浅析三相异步电动机的启动与故障分析与处理
2021-11-24 10:49一、概述:电动机是把电能转换成机械能的设备。在机械、冶金、石油、煤炭、化学、航空、交通、农业以及其他各种工业中
二、结构及各部分作用：一般电动机主要由两部分组成：固定部分称为定子，旋转部分称为转子。另外还有端盖、风扇、罩壳、机座、接线盒等。 定子的作用是用来产生磁场和作电动机的机械支撑。电动机的定子由定子铁心、定子绕组和机座三部分组成。定子绕组镶嵌在定子铁心中，通过电流时产生感应电动势，实现电能量转换。机座的作用主要是固定和支撑定子铁心。电动机运行时，因内部损耗而发生的热量通过铁心传给机座，再由机座表面散发到周围空气中。为了增加散热面积，一般电动机在机座外表面设计为散热片状。 电动机的转子由转子铁心、转子绕组和转轴组成。转子铁心也是作为电动机磁路的一部分。转子绕组的作用是感应电动势，通过电流而产生电磁转矩。转轴是支撑转子的重量，传递转矩，输出机械功率的主要部件
三、电动机工作原理及原理图:当向三项定子绕组中通过入对称的三项交流电时，就产生了一个以同步转速n1沿定子和转子内圆空间作顺时针方向旋转的旋转磁场。由于旋转磁场以n1转速旋转，转子导体开始时是静止的，故转子导体将切割定子旋转磁场而产生感应电动势（感应电动势的方向用右手定则判定）。由于导子导体两端被短路环短接，在感应电动势的作用下，转子导体中将产生与感应电动势方向基本一致的感生电流。转子的载流导体在定子磁场中受到电磁力的作用（力的方向用左手定则判定）。电磁力对转子轴产生电磁转矩，驱动转子 沿着旋转磁场方向旋转。 通过上述分析可以总结出电动机工作原理为：当电动机的三项定子绕组（各相差120度电角度），通入三项交流电后，将产生一个旋转磁场，该旋转磁场切割转子绕组，从而在转子绕组中产生感应电流（转子绕组是闭合通路），载流的转子导体在定子旋转磁场作用下将产生电磁力，从而在电机转轴上形成电磁转矩，驱动电动机旋转，并且电机旋转方向与旋转磁场方向相同
四、电动机机械故障的分析与处理
（一）机械方面的扫膛、振动、轴承过热、损坏等故障 :1、 异步电动机定、转子之间气隙很小，容易导致定、转子之间相碰。一般由于轴承严重超差及端盖内孔磨损或端盖止口与机座止口磨损变形，使机座、端盖、转子三者不同轴心引起扫膛。如发现对轴承应及时更换，对端盖进行更换或刷镀处理。 2、振动应先区分是电动机本身引起的，还是传动装置不良所造成的，或者是机械负载端传递过来的，而后针对具体情况进行排除。属于电动机本身引起的振动，多数是由于转子动平衡不好，以及轴承不良，转轴弯曲，或端盖、机座、转子不同轴心，或者电动机安装地基不平，安装不到位，紧固件松动造成的。振动会产生噪声，还会产生额外负荷。
（二）电源电压不正常:当电源电压偏高时,由于其励磁电流增大,电动机会过分发热;而且过高的电还会危及电动机的绝缘材料,使其有被击穿的危险。当电压过低时,电动机产生的电磁转矩就会大大降低;如果负载转矩没有相应减小,转子转速过低,转差率增大,使电流增大,就会造成电动机过分发热,时间长则会影响电动机寿命。 当三相电压不对称时,即某一相电压偏低或偏高,都会导致该相电流过大,使发热情况恶化。同时电动机的转矩也会减小,还会发出“嗡嗡”声,时间长了也会损坏绕组。 总之,不论电压偏高、过低或三相电压不对称,都会造成电流过大、电动机过热而损坏电动机。所以国家标准( GB50170 - 92 和GB50150 - 91) 规定:电动机应在其额定电压(误差为±5 %) 的变化范围内,且交流电的频率为(50 ±0. 5) Hz 的范围内运行,进而保证其出力不变。当电动机满负荷运行时,三相电源各相间电压之间的差值不应大于额定值的±5 %。电流的不平衡度不得超过额定电流的10 %。
