淺談龐巴迪4EBA 4040異步電動(dòng)機(jī)的故障與維修

郭夢翔 黃紹端 胡曉明

摘要：電機(jī)在整個(gè)軌道交通機(jī)械系統(tǒng)中起著舉足輕重的作用，一旦電機(jī)發(fā)生故障就會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。本文以龐巴迪4EBA 4040異步電動(dòng)機(jī)為例，簡單介紹三相交流異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行原理，結(jié)合常見故障類型和檢修試驗(yàn)項(xiàng)目，提出了維護(hù)預(yù)防措施，以利于提高電機(jī)運(yùn)行的可靠性。

關(guān)鍵詞：電機(jī)；結(jié)構(gòu)；故障；試驗(yàn)；預(yù)防

0 引言

當(dāng)今世界，城軌行業(yè)發(fā)展迅速，各國擁有百萬以上人口的大都市，大都通過修建地鐵來緩解交通緊張狀況。三相異步電動(dòng)機(jī)作為將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的重要設(shè)備在城軌行業(yè)擔(dān)當(dāng)著重要角色，而當(dāng)三相異步電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)問題時(shí)，直接會(huì)影響地鐵的正常運(yùn)行。且不說電動(dòng)機(jī)的維修費(fèi)用從幾千元到上萬元不等，因電動(dòng)機(jī)故障引起運(yùn)行中斷，造成的間接損失更是無法估量的。那么三相異步電動(dòng)機(jī)的故障有哪些？該如何預(yù)防？檢修要做哪些試驗(yàn)？本文以龐巴迪4EBA 4040異步電動(dòng)機(jī)為例分析如下：

1 結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 結(jié)構(gòu)

龐巴迪4EBA 4040異步電動(dòng)機(jī)屬于三相交流異步電動(dòng)機(jī)，該類型電機(jī)的兩個(gè)基本組成部分為定子和轉(zhuǎn)子，此外還有端蓋、風(fēng)扇等附屬部分。其中定子由定子鐵心、定子繞組和機(jī)座組成；轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組和轉(zhuǎn)軸組成。

1.2 工作原理

如果在定子繞組中通入三相對(duì)稱電流，則定子內(nèi)部產(chǎn)生某個(gè)方向轉(zhuǎn)速為n的旋轉(zhuǎn)磁場。這時(shí)轉(zhuǎn)子導(dǎo)體與旋轉(zhuǎn)磁場之間存在著相對(duì)運(yùn)動(dòng)，切割磁感線而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，在感應(yīng)電動(dòng)勢的作用下，閉合的轉(zhuǎn)子繞組內(nèi)有電流通過。轉(zhuǎn)子電流與旋轉(zhuǎn)磁場相互作用產(chǎn)生電磁力F。該力對(duì)轉(zhuǎn)軸形成了電磁轉(zhuǎn)矩T，其作用方向同旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)方向一致，故使轉(zhuǎn)子按旋轉(zhuǎn)磁場方向轉(zhuǎn)動(dòng)。

2 常見故障類型

2.1 定子繞組故障

2.1.1 繞組接地

是指定子繞組與定子鐵心或者電機(jī)的外殼之間形成連通。此時(shí)如果保護(hù)接地做的不到位，將會(huì)使得電機(jī)的外殼帶電，容易造成事故；同時(shí)，繞組發(fā)熱容易造成短路燒毀。

產(chǎn)生原因：電機(jī)使用過程中受潮；長時(shí)間的過載運(yùn)行；受到雷擊；定子過熱繞組部分的絕緣老化或損壞；制造或檢修工藝不良等。

2.1.2 繞組短路

是指電機(jī)定子繞組匝間或是不同繞組之間的絕緣破損而造成的短路現(xiàn)象。當(dāng)出現(xiàn)短路時(shí)，電機(jī)在運(yùn)行過程中會(huì)出現(xiàn)聲音和振動(dòng)異常，且三相電流不平衡，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致電機(jī)不能啟動(dòng)。

產(chǎn)生原因：電機(jī)的電源電壓變動(dòng)較大；長時(shí)間的進(jìn)行過載運(yùn)行；制造或檢修工藝不良等。

2.1.3 繞組斷路

指的是電機(jī)定子繞組線路上有斷開點(diǎn)的現(xiàn)象。如果繞組單相有斷路，將會(huì)造成電機(jī)缺相運(yùn)行，三相電流不平衡，此時(shí)極易造成電機(jī)的燒毀。

