異步電動機電氣故障的識別與診斷分析

孟 旭，胡聞嘉

（上海振華重工（集團）股份有限公司，上海 200125）

異步電動機在實際運行階段極易發生故障問題，電氣故障是十分常見的故障類型，由于電機內部存在電路和磁路的耦合情況，因此設備故障診斷涉及的因素較多，與常規機械設備的診斷技術相比，電動機故障診斷技術的應用范圍較廣。如果異步電動機在運行階段發生故障問題，需要及時采取有效的診斷措施識別故障類型，明確故障問題以及位置，了解導致故障的具體原因，為后續維修工作的開展提供重要參考依據。

1 異步電動機概述

1.1 運行原理

異步電動機的工作原理主要指將電能轉化為機械能，在工作過程中接入三相交流電源，電流通過定子部分的三相對稱繞組，在電動機內部間隙位置形成一個旋轉磁場，旋轉磁場和轉速相同，轉子的鐵心內部具有良導體部件，同時兩側被導電環短接，如果定子部分形成的旋轉磁場呈逆時針方向運動，那么導體切割磁場線能夠形成感應電動勢。異步電動機主要的功能體現在異步轉速，如果轉子位置為閉合電路，那么電流能夠通過鐵心中的導體，該過程中感應電動勢與流過的電流方向保持一致。

1.2 結構

異步電動機由定子和轉子兩部分組成，前者為靜止部分，后者為轉子部分，兩者之間存在一定的間隙。定子的主要組成部分包括鐵芯、繞組與機殼。其中鐵芯是磁路的重要組成部分，形狀為圓桶形，由相互絕緣的硅鋼片構成，硅鋼片之間的絕緣能夠減少渦流損失。每一張硅鋼片的內圓均設置定子槽，將三相繞組放置其中。硅鋼片疊壓形成一個整體鐵芯，固定在機座中。繞組屬于電動機的主要組成部分，由諸多線圈構成，各線圈具有兩個有效邊，分別放置在兩個槽內，導體和鐵芯之間有槽絕緣，如果繞組為兩層，層與層之間需要具有絕緣。機殼是電動機的主要結構，其作用在于固定與支撐定子鐵芯。轉子是異步電動機的旋轉構件，工作階段受到機械應力、電磁力以及熱應力的作用影響，轉子鐵芯也是磁路的重要組成部分，形狀為圓柱形，由諸多硅鋼片構成，與定子鐵芯、氣隙共同組成完成磁路。表面槽中具有轉子繞組，包括籠型與繞線型兩種結構形式。通常情況下異步電動機繞組使用鼠籠式繞組。轉子導條兩端通過端環有效連接。圖1為異步電動機結構原理圖。

圖1 異步電動機結構示意圖

2 異步電動機常見電氣故障類型

2.1 三相電流不均衡

異步電動機處于額定電壓運行階段，各相三相空載電流的平均值發生偏差的概率低于平均值的9%。如果運行階段設備發生故障，或者三相電壓存在明顯的不均衡情況，就會導致設備內出現較大的不平衡電流。導致該故障的主要原因在于電機繞組匝間存在短路情況，對三相電源電壓的穩定性造成影響，或者設備三項繞組匝數存在差異以及定子繞組內部線圈的連接方式不合理。

2.2 單相運行故障

異步電動機在實際運行階段，如果存在一相斷路情況，便會導致單相運行故障，也被稱作缺相運行。對導致單相運行的原因進行分析，主要原因為熔絲被燒斷，導致電機開關觸電或者連接導線接頭位置存在接觸不良情況。如果設備存在該類故障，通常情況下難以正常、穩定運行，并且伴隨有一定的噪聲。多數情況下設備能夠在短時間內正常運行，但是如果未及時進行有效的診斷與處理，將會導致設備燒毀。

2.3 繞組接地故障

繞組接地故障主要指異步電動機任何一點或者一點以上與鐵心或者基座由于絕緣不良而導致通路，也被稱作碰殼。如果設備繞組機殼、鐵心和繞組導體之間具有接觸點，或者電機繞組絕緣層受損，均會導致繞組局部溫度提高，隨著電流的不斷增加，最終導致繞組被燒毀。導致該類故障的主要原因在于設備連續運載時間較長，或者由于絕緣在受損情況下受潮以及轉子和定子因為摩擦導致絕緣層受損、定子繞組重繞導致鐵心受損等。