(三) 电机绕组问题：
1、绕组接地 电动机绕组的绝缘受到损坏后,绕组的导体和铁芯、机壳之间相碰,即为绕组接地。这时会造成该绕组的电流过大,引起局部过热,严重时能烧坏绕组或造成相间短路,使电动机无法工作;还会使机壳带电,易造成触电事故。为防止此类事故发生,要求电动机外壳必须可靠接地,或者加装电动机漏电保护装置。电动机出现绕组接地故障后,应仔细观察绕组损坏情况,除绝缘已经老化、枯焦发脆处,都可以进行局部修理。经验表明,绕组接地经常发生在绕组伸出槽外的交接处(即绕组端部) ,这时可在故障处用绝缘纸插入铁芯与绕组之间,再用绝缘包扎好并涂上绝缘漆进行烘干即可。
2、绕组短路:绕组中相邻两条导线之间的绝缘损坏后两导体相碰,就称为绕组短路。发生在同一绕组中的绕组短路称为匝间短路。匝间短路易在线圈的端部造成几匝或一卷,或一极组烧焦,电磁线被烧成裸铜线;而短路以外的本相或其他两相线圈都较完好或稍微烤焦。发生在两相绕组之间的绕组短路则称为相间短路。相间短路常爆断,熔断处有很多导线,附近有很多熔化的铜屑,而其他线圈组或另一端均无烧焦的痕迹。不论哪一种短路,都会引起某一相或两相的电流增大,引起局部发热,致使绝缘老化或烧焦,损坏电动机。出现绕组短路时,若短路点在槽外,修理并不困难。当发生在槽内时,若线圈烧损不严重,可将该槽线圈边稍 加热软化后翻出受损部分,换上新的槽绝缘,将线圈受损的部位用薄的绝缘带包好并涂上绝缘漆进行烘干,用万用表、兆欧表检查,证明已修补好后,再重新嵌入槽内,进行绝缘处理后就可继续使用;如果线圈受损伤的部位过多,或者包上新的绝缘带后线圈无法嵌入槽内时,就需更换绕组
3、绕组断路:绕组断路是指电动机的定子或转子绕组碰断或烧断造成故障。
4、定子绕组断路:该类故障可以通过测量各相绕组的电阻或电流的方法检查出来。 这种断路多发生在定子绕组的端部、各绕组元件的接头处及引出线附近。这些部位都露在电动机机座壳外面,导线容易碰断,接头处也会因焊接不实经长期使 用后松脱。发现问题后重新接好、包好,并涂上绝缘漆后就可使用。另外,如果是因故障使绕组被烧断则需要更换绕组
5、转子绕组断路:该类故障可根据电动机转动情况加以判断,通常表现为转速变慢、转动无力、定子三相电流增大和有嗡嗡声等现象,有时还不能起动。这时可以在定子绕组中通入三相低压电源(电压约为额定值的10 %) ,然后转动电机轴,观察定子三相电流是否稳定。如果三相电流有较大的波动,则说明转子绕组有断路的地方。出现转子绕组断路时,要先抽出转子查出断路的部位。一般使用断条侦察器等专用设备来确定断路部位。对于鼠笼式转子,当转子绕组断条已不能使用时,要将铸铝熔化后再重新灌铸,或换成紫铜条;对于线绕式转子的修理则与修理定子绕组一样,只是修好后必须在绕组两端用钢丝打箍
五、电动机启动方面的故障分析:1、当通电后电动机不能转动，但无异响，也无异味和冒烟。可能是电源未通（至少两相未通）或者熔丝熔断（至少两相熔断），应立即检查电源回路开关，熔丝。接盒处是否有断点，修复；检查熔丝型号、熔断原因，然后更换熔丝即可。也有可能是电机已经损坏，那就需马上检查电机并修复。 2、当电动机起动困难，带额定负载时，电动机转速低于额定转速较多的时候，可能是电源电压过低，应马上测量电源电压并改善电压情况；笼形转子开焊或断裂应直接检查开焊和断点并修复；电机过载会导致电动机起动困难，带额定负载，我们该马上减载，减少电机压力。 