籠型三相異步電動機檢測試驗分析

王 強，陳金剛

(德州恒力電機有限責(zé)任公司，山東德州253002)

0 引言

為提高電機質(zhì)量，保證電機長期安全運行，新出廠電機和維修后的電機，通常要進行靜態(tài)機械性能檢測、電氣性能試驗、動態(tài)機械性能檢測和整機外觀檢查。

1 靜態(tài)機械性能檢測

靜態(tài)機械性能檢測通常是電機主要部件裝配完成后、涂漆工序以前，在裸機狀態(tài)下對電機外觀、所裝配零部件、外形安裝尺寸、帶法蘭電機法蘭面的端徑跳、B35 電機的法蘭水平等是否符合相關(guān)標(biāo)準、電機轉(zhuǎn)動是否輕快靈活以及其他一些附屬部件的檢查和測量。

對于成批生產(chǎn)的電機靜態(tài)機械性能檢測的重點是帶法蘭電機法蘭面的端徑跳、軸跳和B35 電機法蘭安裝孔的水平測量。電機的端徑跳受零部件平行度、軸承間隙、裝配應(yīng)力等方面影響，裝配完成后易造成偏差，對此通過整機車削來保證端徑跳，使其在合格范圍內(nèi)。表1 是不同機座號電機的端徑跳合格范圍。端徑跳超差通常會造成電機與配套設(shè)備存在應(yīng)力，軸承運行軌跡軸線與軸承中心線偏斜角過大，致使軸承磨損嚴重，溫升加劇，縮短軸承壽命，嚴重時軸承抱死。B35 電機的法蘭安裝孔水平受機座和端蓋安裝孔、法蘭端面孔的影響，裝配完成后常會造成法蘭安裝孔水平偏差超標(biāo)。對此可在電機法蘭裝配完成后通過劃線打眼來保證其水平，電機法蘭安裝孔H132 及以下機座號電機水平偏差不大于1.5mm，H160 及以上機座號電機水平偏差不大于2mm。法蘭水平超差嚴重將會造成用戶安裝困難或無法安裝。

表1 不同機座號電機的軸跳和端徑跳合格范圍

2 電氣性能試驗

三相異步電動機電氣性能試驗主要有:三相直流電阻檢測;三相繞組對地及三相繞組之間的絕緣電阻檢測和耐壓檢測;定子三相線圈匝間檢測;空載電流及損耗檢測;堵轉(zhuǎn)電流及損耗檢測。

2.1 三相繞組直流電阻檢測

直流電阻檢測是測量電機定子三相繞組的直流電阻大小及平衡度，判定定子線圈合格與否。此項中常出現(xiàn)的故障為電阻過大、過小或不平衡。同種型號的電機在同一電制下，電阻大小及平衡度一般不應(yīng)超過5%。電阻過大或過小，一般因線圈為非同一電制或所測型號與實際電機型號不符造成。電阻不平衡一般是線圈焊頭虛焊或線圈局部損傷所至。對常規(guī)產(chǎn)品，因電阻故障可在后面的電流測試中得到體現(xiàn)，所以繞組的直流電阻可實行抽檢。對電流測試不合格的電機，再測量直流電阻，來確認故障是否由直流電阻故障引起。

2.2 三相繞組對地及三相繞組之間的絕緣電阻檢測和耐壓檢測

繞組的絕緣電阻檢測和耐壓檢測是新出品電機或電機維修后的必測項目。絕緣電阻試驗是在較低電壓下進行的，不會因累積效應(yīng)而損害電機，所以又稱非破壞性試驗，主要測試電機絕緣的整體分布缺陷。絕緣耐壓試驗是測定繞組絕緣在一定的沖擊電壓下，泄漏電流的大小，試驗結(jié)果有可能被直接擊穿，因而稱為破壞性試驗，重點測試電機絕緣的局部損傷缺陷。這種試驗結(jié)果的可信度高，但具有一定風(fēng)險，而且多次試驗，會由于累積效應(yīng)而對繞組造成一定損害。

絕緣電阻檢測和耐壓檢測都是測試電機的絕緣性能。國家標(biāo)準規(guī)定，熱態(tài)下電機絕緣電阻≥2 兆歐，冷態(tài)下電機絕緣電阻≥30 兆歐。新出廠的電機冷態(tài)絕緣電阻一般為200 ～300 兆歐以上，最低要在100 兆歐以上。耐壓試驗，通常用1 000V+2Ue的交流電壓加在電機線圈上，維持1min，看電機泄露電流是否超標(biāo)。對于散嵌線圈電機，機座號越大泄露電流值越大，H355 及以上的電機泄露電流有時接近100mA。表1 是實際檢測過程中根據(jù)機座號實測的電機絕緣泄漏電流范圍，在耐壓測試電機絕緣泄漏電流時可供參考。繞組絕緣電阻值和耐壓試驗的泄露電流常?；橛∽C。對于單速電機三相繞組之間及多速電機各獨立繞組間要進行絕緣電阻和耐壓檢測。

