三相異步電動機(jī)出廠檢驗(yàn)故障分析與處理

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(1德州恒力電機(jī)有限責(zé)任公司，山東德州 253005；2德州瑞百利玻璃磚有限公司，山東德州 253000)

0 引言

三相異步電動機(jī)廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，造成三相異步電動機(jī)故障因素較多，為了保證三相異步電動機(jī)的安全運(yùn)行，在電機(jī)組裝完成后，需對電機(jī)的各項(xiàng)電氣參數(shù)和運(yùn)轉(zhuǎn)時的動態(tài)機(jī)械性能進(jìn)行檢查驗(yàn)證，查看電機(jī)的各項(xiàng)性能指標(biāo)是否在容許范圍內(nèi)，以確認(rèn)合格。

1 電機(jī)故障分析及處理

1.1 電機(jī)定子繞組接地

定子繞組接地分以下幾種情況：(1)定子端部高，造成線圈端部與端蓋接觸，以兩極電機(jī)居多。對此應(yīng)通過定子加熱后重新整形綁扎解決。(2)電機(jī)引線擠破，壓裝過程中，由于端部空間狹小，引線引出部位存在尖角或毛刺，造成引線破損，損傷處與機(jī)殼或接線盒座接觸造成接地。對此如果破損嚴(yán)重需更換引線，輕微破損可套絕緣套管，綁扎處理。(3)定子槽口或槽背絕緣破損，定子搬運(yùn)和壓裝過程中容易造成槽背絕緣破損，轉(zhuǎn)子填裝過程中容易造成槽口絕緣破損。對此應(yīng)通過定子加熱后更換或修補(bǔ)破損的絕緣。(4)頂絲眼打透，造成頂絲直接接觸定子繞組，需更換定子，多見于小機(jī)座號6、8極電機(jī)。

1.2 電機(jī)定子繞組錯線，相序錯和匝間

定子繞組錯線分以下幾種情況：(1)電機(jī)某相線圈斷線，造成電機(jī)無法運(yùn)轉(zhuǎn)。找出故障點(diǎn)進(jìn)行修復(fù)或更換定子線圈。(2)三相電機(jī)中一相首尾接錯，造成電機(jī)磁場畸變，電機(jī)無法正常運(yùn)轉(zhuǎn)。找出接錯相并改正。(3)電機(jī)星角接錯或路數(shù)接錯，造成電機(jī)電流呈倍數(shù)關(guān)系變化。改變接法或接線路數(shù)。(4)多速電機(jī)電流異常，一套繞組，高低速接法錯誤；兩套繞組，一速電流正常，另一速電流異常，一套運(yùn)行時，另一套中產(chǎn)生環(huán)流。雙速或多速電機(jī)環(huán)流的影響，如果并聯(lián)路數(shù)a=1，無論三相繞組是Y接或△接，非工作繞組均無環(huán)流。如果并聯(lián)路數(shù)a>1，并聯(lián)支路合成電勢的矢量和與所串極相組之間的相位差有關(guān)。為消除環(huán)流，當(dāng)并聯(lián)路數(shù)a=2時，采用相距360°的極相組互串為并聯(lián)支路。當(dāng)并聯(lián)路數(shù)a=3時，采用相距540°的極相組互串為并聯(lián)支路。當(dāng)并聯(lián)路數(shù)a=n時，采用相距n×180°的極相組互串為并聯(lián)支路。所以雙繞組多速電機(jī)當(dāng)采用多路并聯(lián)支路時，應(yīng)注意繞組各支路中線圈連接的相距，使非工作繞組中各支路合成電勢為零或同相位。(5)電機(jī)一相繞組首尾接在同一相電源上，電機(jī)無轉(zhuǎn)矩。

電機(jī)相序錯，對于電機(jī)出線方式不同，接線時應(yīng)有所改動。側(cè)出線電機(jī)當(dāng)右出線是正轉(zhuǎn)時，則左出線為反轉(zhuǎn)，要保持正轉(zhuǎn)，需要把三相繞組的任意兩相的引出線互換進(jìn)行接線。而上出線電機(jī)，當(dāng)右出線電機(jī)改為左出線時，只需把接線盒調(diào)個方向，電機(jī)的接線不變。

