淺析三相異步電動機的啟動與故障分析與處理
2021-11-24 10:49一、概述:電動機是把電能轉換成機械能的設備。在機械、冶金、石油、煤炭、化學、航空、交通、農(nóng)業(yè)以及其他各種工業(yè)中
二、結構及各部分作用：一般電動機主要由兩部分組成：固定部分稱為定子，旋轉部分稱為轉子。另外還有端蓋、風扇、罩殼、機座、接線盒等。 定子的作用是用來產(chǎn)生磁場和作電動機的機械支撐。電動機的定子由定子鐵心、定子繞組和機座三部分組成。定子繞組鑲嵌在定子鐵心中，通過電流時產(chǎn)生感應電動勢，實現(xiàn)電能量轉換。機座的作用主要是固定和支撐定子鐵心。電動機運行時，因內部損耗而發(fā)生的熱量通過鐵心傳給機座，再由機座表面散發(fā)到周圍空氣中。為了增加散熱面積，一般電動機在機座外表面設計為散熱片狀。 電動機的轉子由轉子鐵心、轉子繞組和轉軸組成。轉子鐵心也是作為電動機磁路的一部分。轉子繞組的作用是感應電動勢，通過電流而產(chǎn)生電磁轉矩。轉軸是支撐轉子的重量，傳遞轉矩，輸出機械功率的主要部件
三、電動機工作原理及原理圖:當向三項定子繞組中通過入對稱的三項交流電時，就產(chǎn)生了一個以同步轉速n1沿定子和轉子內圓空間作順時針方向旋轉的旋轉磁場。由于旋轉磁場以n1轉速旋轉，轉子導體開始時是靜止的，故轉子導體將切割定子旋轉磁場而產(chǎn)生感應電動勢（感應電動勢的方向用右手定則判定）。由于導子導體兩端被短路環(huán)短接，在感應電動勢的作用下，轉子導體中將產(chǎn)生與感應電動勢方向基本一致的感生電流。轉子的載流導體在定子磁場中受到電磁力的作用（力的方向用左手定則判定）。電磁力對轉子軸產(chǎn)生電磁轉矩，驅動轉子 沿著旋轉磁場方向旋轉。 通過上述分析可以總結出電動機工作原理為：當電動機的三項定子繞組（各相差120度電角度），通入三項交流電后，將產(chǎn)生一個旋轉磁場，該旋轉磁場切割轉子繞組，從而在轉子繞組中產(chǎn)生感應電流（轉子繞組是閉合通路），載流的轉子導體在定子旋轉磁場作用下將產(chǎn)生電磁力，從而在電機轉軸上形成電磁轉矩，驅動電動機旋轉，并且電機旋轉方向與旋轉磁場方向相同
四、電動機機械故障的分析與處理
（一）機械方面的掃膛、振動、軸承過熱、損壞等故障 :1、 異步電動機定、轉子之間氣隙很小，容易導致定、轉子之間相碰。一般由于軸承嚴重超差及端蓋內孔磨損或端蓋止口與機座止口磨損變形，使機座、端蓋、轉子三者不同軸心引起掃膛。如發(fā)現(xiàn)對軸承應及時更換，對端蓋進行更換或刷鍍處理。 2、振動應先區(qū)分是電動機本身引起的，還是傳動裝置不良所造成的，或者是機械負載端傳遞過來的，而后針對具體情況進行排除。屬于電動機本身引起的振動，多數(shù)是由于轉子動平衡不好，以及軸承不良，轉軸彎曲，或端蓋、機座、轉子不同軸心，或者電動機安裝地基不平，安裝不到位，緊固件松動造成的。振動會產(chǎn)生噪聲，還會產(chǎn)生額外負荷。
（二）電源電壓不正常:當電源電壓偏高時,由于其勵磁電流增大,電動機會過分發(fā)熱;而且過高的電還會危及電動機的絕緣材料,使其有被擊穿的危險。當電壓過低時,電動機產(chǎn)生的電磁轉矩就會大大降低;如果負載轉矩沒有相應減小,轉子轉速過低,轉差率增大,使電流增大,就會造成電動機過分發(fā)熱,時間長則會影響電動機壽命。 當三相電壓不對稱時,即某一相電壓偏低或偏高,都會導致該相電流過大,使發(fā)熱情況惡化。同時電動機的轉矩也會減小,還會發(fā)出“嗡嗡”聲,時間長了也會損壞繞組。 總之,不論電壓偏高、過低或三相電壓不對稱,都會造成電流過大、電動機過熱而損壞電動機。所以國家標準( GB50170 - 92 和GB50150 - 91) 規(guī)定:電動機應在其額定電壓(誤差為±5 %) 的變化范圍內,且交流電的頻率為(50 ±0. 5) Hz 的范圍內運行,進而保證其出力不變。當電動機滿負荷運行時,三相電源各相間電壓之間的差值不應大于額定值的±5 %。電流的不平衡度不得超過額定電流的10 %。