表2 各機座號的電機絕緣泄漏電流范圍

2.3 定子三相線圈匝間檢測

匝間檢測主要測試線圈各匝之間的絕緣性能，以前通常用升高電壓為電機額定電壓的1.3 倍送電運行3min，看電機是否燒壞，對電機的損害較大，且浪費電能。現(xiàn)在普遍用脈沖波形比較法，看電機線圈波形圖，判定電機線圈合格與否，減少了對電機線圈的損傷，并可對局部線圈匝間電機，通過匝間電壓沖擊打火顯示找出故障點，進行局部修理，恢復(fù)正常，減少了材料和工時的浪費。

脈沖波形比較法是在一定的峰值電壓下，考核電機三相繞組所產(chǎn)生波形圖面積差值和絕對差值的大小。對于整機測試，國家標(biāo)準規(guī)定，散嵌定子匝間峰值電壓為3 100V，成型線圈峰值電壓3 400V，波前時間0.5μs。絕對差值和面積差值的設(shè)定沒有統(tǒng)一標(biāo)準，一般根據(jù)電機類型和生產(chǎn)工藝來確定。機器繞線和嵌線的定子，絕對差值可放寬至4%-5%，面積差值可放寬至2%-3%，而手工繞嵌的定子或材料不穩(wěn)定的定子，絕對差值可放寬至8%-10%，面積差值可放寬至3%-4%。根據(jù)多次測試經(jīng)驗，考慮線路等各方面因素的影響，一般手工繞嵌的低壓定子繞組三相波形重合度絕對差值不超過10%，面積差值不超過8%。有關(guān)線圈的各種故障在這一測試過程中都能不同程度地體現(xiàn)出來，便于對線圈存在故障的電機進行局部修理。有些型號的電機定子匝間波形圖受轉(zhuǎn)子影響，兩極電機最明顯。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)個方向后，匝間波形有可能恢復(fù)正常，這種情況下，轉(zhuǎn)子應(yīng)轉(zhuǎn)個方向多試幾次，不宜盲目下結(jié)論。電機匝間絕緣隱患存在一定的不確定性，電機定子在浸漆前做匝間波形沖擊試驗;整機裝配完成后，做匝間波形沖擊試驗，對比較重要的電機和H315 及以上機座號電機同時做130%的額定電壓沖擊試驗，以保證電機線圈絕緣質(zhì)量。

2.4 空載電流及損耗檢測

空載電流和損耗測試，主要測試電機的定子線圈，在一般正常同型號，同功率情況下，電機的額定電壓越高，額定電流越小，相應(yīng)的空載電流也越小;額定電壓越低，額定電流越大，相應(yīng)的空載電流也越大。連續(xù)運轉(zhuǎn)的電機空載電流一般為額定電流的30%-50%，同規(guī)格電機空載電流的波動幅度一般為5%-15%，損耗為額定功率的3%-8%，其中小功率電機銅耗占的比重較大，大功率電機鐵耗占比重較高;短時運行的起重電機空載電流所占額定電流的比值要大一些;轉(zhuǎn)速越低，空載電流所占額定電流的比值越大，12 極和16 極短時工作制的起重電機，空載電流有時達到額定電流的70%-90%。當(dāng)電機的空載電流超出標(biāo)準值上限時，判定為空載電流大。通常造成空載電流大的原因為定轉(zhuǎn)子錯位，使定轉(zhuǎn)子的有效利用部分減少;另一種為定轉(zhuǎn)子鐵心材質(zhì)差，疊壓松動，造成空載電流大。上述原因造成空載電流大的情況下，空載損耗也增大。如空載損耗正常，只是空載電流偏大，則是由定轉(zhuǎn)子氣隙過大或磁路飽和引起。當(dāng)電機的空載電流超出標(biāo)準值下限時，判定為空載電流小。造成空載電流小的原因，一般有可能定子為異電制。同一頻率下，電壓高的定子錯當(dāng)成電壓低的定子使用，此時，堵轉(zhuǎn)電流相應(yīng)也降低，比較明顯，更換定子即可解決;另一種為轉(zhuǎn)子外徑大，這種情況下，將造成定轉(zhuǎn)子間的氣隙減小，電機易造成定轉(zhuǎn)子相擦。此時，堵轉(zhuǎn)電流變化不明顯，一般通過車轉(zhuǎn)子解決?？蛰d電流的平衡度一般控制在5%以內(nèi)，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，一般是部分繞組接錯線或嵌錯槽造成，也有可能是三相繞組各槽匝數(shù)分布不均造成，這種情況下，定子需重新接線或嵌線。另外，鼠籠式轉(zhuǎn)子的材質(zhì)和槽型對空載電流影響較大，也是試驗中應(yīng)考慮的基本問題。

