陳金剛

(德州恒力電機有限責任公司，山東德州253002)

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三相異步電動機常見故障分析

陳金剛

(德州恒力電機有限責任公司，山東德州253002)

主要講述三相異步電動機使用運轉(zhuǎn)過程中常見的故障表現(xiàn)，如電機無法起動及過熱，軸承過熱，電機制動器的剎車故障進行了分析，并對部分故障提出了檢測和預防修理措施。

故障；電機過熱；軸承溫度；措施

0 引言

三相異步電動機故障因素較多，按故障原理分為電氣和機械兩方面，通常把電機定子繞組接地、缺相運行、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、斷路等與電氣關系密切的故障歸為電氣故障；把定轉(zhuǎn)子相擦、電機振動、軸承過熱、損壞，電機制動器剎車打不開，制動失靈等與機械裝置關系密切的故障歸為機械故障。為了保證異步電動機的安全運行，在電動機發(fā)生故障時，必須快速準確地查清故障發(fā)生的原因，以便盡快修復。

1 故障分析及措施

1.1 三相異步電動機不能起動

三相異步電動機不能起動有電氣和機械兩方面因素造成。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、接線錯誤等；(3)控制設備接線錯誤或元器件損壞，過電流繼電器調(diào)得太小，造成電機無法起動；(4)繞線式轉(zhuǎn)子電動機起動操作錯誤或轉(zhuǎn)子電阻配備不當。機械方面因素主要是：電機過載或軸承損壞致使轉(zhuǎn)子或傳動機械被卡住。上述情況均會造成電機無法起動。故障出現(xiàn)時應檢測電源線路，電機三相繞組完好情況和控制線路，排除電氣故障；檢查電機和傳動機械設備的運轉(zhuǎn)情況，排除機械故障。

1.2 電動機過熱

電機過熱是電機繞組燒壞的主要因素，可從電源、負載、通風散熱和電機本身原因四個方面進行分析。電機過熱直接影響電機的使用壽命。為防止電機過熱到燒壞繞組的程度，對一些重要使用場所的電機，在電機繞組處埋置正溫度系數(shù)熱敏電阻或PT100測溫元件，如圖1所示，電機運轉(zhuǎn)過程中當繞組溫度升高到一定溫度時，通過控制電路動作，斷開電源，保護繞組不被燒壞。

1.2.1 電源方面使電動機過熱的可能原因有：(1)電源電壓過高，電動機反電動勢、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，導致鐵心過熱；磁通增加，又致使勵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，會使電動機過熱。(2)電源電壓過低，若電動機的電磁轉(zhuǎn)矩保持不變，磁通將降低，轉(zhuǎn)子電流相應增大，定子電流中負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)電源電壓不對稱。當電源線一相斷路、保險絲一相熔斷，或閘刀起動設備接頭燒傷致使一相不通，都將造成三相電動機在兩相電源下運行，致使運行中Y接電機的二相或△接電機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。當三相電源不平衡時，會使電動機的三相電流不平衡，引起繞組過熱。為此，電源電壓應按照國家標準規(guī)定，電壓的波動應不超出額定值的±5%，確保電機輸出功率不超過額定值。

1.2.2 負載方面造成電動機過熱的可能原因有：(1)電動機過載運行，當設備不配套，電動機的負載功率大于電動機的額定功率時，電動機長期過載運行(即小馬拉大車)，會導致電動機過熱。維修過熱電動機時，應首先搞清負載功率與電動機功率是否相符，以防盲目拆卸。(2)設備雖然配套，但所拖動的機械負載工作不正常，運行時負載時大時小，頻繁起動、短時過載，對繞組產(chǎn)生沖擊，造成電動機繞組發(fā)熱。(3)拖動的機械有故障，當被拖動的機械有故障，轉(zhuǎn)動不靈活或被卡住，都將使電動機過載，造成電動機繞組過熱。根據(jù)負載選擇電動機時，綜合考慮電機的效率和功率因數(shù)，電機功率通常按機械實際使用功率的1.15倍進行選擇，通常不超1.2倍，使電機運行在80%～90%的額定功率下，電機運行電流亦在額定電流的80%～90%的范圍內(nèi)，達到電機的效率和功率因數(shù)的最佳結合點，電機運行在最佳狀態(tài)。