2.4 繞組短路故障

設備絕緣損壞后會發生繞組短路故障，電流在短時間內迅速提升，導致設備無法正常、穩定運行。導致該情況的主要原因為設備運行欠電壓、過電荷、機械損傷以及缺相運行。如果繞組存在短路故障情況，電流不斷提升形成高熱，嚴重影響設備絕緣，最終對電動機造成損害。

3 異步電動機電氣故障診斷流程

3.1 先清潔后檢查

異步電動機多數故障均由工作環境差導致，在診斷故障的過程中，首先需要對設備進行全面清理，排除因污染因素導致的故障，之后進行有效檢測。比如輸入電壓接線柱接觸不良導致打火、線圈臟污導致匝間絕緣下降等。

3.2 先機外后機內

診斷異步電動機電氣故障的過程中，首先需要從機外入手，逐步對內部進行深入檢查。如果異步電動機處于待修狀態，首先需要對輸入電壓是否正常進行檢查，查看插頭、連接線、插座是否存在問題。確認一切正常無誤后，對設備本身進行檢查，能夠避免診斷的盲目性，減少損失，同時能夠為維修工作提供保障。

3.3 先靜態后動態

靜態主要指在切斷設備電源時進行檢查，主要檢查插頭接觸情況、電機繞組接頭是否斷線以及焊接不良、線圈是否燒黑以及變色等。動態主要指設備處于通電狀態下進行檢查。只有完成靜態檢查后方可進行動態檢查，切勿盲目通電，避免導致故障范圍擴大，對現場作業人員的人身安全造成威脅。

4 異步電動機電氣故障常用診斷方法

4.1 直觀檢查法

該方法是診斷異步電動機故障最為簡單的方法，同時也是維修時必須使用的方法，主要通過工作人員通過自身的直觀感覺，通過觀察、觸摸、聽、聞等基本方式檢查設備的故障情況，進而發現與排除故障。其中觀察主要指觀察設備的故障情況，如電容器是否存在漏液、鼓起、炸裂等情況、機械部件是否存在脫落、松動、磨損、斷裂等情況、各接頭是否運行良好、連接是否合理、是否存在斷線以及通電過程中設備是否存在打火、冒煙等情況。“聽”主要指明確設備運行階段是否存在異常聲響。異步電動機正常運行階段，滾動軸承均存在均勻連續的嗡嗡響聲，滑動軸承的聲音非常小，不存在雜聲。如果滾動軸承缺油，存在異常響聲，主要原因可能為軸承鋼圈斷裂或者軸承內部含有其他雜物，軸承零件存在磨損情況。嚴重的雜聲能夠通過聽覺直觀感受，輕微的雜聲可以將螺絲刀抵在軸承外蓋，耳朵貼近螺絲刀木柄判斷故障位置。“聞”主要指在設備處于通電狀態下明確其是否存在焦糊味，如果存在不正常的氣味，需要及時關閉電源，避免故障加重。觸摸主要指對設備螺絲進行觸摸，查看其是否存在松動情況，或者用手觸摸設備外殼，查看其是否過熱，如果外殼溫度較高，需要及時切斷電源，避免故障范圍擴大。

4.2 電壓法

電壓法是異步電動機電氣故障的常用診斷方法，多用于檢測設備的輸入電壓，對三相異步電動機來說，通常情況下任意兩相之間的電壓約為380 V，對單相異步電動機來說，通常情況下其輸入電壓約為220 V，如果檢測時無電壓或者差異較大，需要進一步檢查輸入電路。

4.3 電阻法

電阻法是異步電動機維修的主要方法之一。通過萬用表的歐姆檔對電機繞組的電阻值進行檢測，能夠及時判斷繞組是否存在開路或者短路等情況。對三相異步電動機來說，三相繞組的電阻值差異較小，對單相異步電動機來說，因為起動原理存在不同，主繞組與副繞組的電阻值存在一定的差異。

4.4 電流表法

通過萬用表對異步電動機的電流進行檢測，或者采用鉗型電流表進行檢測，結合檢測所得電流值與設備的額定電流進行對比，為工作人員分析設備內部繞組故障提供參考依據，及時了解故障原因。

4.5 替換法

主要指使用性能良好的器件替換疑似故障器件，如果故障消除，說明被替換器件確實存在故障，反之則需要進一步診斷、判斷。通常情況下替換法能夠有效檢查設備器件是否發生故障，并且結果準確，難以判斷的情況較為罕見。

