電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子故障的分析

霍波

摘要 電動(dòng)機(jī)是工廠的主要運(yùn)行設(shè)備，在實(shí)際運(yùn)行中由于各方面的原因，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子易出現(xiàn)各種形式的故障，為此就電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的故障原因進(jìn)行全面分析，找出存在的問(wèn)題。根據(jù)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的不同結(jié)構(gòu)，可采用多種方法進(jìn)行檢測(cè)；至于轉(zhuǎn)子繞組的損壞，根據(jù)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，分成幾種情況，且根據(jù)其各種不同的形狀采用相應(yīng)的方法進(jìn)行處理，使電動(dòng)機(jī)能夠重新安全地運(yùn)行。

關(guān)鍵詞 電動(dòng)機(jī) 轉(zhuǎn)子故障

中圖分類號(hào)：G718.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1002-7661（2016）05-0003-02

我在學(xué)校工作的十幾年中，很多廠礦送了些電動(dòng)機(jī)到學(xué)校進(jìn)行修理，曾多次出現(xiàn)過(guò)轉(zhuǎn)子繞組斷路的情況，按時(shí)間先后摘錄幾例：2000年一臺(tái)給水泵電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組開(kāi)路，銅條刮傷定子端部線棒絕緣；2001年一臺(tái)工業(yè)水泵電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子短路環(huán)開(kāi)路；2005年一臺(tái)供油泵電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子開(kāi)路。從中可見(jiàn)，基本都是380V、200kW以上的低壓電動(dòng)機(jī)存在這種問(wèn)題。因此，檢修人員對(duì)此類問(wèn)題必須重點(diǎn)關(guān)注，每次對(duì)電機(jī)大修時(shí)，均要對(duì)轉(zhuǎn)子繞組作細(xì)微檢查，做到預(yù)防為主。在實(shí)際工作中，我們?cè)鯓尤グl(fā)現(xiàn)問(wèn)題以及采取何種對(duì)策去進(jìn)行處理，是一個(gè)值得思考的問(wèn)題，下面簡(jiǎn)要介紹一下轉(zhuǎn)子故障的檢查及相關(guān)處理方法。

一、轉(zhuǎn)子故障的原因及檢查方法

所有異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組都是由鼠籠或繞線組成。鼠籠轉(zhuǎn)子繞組又分為銅條焊接和鑄鋁兩種。轉(zhuǎn)子的故障大多發(fā)生在鼠籠轉(zhuǎn)子的兩端。對(duì)于繞線式轉(zhuǎn)子的故障與定子繞組故障檢查的方法差不多，比較容易判斷和處理，在此不詳細(xì)討論。此處主要討論鼠籠式電動(dòng)機(jī)的檢查方法。

1.鑄鋁轉(zhuǎn)子的檢查

電機(jī)運(yùn)行時(shí)，根據(jù)其聲音和電流表的指示可初步判斷其情況。當(dāng)判斷為存在故障時(shí)，在電機(jī)停運(yùn)后，拆開(kāi)電機(jī)，抽出轉(zhuǎn)子，此時(shí)主要檢查有無(wú)斷條、裂紋等缺陷。這是因?yàn)楣收现袛鄺l所占比例較多，而且這種故障一般是澆鑄工藝質(zhì)量差或頻繁起動(dòng)受力過(guò)大所造成。對(duì)于這種情況用下面方法可查出：（1）定子通入三相低壓電流法。將轉(zhuǎn)子慢慢轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)電流表指針實(shí)然下降時(shí)，即可判斷該處為斷條處。（2）轉(zhuǎn)子導(dǎo)條通電流法。給轉(zhuǎn)子加20～30V交流電，在轉(zhuǎn)子上撒鐵粉，不吸鐵粉處即為斷條點(diǎn)，表明此處無(wú)電流通過(guò)，產(chǎn)生不出電磁場(chǎng)。不過(guò)這種方法應(yīng)盡量少用，因?yàn)殍F粉難于徹底清干凈，電機(jī)運(yùn)行時(shí)極易引起接地短路或相間短路。（3）轉(zhuǎn)子斷條檢查法。如圖1所示，若鼠籠條是完好的，因?yàn)槠涞刃щ娮栎^小，故副邊繞組的端電壓值很小，而原邊電流卻比較大；若鼠籠條有斷裂則其電阻相應(yīng)變大，此時(shí)電壓值變大，原邊電流則相對(duì)較小。

