的主要原因是機殼止口的同心度偏差較大，定子疊壓不齊或定子壓裝過程中局部變形造成，處理這種問題應根據掃膛的嚴重程度進行局部挫平或在車床上車平。虛擦是電機繞組的絕緣紙、槽楔或綁扎帶與轉子相擦。電機端部絕緣裁剪不齊、綁扎帶接頭部分太長，浸漆后翹起在電機定子端部內側，電機個別槽楔歪斜，都可能造成電機虛擦。對出現虛擦的電機，一般拆開電機進行修剪，挫平。

1.5 電機剎車制動中出現的問題

1.5.1 剎車打不開

通常表現為電機送電后電機不轉或轉速緩慢、制動器發熱，首先檢查電機制動器間隙是否正常，如果間隙過小，會造成剎車打不開，間隙過大，會造成吸合電壓高，此時應對間隙進行調整，密封處理，保證制動器間隙在正常范圍內。

1.5.2 二次吸合和二次釋放

如果制動部分由于裝配或其它原因造成直流圓盤式電磁制動器的接觸面間隙偏差較大，彈簧有效工作長度長短不一，往往會出現二次吸合和二次釋放，造成剎車遲緩、制動效果差。此時應拆開制動部分檢查各接觸面的平行度，調整彈簧，修正后重新裝配，調勻間隙，可消除二次吸合和釋放，改善剎車效果。

1.5.3 電機起動、剎車時制動器出現異響

電機制動器在起動或剎車時的異響是指制動件上的摩擦片和與之相摩擦的對偶摩擦面相互摩擦而發出的異常聲音，聲音尖銳刺耳，屬典型的噪聲，必須設法消除。制動件上的摩擦材料經摩擦一段時間后，摩擦片表面光潔度增加，使摩擦系數降低，或與摩擦片相摩擦的制動盤變形，使摩擦的有效面積減少，造成啟動或剎車時異響。現場修理可通過以下三種方法：一是更換摩擦片材質，由原先的硬材質換成軟材質。二是同樣摩擦片材質的情況下，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件上。三是增加摩擦盤強度，避免其變形，加工制動件摩擦片，保證其平面度，使制動時摩擦面充分接觸。

1.5.4 自整流電機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。整流塊直流開關短路，造成電機剎車遲緩，找出短路點進行修復。

1.5.5 立式制動電機制動件摩擦片與摩擦面相擦

制動件同電機運行過程中，摩擦片容易與下端摩擦面相摩擦產生噪聲，會加大電機負載，并造成制動器摩擦片不必要的磨損，溫升過快，從而降低電機和制動器摩擦片的使用壽命。對此，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3所示。

圖3 立式安裝制動器托板裝置示意圖

2 結語

綜上所述，電機在組裝完試驗過程中，熟悉電機常見故障的原因和危害，能夠及時發現故障隱患并解決，減少電機負載運行時故障發生，保證電機安全運行，延長使用壽命。

[1] 王強，陳金剛．三相異步電動機絕緣強度測試解析[J]．防爆電機，2012，47(5)：51-54．

[2] 陳金剛，王強，鞏方彬．籠型三相異步電機主要故障簡析[J].電機控制與應用，2012，39(6)：62-64．

[3] 陳金剛，王強.JZ2-H和YZ-H系列起重三相異步電機電磁制動器解析.電機與控制應用，2012-05，48-50.