1.2.3 通風散熱不良使電動機過熱的可能原因：(1)環(huán)境溫度過高，使進風溫度高，對此，電機在設計時應充分考慮使用時的環(huán)境溫度。(2)進風口有雜物擋住，進風不暢，造成進風量小。(3)電動機內(nèi)部灰塵過多，影響散熱。(4)風扇裝反損壞或相序接反，造成無風或風量小。(5)沒裝風罩或電動機端蓋內(nèi)沒裝擋風板，造成電動機風路短路。一般電機的運轉(zhuǎn)的環(huán)境溫度為-15℃～40℃，當電機環(huán)境溫度過高時，應改善電動機的工作環(huán)境，并參考機身銘牌上的溫度，確保環(huán)境溫度在銘牌所標臨界溫度以下。同時保證電機風路通暢，電動機本身散熱設備良好，注意經(jīng)常清理污垢等雜物以確保電動機正常散熱。

1.2.4 電動機本身造成過熱的可能原因：(1)電動機繞組斷路。當電動機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，都將導致三相電流不平衡，使電動機過熱。(2)電動機繞組短路。當電動機繞組出現(xiàn)短路故障時，短路電流比正常工作電流大得多，使繞組銅損耗增加，導致繞組過熱，甚至燒毀。(3)電動機接法錯誤。當三角形接法電動機錯接成星形時，電動機仍帶滿負載運行，定子繞組流過的電流要超過額定電流，電機轉(zhuǎn)矩降低，導致電動機自行停車，若停轉(zhuǎn)時間稍長又未切斷電源，繞組不僅嚴重過熱，還將燒毀。當星形連接的電動機錯接成三角形，或若干個線圈組并聯(lián)支路的錯接成串聯(lián)，都將使繞組過熱，嚴重時將燒毀繞組。當一個線圈、線圈組或一相繞組接反時，會導致三相電流嚴重不平衡，而使繞組過熱。(4)電動機的機械故障。當電動機軸彎曲、裝配不好、軸承存在問題等故障時，均會使電動機電流增大，銅損耗及機械摩擦損耗增加，使電動機過熱。(5)在中、小型電機中，氣隙一般為0.2mm～1.5mm。氣隙大時，要求勵磁電流大，從而影響電機的功率因數(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，使電機發(fā)熱甚至燒毀。如發(fā)現(xiàn)軸承磨損應及時更換，并對端蓋進行更換或處理。

電機過熱主要由過載，缺相和通風不良引起，通過測量電機的負載電流與額定電流進行比較可判定過載程度，過載越嚴重電機發(fā)熱越快，越容易燒壞。電機運行過程中電機過熱故障可通過檢測電機運行時的電流，加裝過熱保護器，如圖2所示，做好周期保養(yǎng)，加強日常巡視來及早發(fā)現(xiàn)，及時排除。

1.3 電機軸承過熱

當電機軸承受到不應有的外力，潤滑不良或軸承磨損到壽命終了時，軸承會出現(xiàn)過熱。電機軸承過熱是電機故障的主要原因之一，容易造成軸承抱死，燒壞電機繞組。為防止電機軸承過熱，對一些重要使用場所的電機，在電機軸承處埋置PT100測溫元件，如圖3所示。

當軸承溫度升高到一定程度時，通過控制電路的動作，斷開電源，對軸承進行維護或更換。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)軸向累計公差造成軸承軸向間隙過小或兩側端蓋或軸承蓋未裝平，致使軸承軸向受力。(4)機械與電機相連的傳動連接裝置存在隱患，使軸承受到不應有的外力。軸承工作是否正?？蓱{聽覺及溫度經(jīng)驗來判斷，可用手或溫度計檢測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，應及時添加潤滑脂。