3、绕组首尾端接错时或绕组有匝间短路、线圈反接等故障,会导致电动机空载电流不平衡，三相相差大，还可能是电源电压不平衡引起的。我们可通过检查绕组并纠正，消除绕组的故障，测量电源电压，设法消除不平衡。 4、有时电动机启动后发现电动机空载电流平衡，但数值大。那是因为电源电压过高，或者Y接电动机误接为△接，气隙过大或不均匀，我们可以检查电源，设法恢复额定电压，将△改接为Y，更换新转子或调整气隙，就可以排除故障。 5、电动机启动后过热，甚至冒烟时，可能是电源电压过高，使铁心发热大大增加，导致的发热，也可能是电源电压过低，电动机又带额定负载运行，电流过大使绕组发热，还有定子、转子铁心相擦，电动机过载或频繁起动导致的发热，环境温度高，电动机表面污垢多，或通风道堵塞，笼形转子断条，定子绕组故障（相间、匝间短路；定子绕组内部连接错误），电动机风扇故障，通风不良等等原因都会引起电动机的过热或冒烟，从而影响电动机的寿命，我们应马上降低电源电压（如调整供电变压器分接头），若是电机Y、△接法错误引起，则应改正接法，提高电源电压或换相供电导线，来消除电动机的过热现象，还需要消除擦点（调整气隙或锉、车转子），减载，按规定次数控制起动，检查并消除转子绕组故障，检查定子绕组，消除故障，也是预防和消除电动机过热和冒烟的办法，平时要经常清洗电动机，改善环境温度，采用降温措施，检查并修复风扇，必要时更换，不在过热的环境下使用电动机，可大大的预防电动机的过热现象
六、结论:综上所述，为了能采用正确的方法进行电动机的故障修理，就必须熟悉电动机常见故障的特点及原因，才能少走弯路，节省时间，尽快地将故障排除，恢复电动机故障，使电动机处于正常的运转状态。做好电动机的定期检查和维护工作，也是保证电动机安全运行，延长寿命的有效措施之一。
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二、结构及各部分作用：一般电动机主要由两部分组成：固定部分称为定子，旋转部分称为转子。另外还有端盖、风扇、罩壳、机座、接线盒等。 定子的作用是用来产生磁场和作电动机的机械支撑。电动机的定子由定子铁心、定子绕组和机座三部分组成。定子绕组镶嵌在定子铁心中，通过电流时产生感应电动势，实现电能量转换。机座的作用主要是固定和支撑定子铁心。电动机运行时，因内部损耗而发生的热量通过铁心传给机座，再由机座表面散发到周围空气中。为了增加散热面积，一般电动机在机座外表面设计为散热片状。 电动机的转子由转子铁心、转子绕组和转轴组成。转子铁心也是作为电动机磁路的一部分。转子绕组的作用是感应电动势，通过电流而产生电磁转矩。转轴是支撑转子的重量，传递转矩，输出机械功率的主要部件
三、电动机工作原理及原理图:当向三项定子绕组中通过入对称的三项交流电时，就产生了一个以同步转速n1沿定子和转子内圆空间作顺时针方向旋转的旋转磁场。由于旋转磁场以n1转速旋转，转子导体开始时是静止的，故转子导体将切割定子旋转磁场而产生感应电动势（感应电动势的方向用右手定则判定）。由于导子导体两端被短路环短接，在感应电动势的作用下，转子导体中将产生与感应电动势方向基本一致的感生电流。转子的载流导体在定子磁场中受到电磁力的作用（力的方向用左手定则判定）。电磁力对转子轴产生电磁转矩，驱动转子 沿着旋转磁场方向旋转。 通过上述分析可以总结出电动机工作原理为：当电动机的三项定子绕组（各相差120度电角度），通入三项交流电后，将产生一个旋转磁场，该旋转磁场切割转子绕组，从而在转子绕组中产生感应电流（转子绕组是闭合通路），载流的转子导体在定子旋转磁场作用下将产生电磁力，从而在电机转轴上形成电磁转矩，驱动电动机旋转，并且电机旋转方向与旋转磁场方向相同