(三) 電機繞組問題：
1、繞組接地 電動機繞組的絕緣受到損壞后,繞組的導體和鐵芯、機殼之間相碰,即為繞組接地。這時會造成該繞組的電流過大,引起局部過熱,嚴重時能燒壞繞組或造成相間短路,使電動機無法工作;還會使機殼帶電,易造成觸電事故。為防止此類事故發(fā)生,要求電動機外殼必須可靠接地,或者加裝電動機漏電保護裝置。電動機出現(xiàn)繞組接地故障后,應仔細觀察繞組損壞情況,除絕緣已經(jīng)老化、枯焦發(fā)脆處,都可以進行局部修理。經(jīng)驗表明,繞組接地經(jīng)常發(fā)生在繞組伸出槽外的交接處(即繞組端部) ,這時可在故障處用絕緣紙插入鐵芯與繞組之間,再用絕緣包扎好并涂上絕緣漆進行烘干即可。
2、繞組短路:繞組中相鄰兩條導線之間的絕緣損壞后兩導體相碰,就稱為繞組短路。發(fā)生在同一繞組中的繞組短路稱為匝間短路。匝間短路易在線圈的端部造成幾匝或一卷,或一極組燒焦,電磁線被燒成裸銅線;而短路以外的本相或其他兩相線圈都較完好或稍微烤焦。發(fā)生在兩相繞組之間的繞組短路則稱為相間短路。相間短路常爆斷,熔斷處有很多導線,附近有很多熔化的銅屑,而其他線圈組或另一端均無燒焦的痕跡。不論哪一種短路,都會引起某一相或兩相的電流增大,引起局部發(fā)熱,致使絕緣老化或燒焦,損壞電動機。出現(xiàn)繞組短路時,若短路點在槽外,修理并不困難。當發(fā)生在槽內時,若線圈燒損不嚴重,可將該槽線圈邊稍 加熱軟化后翻出受損部分,換上新的槽絕緣,將線圈受損的部位用薄的絕緣帶包好并涂上絕緣漆進行烘干,用萬用表、兆歐表檢查,證明已修補好后,再重新嵌入槽內,進行絕緣處理后就可繼續(xù)使用;如果線圈受損傷的部位過多,或者包上新的絕緣帶后線圈無法嵌入槽內時,就需更換繞組
3、繞組斷路:繞組斷路是指電動機的定子或轉子繞組碰斷或燒斷造成故障。
4、定子繞組斷路:該類故障可以通過測量各相繞組的電阻或電流的方法檢查出來。 這種斷路多發(fā)生在定子繞組的端部、各繞組元件的接頭處及引出線附近。這些部位都露在電動機機座殼外面,導線容易碰斷,接頭處也會因焊接不實經(jīng)長期使 用后松脫。發(fā)現(xiàn)問題后重新接好、包好,并涂上絕緣漆后就可使用。另外,如果是因故障使繞組被燒斷則需要更換繞組
5、轉子繞組斷路:該類故障可根據(jù)電動機轉動情況加以判斷,通常表現(xiàn)為轉速變慢、轉動無力、定子三相電流增大和有嗡嗡聲等現(xiàn)象,有時還不能起動。這時可以在定子繞組中通入三相低壓電源(電壓約為額定值的10 %) ,然后轉動電機軸,觀察定子三相電流是否穩(wěn)定。如果三相電流有較大的波動,則說明轉子繞組有斷路的地方。出現(xiàn)轉子繞組斷路時,要先抽出轉子查出斷路的部位。一般使用斷條偵察器等專用設備來確定斷路部位。對于鼠籠式轉子,當轉子繞組斷條已不能使用時,要將鑄鋁熔化后再重新灌鑄,或換成紫銅條;對于線繞式轉子的修理則與修理定子繞組一樣,只是修好后必須在繞組兩端用鋼絲打箍
