三相異步電動(dòng)機(jī)常見故障探析范文

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《防爆電機(jī)雜志》2016年第5期

摘要：

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。

關(guān)鍵詞：

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?，F(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)。

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作者:陳金剛 單位:德州恒力電機(jī)有限責(zé)任公司