5 異步電動機電氣故障診斷方法的應用

5.1 定子繞組接地

診斷方法：（1）觀察法。繞組接地故障多發生在繞組端部與槽口位置，對該部位進行嚴密觀察，查看是否存在破裂、焦黑痕跡，如果存在則說明故障點位于此。（2）通過試電筆進行檢查，使設備處于通電狀態，通過試電筆觸碰設備外殼，如果是單筆氖管發亮，表明繞組存在接地情況。（3）通過萬用表進行檢查，將其旋轉至R×10 kΩ檔，將1只表筆接于設備外殼，另一只表筆接觸三相繞組的接線端，哪相繞組偏轉至“0”，表明該相存在繞組短路情況。（4）通過兆歐表進行檢查，將其接于設備外殼與繞組構成的電路中，對絕緣電阻進行檢測。認真觀察兆歐表顯示數值，如果為0，表明繞組接地；如果數值超過0而低于0.5 MΩ，表明繞組受潮，需要烘干后再進行檢測，同時觀察絕緣電阻是否上升，如果并未上升，表明絕緣或繞組受損。最后，在具體診斷過程中，需要結合異步電動機的電壓等級合理選擇兆歐表，比如說380 V的電機需要采用500 V的兆歐表。

5.2 定子繞組短路

診斷方法：（1）觀察法。將設備拆開對定子繞組的外觀、顏色進行觀察，如果短路點發生于繞組端部，需要對機械受損位置與短路點進行認真觀察，通常情況下短路點存在黑色燒焦痕跡，顏色較深。如果用手觸摸黑點位置，能夠發現絕緣漆發脆，甚至已經碎裂。（2）觸摸法。根據繞組短路后發熱的原理，通過手感明確短路的具體位置。首先使異步電動機處于通電狀態，使其空載運行10 min左右，之后斷電，將電機迅速拆開，取出轉子，用手觸摸定子繞組的各部位，如果某處的溫度明顯高于其他部位，表明短路點在該部位。（3）通過萬用表或者兆歐表進行診斷。使用兆歐表能夠有效判斷相間短路情況，診斷過程中，拆開電動機繞組頭尾接線頭，通過萬用表或者兆歐表對相間電阻進行檢測，如果數值較低或者為零，說明為短路相。（4）電阻測量法。通過萬用表或者電橋對三相繞組的電阻值進行檢測，將數值與正常數值進行對比，電阻較小的繞組存在短路故障。工作人員需要及時明確短路點，如果短路匝數較多，需要及時更換繞組。

5.3 轉子籠條斷條

診斷方法：（1）觀察法。首先需要抽出電機轉子，對轉子鐵芯表面進行認真觀察，尤其是轉子的端環和導條的交接位置，如果存在青藍色的過熱變色情況，表明該位置便是斷條位置。（2）鐵粉檢查法。使用二次測額定電流超過10 A的單相變壓器和容量大致相同的單相調壓器以及交流電流表進行檢測，轉子的兩端環接變壓器的二次側，之后緩慢增加調壓器二次側的輸出電壓，同時對電流表進行認真觀察，如果變壓器二次側電流為10 A，及時停止調整，該過程中電壓約為變壓器一次額定電壓的5%～10%。同時轉子導條中大量電流經過，在周圍形成磁場，將一些細鐵粉灑在導條上，正常情況下導條邊緣能夠均勻吸附鐵粉，斷條上鐵粉十分稀少或者沒有。（3）短路檢查法。將接通的220 V交流電源與串有電流表的短路偵察設備放置于鐵芯槽口位置，順沿轉子鐵芯外圓緩慢移動，如果電流表數值存在突然變小的情況，表明被檢測槽內存在斷條故障。對該故障來說，可以更換相同型號與規格的轉子，試運行階段如果設備負載性能、轉速、聲音等方面均表現正常，表明被更換的轉子存在斷條故障。如果斷裂位置在端環或者槽外的其他位置，需要將斷裂紋鑿成V形槽，通過氣焊焊平。如果斷條較多，需要對全部銅條進行更換處理。

6 結束語

綜上所述，電氣故障是異步電動機的主要故障類型，如果發生電氣故障，將會導致設備運行失常、定子繞組燒毀，造成嚴重的損失。因此為了確保異步電動機的安全穩定運行，需要采取科學合理的診斷措施及時診斷故障，排除隱患。異步電動機電氣故障的識別與診斷方法較多，工作人員需要結合實際情況制定合理的診斷方案，同時不斷積累經驗，充分掌握故障原因，這樣才能提高診斷效果，為后續維修提供保障。