2.銅條轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)和故障的原因

焊接鼠籠轉(zhuǎn)子是采用成型裸銅導(dǎo)體，兩端與銅端環(huán)焊接成繞組回路。籠條的截面多種多樣，有圓形、矩形、楔形等各種規(guī)格。端環(huán)通常鉆孔后與對(duì)應(yīng)銅條相連接。有些電機(jī)沒(méi)有鉆孔，只是表面相連焊，這種情況特別容易因應(yīng)力、電磁力等產(chǎn)生裂縫。對(duì)于2極高速電機(jī)，一般由于端環(huán)不是整塊銅料鍛成，其接焊縫焊接不良，在運(yùn)行中受熱應(yīng)力容易造成開(kāi)裂。此時(shí)，往往還會(huì)因銅甩出而刮傷定子繞組的端部絕緣層，引起相間短路或?qū)Φ囟搪?。銅條斷裂大多發(fā)生在伸出鐵芯端靠近端環(huán)焊接處。斷裂的一般原因是由于長(zhǎng)期受熱力和電磁力作用而產(chǎn)生疲勞損傷。比如起動(dòng)過(guò)程中銅條上下溫差大，熱膨脹不勻；雙鼠籠條轉(zhuǎn)子的外籠條銅條密度太大，致使在起動(dòng)瞬時(shí)溫升超高；起動(dòng)時(shí)銅條的離心力和切向應(yīng)力作用使銅條受到朝向鐵心槽口方向的沖力；雙鼠籠銅條與鐵芯配合過(guò)松致使銅條在槽內(nèi)發(fā)生振動(dòng)；冷軋銅條在焊接過(guò)程中受熱退火不勻而使機(jī)械強(qiáng)度降低等等，這些因素均可引起銅條或端環(huán)斷裂。

3.銅條焊接轉(zhuǎn)子的故障檢查

根據(jù)上述故障原因，可采用如下的檢查方法：（1）采用鑄鋁轉(zhuǎn)子故障的檢查方法和工具。（2）采用另外一種方法，就是根據(jù)其電阻的大小來(lái)判斷的方法。這種方法可直觀、準(zhǔn)確地測(cè)出焊接點(diǎn)的缺陷。檢查時(shí)把針形插棒直接插入銅條的末端靠近端環(huán)附近。在籠條完好的情況下，微歐表測(cè)量出的是整個(gè)籠條的電阻，當(dāng)銅條在焊點(diǎn)處斷裂時(shí)，則微歐表測(cè)出的是一條銅條的有效電阻。當(dāng)該電阻值超過(guò)正常值的1.5倍時(shí)，就應(yīng)處理該銅條。

二、繞組的材料

為了對(duì)轉(zhuǎn)子繞組有進(jìn)一步了解，有必要分析一下銅繞組的材料。當(dāng)異步電動(dòng)機(jī)容量大于100kW時(shí)，由于鑄鋁質(zhì)量不易保證，常采用銅條繞組，而為了消除齒諧波的影響，把轉(zhuǎn)子槽做成斜槽。大電機(jī)轉(zhuǎn)子內(nèi)外籠條采用不同材料，且二者的作用性質(zhì)也不同。內(nèi)籠條為運(yùn)行繞組，用導(dǎo)電率p較小的紫銅，根據(jù)公式R=pI/s，可知電阻與電阻率成正比，ρ↓→R↓，而熱量Q=0.2412Rt，Q亦正比例于R，從中可推斷出ρ↓→R↓→Q↓，這對(duì)于長(zhǎng)期運(yùn)行的轉(zhuǎn)子繞組來(lái)講，熱量的降低無(wú)疑延長(zhǎng)了繞組的運(yùn)行壽命；外籠條為起動(dòng)繞組，用導(dǎo)電率較大的青銅或黃銅制成，根據(jù)上述分析，外籠條在相同條件下比內(nèi)籠條發(fā)熱程度要高，但由于位于轉(zhuǎn)子外側(cè)，與定子之間又有間隙，且間隙大小與電機(jī)容量成正比，因此散熱比較容易。