四、电动机机械故障的分析与处理
（一）机械方面的扫膛、振动、轴承过热、损坏等故障 :1、 异步电动机定、转子之间气隙很小，容易导致定、转子之间相碰。一般由于轴承严重超差及端盖内孔磨损或端盖止口与机座止口磨损变形，使机座、端盖、转子三者不同轴心引起扫膛。如发现对轴承应及时更换，对端盖进行更换或刷镀处理。 2、振动应先区分是电动机本身引起的，还是传动装置不良所造成的，或者是机械负载端传递过来的，而后针对具体情况进行排除。属于电动机本身引起的振动，多数是由于转子动平衡不好，以及轴承不良，转轴弯曲，或端盖、机座、转子不同轴心，或者电动机安装地基不平，安装不到位，紧固件松动造成的。振动会产生噪声，还会产生额外负荷。
（二）电源电压不正常:当电源电压偏高时,由于其励磁电流增大,电动机会过分发热;而且过高的电还会危及电动机的绝缘材料,使其有被击穿的危险。当电压过低时,电动机产生的电磁转矩就会大大降低;如果负载转矩没有相应减小,转子转速过低,转差率增大,使电流增大,就会造成电动机过分发热,时间长则会影响电动机寿命。 当三相电压不对称时,即某一相电压偏低或偏高,都会导致该相电流过大,使发热情况恶化。同时电动机的转矩也会减小,还会发出“嗡嗡”声,时间长了也会损坏绕组。 总之,不论电压偏高、过低或三相电压不对称,都会造成电流过大、电动机过热而损坏电动机。所以国家标准( GB50170 - 92 和GB50150 - 91) 规定:电动机应在其额定电压(误差为±5 %) 的变化范围内,且交流电的频率为(50 ±0. 5) Hz 的范围内运行,进而保证其出力不变。当电动机满负荷运行时,三相电源各相间电压之间的差值不应大于额定值的±5 %。电流的不平衡度不得超过额定电流的10 %。
(三) 电机绕组问题：
1、绕组接地 电动机绕组的绝缘受到损坏后,绕组的导体和铁芯、机壳之间相碰,即为绕组接地。这时会造成该绕组的电流过大,引起局部过热,严重时能烧坏绕组或造成相间短路,使电动机无法工作;还会使机壳带电,易造成触电事故。为防止此类事故发生,要求电动机外壳必须可靠接地,或者加装电动机漏电保护装置。电动机出现绕组接地故障后,应仔细观察绕组损坏情况,除绝缘已经老化、枯焦发脆处,都可以进行局部修理。经验表明,绕组接地经常发生在绕组伸出槽外的交接处(即绕组端部) ,这时可在故障处用绝缘纸插入铁芯与绕组之间,再用绝缘包扎好并涂上绝缘漆进行烘干即可。
2、绕组短路:绕组中相邻两条导线之间的绝缘损坏后两导体相碰,就称为绕组短路。发生在同一绕组中的绕组短路称为匝间短路。匝间短路易在线圈的端部造成几匝或一卷,或一极组烧焦,电磁线被烧成裸铜线;而短路以外的本相或其他两相线圈都较完好或稍微烤焦。发生在两相绕组之间的绕组短路则称为相间短路。相间短路常爆断,熔断处有很多导线,附近有很多熔化的铜屑,而其他线圈组或另一端均无烧焦的痕迹。不论哪一种短路,都会引起某一相或两相的电流增大,引起局部发热,致使绝缘老化或烧焦,损坏电动机。出现绕组短路时,若短路点在槽外,修理并不困难。当发生在槽内时,若线圈烧损不严重,可将该槽线圈边稍 加热软化后翻出受损部分,换上新的槽绝缘,将线圈受损的部位用薄的绝缘带包好并涂上绝缘漆进行烘干,用万用表、兆欧表检查,证明已修补好后,再重新嵌入槽内,进行绝缘处理后就可继续使用;如果线圈受损伤的部位过多,或者包上新的绝缘带后线圈无法嵌入槽内时,就需更换绕组
3、绕组断路:绕组断路是指电动机的定子或转子绕组碰断或烧断造成故障。