1.4 電機在使用中制動器出現(xiàn)的問題

1.4.1 剎車打不開：通常表現(xiàn)為電機送電后電機不轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)速緩慢，制動器發(fā)熱，首先檢查電機電源和制動器電源是否正常，有維持電壓的電機，吸合電壓維持時間不少于3s，確保銜鐵能夠吸合，維持電壓的變化范圍應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間正常，剎車仍打不開，測量間隙是否正常，部分電機制動部分由于保存不當或密封不嚴，內(nèi)部受潮，嚴重銹蝕，造成間隙堵死，使電機制動器始終處于制動狀態(tài)。對此，應拆開制動部分進行除銹，間隙調(diào)整及密封處理。保證電機間隙正常。

1.4.2 電機制動器摩擦盤局部發(fā)熱：制動電機在剎車制動過程中，理想狀態(tài)下是整個摩擦面同時完全接觸，產(chǎn)生摩擦力將電機剎住。這種情況下由于摩擦力很大，電機和制動器鐵心線圈斷電后可立即剎住或轉(zhuǎn)動很小的角度，摩擦片與兩對偶摩擦面之間基本不會產(chǎn)生摩擦熱或產(chǎn)生的熱量很少，制動器溫度變化不會有明顯的感覺。由于電機斷電后，存在剎車制動時間，有的電機停電后要轉(zhuǎn)動一定的角度才能剎住，在轉(zhuǎn)動過程中，由于摩擦力作用，還會產(chǎn)生一定的熱量。

在實際加工裝配時，由于加工面存在一定的公差，裝配過程中各個螺栓的緊固程度存在一定差異，造成制動間隙不可能完全均等，特別是大機座號電機接觸面的直徑達300～500mm時，制動件與兩摩擦對偶面間，由于間隙不完全均等，電機在剎車時，相對間隙小的部分面先接觸摩擦，產(chǎn)生摩擦熱，造成溫度偏高；間隙相對偏大的部分面后接觸，這部分面一接觸，電機制動產(chǎn)生的摩擦力大于電機的負載力矩，電機即停轉(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，電機在這種情況下剎車，造成制動部分局部溫度偏高。當電機在此種狀態(tài)下使用一段時間后，間隙小的摩擦面磨損會較嚴重，間隙大的摩擦面相對較輕，制動間隙將趨于均勻，局部發(fā)熱將趨向緩和，溫度將降低，不會影響電機的正常運行?？傊灰苿娱g隙和制動剎車時間在要求范圍內(nèi)，電機運轉(zhuǎn)正常，產(chǎn)生的溫度不會太高，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(xiàn)二次吸合和二次釋放，造成剎車遲緩，制動效果差。此時應拆開檢查制動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：當用戶使用一段時間后，制動件摩擦片磨損嚴重，工作間隙變大，彈簧工作長度增加，使制動壓力下降，造成剎車失靈。嚴重時可使銜鐵不能吸上，電機無法正常運轉(zhuǎn)，此時可通過調(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。制動器最大間隙通常為工作間隙的2～3倍，為確保制動器有足夠的制動扭矩，需要在工作間隙達到最大額定間隙值前，重調(diào)間隙。

1.4.5 電機起動、剎車時制動器出現(xiàn)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(fā)出的異常聲音，聲音尖銳刺耳，屬典型的噪音，必須設法消除。制動件上的摩擦材料經(jīng)摩擦一段時間后，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盤變形，使摩擦的有效面積減少，造成起動或剎車時異響?，F(xiàn)場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件上。(3)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。

1.4.6 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。

1.4.7 立式制動電機制動件摩擦片與摩擦面相擦：制動件隨電機運行過程中，摩擦片容易與下端摩擦面相摩擦產(chǎn)生噪音，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4所示。

2 結語

綜上所述，三相異步電動機在長期運行過程中，會出現(xiàn)各種各樣的故障，想要及時發(fā)現(xiàn)就必須熟悉電機常見故障的特點及原因，抓住關鍵因素，定期檢查和維護。這樣才能少走彎路，節(jié)省時間，盡快地排除故障，使電機處于正常的運轉(zhuǎn)狀態(tài)。

[1] 王強，陳金剛.低壓船用電動機絕緣與繞組熱保護.電機技術，2013.02.43-46.

[2] 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.

[3] 陳金剛，王強.鼠籠式三相異步電動機溫升解析.電機技術，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機電一體化專業(yè)，現(xiàn)從事電機出廠檢測與故障分析工作.

2016-04-29