匝間是電機(jī)定子繞組線圈絕緣損壞的故障，造成電機(jī)匝間的絕緣故障分為匝間不良和匝間短路兩種情況。匝間不良波形如圖1所示。

圖1 繞組匝間不良波形圖

電機(jī)容易燒壞，何時會損壞，取決于電機(jī)在實(shí)際狀態(tài)時的負(fù)荷及溫升的情況，以及是否出現(xiàn)頻繁過電壓，是一種潛在的危險；匝間短路是金屬性接觸(搭結(jié))的狀態(tài)，是導(dǎo)致電機(jī)損壞的直接原因。匝間短路、相間短路、電暈放電、一匝短路、多匝短路或?qū)娱g短路，將引起線圈局部放電，匝間波形的絕對差值和面積差值超出標(biāo)準(zhǔn)范圍，故障發(fā)生部位會有放電火花和放電聲，波形如圖2所示。由于電機(jī)定子繞組錯線故障大部分為三相線圈不對稱引起，會造成電機(jī)匝間波形不重合，表現(xiàn)為匝間故障。如果是三相繞組對稱性錯線故障，匝間波形正常，但電機(jī)電流將會出現(xiàn)異常。

圖2 繞組匝間短路波形圖

1.3 電機(jī)電流異常

1.3.1 空載電流大

電機(jī)空載電流大的原因有：(1)定子用錯，低電壓的定子錯當(dāng)成高電壓電機(jī)定子使用。(2)定轉(zhuǎn)子錯位，未按要求壓裝或定位基準(zhǔn)選擇有誤，或轉(zhuǎn)子穿軸尺寸存在問題。造成定轉(zhuǎn)子有效利用部分不能對齊。(3)轉(zhuǎn)子用錯，定轉(zhuǎn)子不匹配，造成空載電流大。(4)定子繞組匝數(shù)少于正常值。(5)鐵心長度不足或疊壓不實(shí)造成有效長度不足。(6)繞組接線有錯誤。如應(yīng)三相星接接成角接，空載電流是正常值的3倍以上；并聯(lián)支路數(shù)多于設(shè)計(jì)值，例如應(yīng)1路串聯(lián)實(shí)為2路并聯(lián)，或2路并聯(lián)實(shí)為4路并聯(lián)，此時電流將成倍數(shù)地增長。

1.3.2 空載電流小

電機(jī)空載電流較小的原因與較大的原因大體相反，主要是繞組的每相串聯(lián)匝數(shù)增多造成，如電機(jī)繞組的并聯(lián)路數(shù)減少，應(yīng)△接的繞組結(jié)成Y，會使電機(jī)的空載電流呈倍數(shù)關(guān)系減小。另外空載電流小的原因，也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(jī)易造成定轉(zhuǎn)子相擦，一般通過測量，車削轉(zhuǎn)子解決。此時，堵轉(zhuǎn)電流變化不明顯，空載電流減小較多，例如：YT2H132M-4電機(jī)轉(zhuǎn)子外徑粗0.3mm，電機(jī)堵轉(zhuǎn)電流降低6%，而空載電流降低20%左右。

1.3.3 空載電流不平衡

當(dāng)三相電源對稱時，長時間運(yùn)轉(zhuǎn)的異步電動機(jī)在額定電壓下的三相空載電流任何一相與平均值的偏差不得大于10%。如果三相電壓平衡，而三相空載電流不平衡，且改換電源相序后三相空載電流不平衡的情況仍然不變(某相電流仍大)，且運(yùn)行時有嗡嗡聲，則表明該電動機(jī)有缺陷。造成三相空載電流不平衡的原因有：(1)定子三相繞組不對稱；(2)氣隙嚴(yán)重不均勻或磁路不對稱。如果三相繞組電阻平衡，或三相堵轉(zhuǎn)(短路)電流不平衡度比空載電流不平衡度顯著減小，則表明空載電流不平衡是由于氣隙不均勻造成；反之，則表明定子繞組不對稱。新電機(jī)空載電流的平衡度一般控制在5%以內(nèi)，超出5%，即可認(rèn)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，通常是部分繞組接反或嵌錯槽造成，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。交流電機(jī)空載損耗大且空載電流不平衡，表明繞組各并聯(lián)支路的匝數(shù)不相等，或者是少數(shù)線圈有局部短路現(xiàn)象。

1.3.4 轉(zhuǎn)子對電機(jī)電流的影響

不銹鋼軸材質(zhì)對電機(jī)電流的影響：堵轉(zhuǎn)電流基本不變，空載電流是正常值的四倍，例如Y100L-2-H用不銹鋼軸后空載電流為9.5A，軸的材質(zhì)換為45號鋼后，空載電流為2.4A，正常。解決措施：采取兩頭焊接的方法，轉(zhuǎn)子穿軸磁路部分用45號鋼。轉(zhuǎn)子粗細(xì)對電機(jī)電流的影響：轉(zhuǎn)子粗、空載電流小，容易造成定轉(zhuǎn)子相擦；轉(zhuǎn)子細(xì)、空載電流大，負(fù)載運(yùn)行時電機(jī)容易超額定電流，造成電機(jī)發(fā)熱。轉(zhuǎn)子粗細(xì)對堵轉(zhuǎn)電流影響小。