產(chǎn)生原因：電機(jī)的定子繞組部分短路或是接地造成繞組過熱而斷開；定子繞組受外力過大而斷開；繞組接頭存在虛焊等焊接問題導(dǎo)致電機(jī)在運(yùn)行一段時(shí)間后接頭斷開等。

2.2 轉(zhuǎn)子繞組故障

2.2.1 繞組斷裂

此類故障出現(xiàn)在鼠籠型轉(zhuǎn)子中，龐巴迪4EBA 4040異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子屬于此類范疇。此時(shí)，將會(huì)使得電機(jī)很難正常啟動(dòng)，啟動(dòng)后電機(jī)在運(yùn)行時(shí)也會(huì)出現(xiàn)周期性電磁噪音與振動(dòng)異常，導(dǎo)致電機(jī)負(fù)載性能下降，嚴(yán)重影響電機(jī)的正常運(yùn)行。

產(chǎn)生原因：電機(jī)頻繁啟動(dòng)、操作不當(dāng)致使轉(zhuǎn)子受到劇烈沖擊；電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組質(zhì)量差等。

2.3 軸承等配件故障

2.3.1 軸承故障

當(dāng)軸承出現(xiàn)故障時(shí)，將會(huì)造成電機(jī)軸承側(cè)溫度異常、電機(jī)振動(dòng)異常，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致電流升高，軸承燒毀。

產(chǎn)生的原因：軸承嚴(yán)重缺油或油脂變質(zhì)；軸承腔內(nèi)有異物、所加油脂有雜質(zhì)；軸承裝配不當(dāng)；軸承的制造質(zhì)量不過關(guān)等。

2.4 鐵心故障

出現(xiàn)鐵心故障時(shí)，會(huì)導(dǎo)致鐵心故障部位溫度升高過熱，并產(chǎn)生較為嚴(yán)重的渦流。鐵心出現(xiàn)故障后會(huì)對(duì)電機(jī)產(chǎn)生嚴(yán)重的危害，需要及時(shí)進(jìn)行維修排除。

產(chǎn)生原因：其他故障燒傷鐵心，使得鐵心局部短路；鐵心緊固不良，當(dāng)電機(jī)振動(dòng)時(shí)造成鐵心松動(dòng)；機(jī)械力損傷等。

3 檢修試驗(yàn)

綜合考慮到該類型電機(jī)的運(yùn)行環(huán)境及常見故障類型等，用戶提出了嚴(yán)格的電機(jī)修理技術(shù)修理?xiàng)l件，其中就包括電機(jī)試驗(yàn)項(xiàng)目的完善，包括噪聲試驗(yàn)及溫升試驗(yàn)等。以下是該電機(jī)的主要檢修試驗(yàn)項(xiàng)目：

3.1 通用試驗(yàn)項(xiàng)目

3.1.1 入廠試驗(yàn)項(xiàng)目

包括：電機(jī)外觀檢查、繞組對(duì)機(jī)座及相互間絕緣電阻測定、定子繞組冷態(tài)直流電阻測定、空轉(zhuǎn)、振動(dòng)試驗(yàn)等。

3.1.2 例行試驗(yàn)項(xiàng)目

在入廠試驗(yàn)項(xiàng)目的基礎(chǔ)上增加了：溫升試驗(yàn)、轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)試驗(yàn)、空載試驗(yàn)、電機(jī)對(duì)地耐電壓試驗(yàn)。

其中，溫升試驗(yàn)按連續(xù)定額進(jìn)行，試驗(yàn)電流為實(shí)際運(yùn)用的逆變器或輸出波形相似的電源。電壓1150V，功率220KW，頻率58Hz。用停車測直流電阻法測量定子繞組溫升，轉(zhuǎn)子銅端環(huán)在停車后立即測量并記錄。在通過平均溫升計(jì)算及修正后，得出最終結(jié)果。定子繞組溫升和轉(zhuǎn)子銅端環(huán)溫升≤180K，軸承溫升≤55K。