4、定子绕组断路:该类故障可以通过测量各相绕组的电阻或电流的方法检查出来。 这种断路多发生在定子绕组的端部、各绕组元件的接头处及引出线附近。这些部位都露在电动机机座壳外面,导线容易碰断,接头处也会因焊接不实经长期使 用后松脱。发现问题后重新接好、包好,并涂上绝缘漆后就可使用。另外,如果是因故障使绕组被烧断则需要更换绕组
5、转子绕组断路:该类故障可根据电动机转动情况加以判断,通常表现为转速变慢、转动无力、定子三相电流增大和有嗡嗡声等现象,有时还不能起动。这时可以在定子绕组中通入三相低压电源(电压约为额定值的10 %) ,然后转动电机轴,观察定子三相电流是否稳定。如果三相电流有较大的波动,则说明转子绕组有断路的地方。出现转子绕组断路时,要先抽出转子查出断路的部位。一般使用断条侦察器等专用设备来确定断路部位。对于鼠笼式转子,当转子绕组断条已不能使用时,要将铸铝熔化后再重新灌铸,或换成紫铜条;对于线绕式转子的修理则与修理定子绕组一样,只是修好后必须在绕组两端用钢丝打箍
五、电动机启动方面的故障分析:1、当通电后电动机不能转动，但无异响，也无异味和冒烟。可能是电源未通（至少两相未通）或者熔丝熔断（至少两相熔断），应立即检查电源回路开关，熔丝。接盒处是否有断点，修复；检查熔丝型号、熔断原因，然后更换熔丝即可。也有可能是电机已经损坏，那就需马上检查电机并修复。 2、当电动机起动困难，带额定负载时，电动机转速低于额定转速较多的时候，可能是电源电压过低，应马上测量电源电压并改善电压情况；笼形转子开焊或断裂应直接检查开焊和断点并修复；电机过载会导致电动机起动困难，带额定负载，我们该马上减载，减少电机压力。 3、绕组首尾端接错时或绕组有匝间短路、线圈反接等故障,会导致电动机空载电流不平衡，三相相差大，还可能是电源电压不平衡引起的。我们可通过检查绕组并纠正，消除绕组的故障，测量电源电压，设法消除不平衡。 4、有时电动机启动后发现电动机空载电流平衡，但数值大。那是因为电源电压过高，或者Y接电动机误接为△接，气隙过大或不均匀，我们可以检查电源，设法恢复额定电压，将△改接为Y，更换新转子或调整气隙，就可以排除故障。 5、电动机启动后过热，甚至冒烟时，可能是电源电压过高，使铁心发热大大增加，导致的发热，也可能是电源电压过低，电动机又带额定负载运行，电流过大使绕组发热，还有定子、转子铁心相擦，电动机过载或频繁起动导致的发热，环境温度高，电动机表面污垢多，或通风道堵塞，笼形转子断条，定子绕组故障（相间、匝间短路；定子绕组内部连接错误），电动机风扇故障，通风不良等等原因都会引起电动机的过热或冒烟，从而影响电动机的寿命，我们应马上降低电源电压（如调整供电变压器分接头），若是电机Y、△接法错误引起，则应改正接法，提高电源电压或换相供电导线，来消除电动机的过热现象，还需要消除擦点（调整气隙或锉、车转子），减载，按规定次数控制起动，检查并消除转子绕组故障，检查定子绕组，消除故障，也是预防和消除电动机过热和冒烟的办法，平时要经常清洗电动机，改善环境温度，采用降温措施，检查并修复风扇，必要时更换，不在过热的环境下使用电动机，可大大的预防电动机的过热现象
六、结论:综上所述，为了能采用正确的方法进行电动机的故障修理，就必须熟悉电动机常见故障的特点及原因，才能少走弯路，节省时间，尽快地将故障排除，恢复电动机故障，使电动机处于正常的运转状态。做好电动机的定期检查和维护工作，也是保证电动机安全运行，延长寿命的有效措施之一。
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