三、轉(zhuǎn)子故障的處理

1.銅轉(zhuǎn)子繞組

鼠籠繞組斷條是電動(dòng)機(jī)常見(jiàn)故障。斷條后電動(dòng)機(jī)雖可空載起動(dòng)，但當(dāng)帶滿負(fù)載時(shí)其定子電流就會(huì)不穩(wěn)，電流表來(lái)回?cái)[動(dòng)，有時(shí)電動(dòng)機(jī)還會(huì)發(fā)出異聲。經(jīng)用前述方法確定斷條后就可進(jìn)行修理。其修理方法如下：（1）轉(zhuǎn)子銅條的斷條故障大部分是銅條和短路環(huán)的焊接處脫焊，此時(shí)處理起來(lái)比較方便，像給水泵電機(jī)處理那樣，先清理、后銀焊。當(dāng)然，清理并不是一件容易做到的事，因電機(jī)運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，轉(zhuǎn)子處灰塵、油漬、青苔等積累較多，因而清理起來(lái)相當(dāng)困難，用手銼、電動(dòng)磨光機(jī)耐心打磨，必須打磨干凈，否則無(wú)法焊牢。（2）檢查出銅條在轉(zhuǎn)子槽中部發(fā)生斷裂，則應(yīng)將斷裂的銅條完全打出，然后仔細(xì)清理鐵心槽內(nèi)的雜物，再根據(jù)槽形尺寸裁出適當(dāng)?shù)男裸~條打入槽內(nèi)，用銀焊把它與端環(huán)焊接牢固。之后，用環(huán)氧樹(shù)脂填充轉(zhuǎn)子槽內(nèi)的氣隙，使銅條與鐵心凝固成一個(gè)整體，這樣就可有效地防止銅條在槽內(nèi)振動(dòng)而引起疲勞斷裂。

2.鑄鋁轉(zhuǎn)子繞組

這種情況修理起來(lái)相當(dāng)困難，只能采用2種方法：（1）送廠家重新澆鑄；（2）使整個(gè)轉(zhuǎn)子鑄鋁熔化后，改成銅條繞組。具體處理過(guò)程是：在鑄鋁被全部熔化后，在空出的鑄鋁槽中，根據(jù)槽的形狀和大小，把整條紫銅加工成幾段長(zhǎng)方體，而且其表面積應(yīng)小于槽面積的2/3，這樣就可避免起動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)矩減小、定子電流增大等問(wèn)題的出現(xiàn)，從而可使電機(jī)在滿負(fù)荷下平穩(wěn)地運(yùn)轉(zhuǎn)，紫銅條的長(zhǎng)度和寬度必須符合一定的比例，不能使它在槽內(nèi)有過(guò)多的間隙，以免產(chǎn)生振動(dòng)。紫銅條全部放進(jìn)槽內(nèi)后，在兩端用短路環(huán)連接，焊接成兩個(gè)小端環(huán)，從而組成一個(gè)閉合回路。

經(jīng)上述2種方法處理后的轉(zhuǎn)子，都需要重新校驗(yàn)幾何平面并作動(dòng)力平衡試驗(yàn)，促使轉(zhuǎn)子能在一個(gè)中心下均勻地切割磁力線，從而使電機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行，電機(jī)從開(kāi)始出現(xiàn)故障，到找出故障點(diǎn)以及經(jīng)過(guò)多個(gè)環(huán)節(jié)的處理，需花費(fèi)很多人力和物力才能完成。因此，對(duì)此問(wèn)題必須引起高度重視。

（責(zé)任編輯 曾卉）