3.2 其它實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

主要有：噪聲試驗(yàn)、最大轉(zhuǎn)矩測定、短時(shí)過轉(zhuǎn)矩測定等。

其中，噪聲試驗(yàn)屬于新增項(xiàng)目。在噪聲試驗(yàn)時(shí)，要求電機(jī)在額定轉(zhuǎn)速下運(yùn)行，用噪聲儀測量電機(jī)噪聲A計(jì)權(quán)，最終合格結(jié)果為噪聲限值要求不超過107dB。

4 維護(hù)與預(yù)防

除了試驗(yàn)合格、提供合格的產(chǎn)品之外，做好電機(jī)的維護(hù)與定期預(yù)防檢測對(duì)于確保地鐵牽引電機(jī)的正常使用同樣有著十分重要的意義。若要對(duì)電機(jī)做到全面的維護(hù)與預(yù)防，需要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行考慮。

4.1 安裝環(huán)境

電機(jī)安裝環(huán)境至關(guān)重要，若電機(jī)安裝地點(diǎn)多粉塵、腐蝕性氣體造成電動(dòng)機(jī)繞組故障或軸承故障。因此電機(jī)的安裝環(huán)境必須滿足電機(jī)防護(hù)等級(jí)要求；電機(jī)安裝地點(diǎn)的環(huán)境溫度不宜過高，避免灰塵、腐蝕性氣體、水汽進(jìn)入電機(jī)內(nèi)部。

4.2 啟動(dòng)前檢查

1）絕緣電阻檢查。以龐巴迪4EBA 4040異步電動(dòng)機(jī)為例，冷態(tài)下用1000V兆歐表搖測電動(dòng)機(jī)繞組相間及對(duì)地不得低于100MΩ；2）元器件檢查。供電回路各元器件完好，連接可靠；3）參數(shù)對(duì)比。對(duì)照銘牌，檢查電壓、頻率與電源是否一致，功率于負(fù)載是否匹配，電機(jī)實(shí)際接法是否正確；4）軸承潤滑是否良好，聯(lián)軸器連接是否牢固。

4.3 過程監(jiān)測

1）監(jiān)測溫升。前面文章內(nèi)容中有提到，龐巴迪4EBA 4040異步電動(dòng)機(jī)試驗(yàn)定子繞組溫升和轉(zhuǎn)子銅端環(huán)溫升≤180K，軸承溫升≤55K。實(shí)際運(yùn)行過程中，電機(jī)溫升原則上不容許超過溫升限值；2）監(jiān)測電壓。電機(jī)運(yùn)行時(shí)，電源電壓不得高于電機(jī)額定電壓的110%，不得低于電機(jī)額定電壓的95%，三相電壓不平衡差值不得超過額定值的5%；3）監(jiān)測電流。電機(jī)運(yùn)行時(shí)，電流不得高于電機(jī)額定電流，三相電流應(yīng)平衡，不平衡差值不得超過額定值的10%。

4.4 定期檢查與維護(hù)

做好對(duì)于電機(jī)的定期檢查與維護(hù)對(duì)于預(yù)防電機(jī)故障發(fā)生及保證電機(jī)運(yùn)行質(zhì)量有著十分重要的意義。需要按照規(guī)定對(duì)電機(jī)進(jìn)行定期大修、檢修，確保電機(jī)能夠正常使用。

5 結(jié)語

地鐵牽引電機(jī)是地鐵運(yùn)行的動(dòng)力之源，全面掌握三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理、系統(tǒng)分析三相異步電動(dòng)機(jī)的常見故障及產(chǎn)生原因和維護(hù)預(yù)防措施，是保證電機(jī)及地鐵正常運(yùn)行的必要保障。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡介：郭夢翔、（男）、（1992）、山西省侯馬市、族族、職稱（助理工程師）、學(xué)歷（大學(xué)本科）、研究方向（應(yīng)用科學(xué)）、單位名稱（中車永濟(jì)電機(jī)有限公司）、單位所在省市（山西省永濟(jì)市）、單位郵編（044502）

第二作者：姓名（黃紹端）、單位（中車永濟(jì)電機(jī)有限公司）

第三作者：姓名（胡曉明）、單位（中車永濟(jì)電機(jī)有限公司）