2.5 堵轉(zhuǎn)電流及損耗檢測

堵轉(zhuǎn)電流和損耗檢測，主要是檢測電機的轉(zhuǎn)子。通常要求堵轉(zhuǎn)電流平衡度不超過5%，否則，即可判定為堵轉(zhuǎn)電流不平衡，排除定子原因和線路影響，即為轉(zhuǎn)子有缺陷，轉(zhuǎn)子斷條或縮孔。堵轉(zhuǎn)電流大，為定轉(zhuǎn)子氣隙小，通常車轉(zhuǎn)子以解決。堵轉(zhuǎn)電流小，為定轉(zhuǎn)子氣隙大，通常更換轉(zhuǎn)子以解決。堵轉(zhuǎn)電流和空載電流常?；橛∽C，定子線圈缺陷往往在堵轉(zhuǎn)電流和空載電流方面同時表現(xiàn)出來，堵轉(zhuǎn)電流表現(xiàn)不明顯，空載電流表現(xiàn)明顯;轉(zhuǎn)子缺陷，堵轉(zhuǎn)電流表現(xiàn)比較明顯，空載電流表現(xiàn)不明顯。

3 動態(tài)機械性能檢測

動態(tài)機械性能檢測是測試電機在運轉(zhuǎn)過程中的噪聲、振動和其他各零部件間的配合是否在規(guī)定范圍內(nèi)，從而確認電機在負載運行時的機械性能能否得到保證。

3.1 電機噪聲故障

電機噪聲一般分為機械噪聲、軸承噪聲和電磁噪聲。機械噪聲為電機在裝配過程中各配合件間存在應(yīng)力或電機靜止部分與旋轉(zhuǎn)部分相擦造成。配合件間存在應(yīng)力產(chǎn)生的噪聲表現(xiàn)為起動或停止時聲音異常，或運行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(yīng)力。靜止部分與旋轉(zhuǎn)部分相擦產(chǎn)生的噪聲比較明顯，主要分為掃鏜、掃槽絕緣和軸承卡子掃軸承外小蓋三方面，這時需拆開電機進行確認并修理，消除相擦的現(xiàn)象。軸承噪聲較大、刺耳，聲音一直持續(xù)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(zhuǎn)子間氣隙不均造成的一種渦流聲，對有些電機由于技術(shù)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。同時應(yīng)注意檢測有電磁噪聲的電機是否存在定轉(zhuǎn)子相擦的現(xiàn)象。這種情況下，通常通過更換轉(zhuǎn)子或端蓋，調(diào)整定轉(zhuǎn)子氣隙來降低電磁噪聲。

3.2 電機振動故障

電機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。正確的測試方法參照GB 10068—2008《旋轉(zhuǎn)電機振動限值及測試方法》，判定在剛性基礎(chǔ)上不同中心高電機的振動是否合格。引起電機振動的原因有機械和電磁兩方面的原因。機械振動的原因可以從三個方向的振動值簡單判斷:水平振動大，轉(zhuǎn)子平衡度差;垂直振動大，安裝找正不到位;軸向振動大，軸承裝配質(zhì)量欠佳。4 極以上多極數(shù)電機一般不會因為電機制造質(zhì)量問題引起振動，振動常見于2 極電機。

電磁振動方面的故障主要有三相電壓不平衡，電機單相運行，三相電流不平衡，各相電阻電抗不平衡，電機不對稱運行，電機繞組接線錯誤等。針對電磁方面造成的振動，應(yīng)從電源入手開始檢查，檢查三相電壓是否平衡。用鉗形電流表測量三相電流是否平衡，有沒有存在單相運行。若測量時發(fā)現(xiàn)三相電流不平衡，且表針擺動時高時低，說明轉(zhuǎn)子有籠條斷裂現(xiàn)象，此時應(yīng)更換轉(zhuǎn)子。

3.3 其他動態(tài)機械故障

電機抱軸的原因有兩方面:一是因為軸承內(nèi)蓋或外蓋和軸的間隙過小;二是因軸承內(nèi)外小蓋緊偏所致，運行過程中轉(zhuǎn)子軸與內(nèi)外小蓋摩擦發(fā)熱膨脹，造成內(nèi)蓋或外蓋和軸研死。電機抱軸一般發(fā)生在電機運行的開始階段(3min 之內(nèi))，電機經(jīng)修理軸承內(nèi)外小蓋后，軸承仍可用。軸承抱死一般發(fā)生在電機運行一段時間(30min)之后，這是由于電機運行過程中產(chǎn)生熱量，各部件溫度不同，膨脹量產(chǎn)生差異，軸承受有害軸向或徑向力后，軸承的軸向或徑向游隙減小，軸承過熱造成損壞。

4 整機外觀檢查

整機外觀檢查是電機零部件裝配完畢，涂漆完成后對電機外觀的檢查。主要查看零部件裝配是否齊全、到位，轉(zhuǎn)動是否輕便、靈活。對特殊要求的電機是否按要求進行裝配，特殊零部件是否正確使用，表面涂漆是否均勻，散熱系統(tǒng)是否完好順暢。

5 結(jié)語

綜上所述，電機在組裝完和使用前須進行各項檢驗，熟悉電機常見故障的原因和危害，能夠及時發(fā)現(xiàn)故障隱患并及時解決。使用過程中做好電機的定期檢查和維護工作，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(yīng)用，2012，39(6):62-64.