1.4 電機(jī)振動和噪聲

電機(jī)振動的原因，可以從三個方向的振動值進(jìn)行判斷，水平振動大，轉(zhuǎn)子平衡度差；垂直振動大，電機(jī)放置不穩(wěn)；軸向振動大，軸承裝配質(zhì)量欠佳。4極以上多極數(shù)電機(jī)一般不會因?yàn)殡姍C(jī)制造質(zhì)量問題引起振動，振動超標(biāo)常見于2極電機(jī)。對于電機(jī)的振動，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(jìn)行測試，注意正確的測試方法—軸身帶半鍵并有彈性支撐。

噪聲一般分為機(jī)械配合噪聲、軸承噪聲和電磁噪聲。機(jī)械配合噪聲為電機(jī)在裝配過程中各配合件間存在應(yīng)力所致，表現(xiàn)為啟動或停止時聲音異常，或運(yùn)轉(zhuǎn)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。軸承噪聲，聲音較大，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(jī)定轉(zhuǎn)子間氣隙不均造成的一種渦流聲，對有些電機(jī)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(jī)本身的噪聲限值。同時注意有電磁噪聲的電機(jī)是否存在定轉(zhuǎn)子相擦的現(xiàn)象發(fā)生。

電機(jī)裸機(jī)測試時的相擦噪聲分為實(shí)擦和虛擦，實(shí)擦是電機(jī)定子鐵芯和轉(zhuǎn)子相互摩擦，俗稱“掃膛”，“掃膛”會造成電機(jī)局部發(fā)熱，長時間運(yùn)轉(zhuǎn)易造成電機(jī)局部匝間而燒壞，對電機(jī)的危害大。引起電機(jī)“掃膛”的主要原因是機(jī)殼止口的同心度偏差較大，定子疊壓不齊或定子壓裝過程中局部變形造成，處理這種問題應(yīng)根據(jù)掃膛的嚴(yán)重程度進(jìn)行局部挫平或在車床上車平。虛擦是電機(jī)繞組的絕緣紙、槽楔或綁扎帶與轉(zhuǎn)子相擦。電機(jī)端部絕緣裁剪不齊、綁扎帶接頭部分太長，浸漆后翹起在電機(jī)定子端部內(nèi)側(cè)，電機(jī)個別槽楔歪斜，都可能造成電機(jī)虛擦。對出現(xiàn)虛擦的電機(jī)，一般拆開電機(jī)進(jìn)行修剪，挫平。

1.5 電機(jī)剎車制動中出現(xiàn)的問題

1.5.1 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、制動器發(fā)熱，首先檢查電機(jī)制動器間隙是否正常，如果間隙過小，會造成剎車打不開，間隙過大，會造成吸合電壓高，此時應(yīng)對間隙進(jìn)行調(diào)整，密封處理，保證制動器間隙在正常范圍內(nèi)。

1.5.2 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(yīng)拆開制動部分檢查各接觸面的平行度，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。

1.5.3 電機(jī)起動、剎車時制動器出現(xiàn)異響

電機(jī)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，屬典型的噪聲，必須設(shè)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，造成啟動或剎車時異響?，F(xiàn)場修理可通過以下三種方法：一是更換摩擦片材質(zhì)，由原先的硬材質(zhì)換成軟材質(zhì)。二是同樣摩擦片材質(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。三是增加摩擦盤強(qiáng)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。

1.5.4 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)。

1.5.5 立式制動電機(jī)制動件摩擦片與摩擦面相擦

制動件同電機(jī)運(yùn)行過程中，摩擦片容易與下端摩擦面相摩擦產(chǎn)生噪聲，會加大電機(jī)負(fù)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(jī)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3所示。

圖3 立式安裝制動器托板裝置示意圖

2 結(jié)語

綜上所述，電機(jī)在組裝完試驗(yàn)過程中，熟悉電機(jī)常見故障的原因和危害，能夠及時發(fā)現(xiàn)故障隱患并解決，減少電機(jī)負(fù)載運(yùn)行時故障發(fā)生，保證電機(jī)安全運(yùn)行，延長使用壽命。

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[3] 陳金剛，王強(qiáng).JZ2-H和YZ-H系列起重三相異步電機(jī)電磁制動器解析.電機(jī)與控制應(yīng)用，2012-05，48-50.