五、電動機啟動方面的故障分析:1、當通電后電動機不能轉動，但無異響，也無異味和冒煙�？赡苁请娫次赐ǎㄖ辽賰上辔赐ǎ┗蛘呷劢z熔斷（至少兩相熔斷），應立即檢查電源回路開關，熔絲。接盒處是否有斷點，修復；檢查熔絲型號、熔斷原因，然后更換熔絲即可。也有可能是電機已經(jīng)損壞，那就需馬上檢查電機并修復。 2、當電動機起動困難，帶額定負載時，電動機轉速低于額定轉速較多的時候，可能是電源電壓過低，應馬上測量電源電壓并改善電壓情況；籠形轉子開焊或斷裂應直接檢查開焊和斷點并修復；電機過載會導致電動機起動困難，帶額定負載，我們該馬上減載，減少電機壓力。 3、繞組首尾端接錯時或繞組有匝間短路、線圈反接等故障,會導致電動機空載電流不平衡，三相相差大，還可能是電源電壓不平衡引起的。我們可通過檢查繞組并糾正，消除繞組的故障，測量電源電壓，設法消除不平衡。 4、有時電動機啟動后發(fā)現(xiàn)電動機空載電流平衡，但數(shù)值大。那是因為電源電壓過高，或者Y接電動機誤接為△接，氣隙過大或不均勻，我們可以檢查電源，設法恢復額定電壓，將△改接為Y，更換新轉子或調整氣隙，就可以排除故障。 5、電動機啟動后過熱，甚至冒煙時，可能是電源電壓過高，使鐵心發(fā)熱大大增加，導致的發(fā)熱，也可能是電源電壓過低，電動機又帶額定負載運行，電流過大使繞組發(fā)熱，還有定子、轉子鐵心相擦，電動機過載或頻繁起動導致的發(fā)熱，環(huán)境溫度高，電動機表面污垢多，或通風道堵塞，籠形轉子斷條，定子繞組故障（相間、匝間短路；定子繞組內部連接錯誤），電動機風扇故障，通風不良等等原因都會引起電動機的過熱或冒煙，從而影響電動機的壽命，我們應馬上降低電源電壓（如調整供電變壓器分接頭），若是電機Y、△接法錯誤引起，則應改正接法，提高電源電壓或換相供電導線，來消除電動機的過熱現(xiàn)象，還需要消除擦點（調整氣隙或銼、車轉子），減載，按規(guī)定次數(shù)控制起動，檢查并消除轉子繞組故障，檢查定子繞組，消除故障，也是預防和消除電動機過熱和冒煙的辦法，平時要經(jīng)常清洗電動機，改善環(huán)境溫度，采用降溫措施，檢查并修復風扇，必要時更換，不在過熱的環(huán)境下使用電動機，可大大的預防電動機的過熱現(xiàn)象
六、結論:綜上所述，為了能采用正確的方法進行電動機的故障修理，就必須熟悉電動機常見故障的特點及原因，才能少走彎路，節(jié)省時間，盡快地將故障排除，恢復電動機故障，使電動機處于正常的運轉狀態(tài)。做好電動機的定期檢查和維護工作，也是保證電動機安全運行，延長壽命的有效措施之一。
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二、結構及各部分作用：一般電動機主要由兩部分組成：固定部分稱為定子，旋轉部分稱為轉子。另外還有端蓋、風扇、罩殼、機座、接線盒等。 定子的作用是用來產(chǎn)生磁場和作電動機的機械支撐。電動機的定子由定子鐵心、定子繞組和機座三部分組成。定子繞組鑲嵌在定子鐵心中，通過電流時產(chǎn)生感應電動勢，實現(xiàn)電能量轉換。機座的作用主要是固定和支撐定子鐵心。電動機運行時，因內部損耗而發(fā)生的熱量通過鐵心傳給機座，再由機座表面散發(fā)到周圍空氣中。為了增加散熱面積，一般電動機在機座外表面設計為散熱片狀。 電動機的轉子由轉子鐵心、轉子繞組和轉軸組成。轉子鐵心也是作為電動機磁路的一部分。轉子繞組的作用是感應電動勢，通過電流而產(chǎn)生電磁轉矩。轉軸是支撐轉子的重量，傳遞轉矩，輸出機械功率的主要部件
三、電動機工作原理及原理圖:當向三項定子繞組中通過入對稱的三項交流電時，就產(chǎn)生了一個以同步轉速n1沿定子和轉子內圓空間作順時針方向旋轉的旋轉磁場。由于旋轉磁場以n1轉速旋轉，轉子導體開始時是靜止的，故轉子導體將切割定子旋轉磁場而產(chǎn)生感應電動勢（感應電動勢的方向用右手定則判定）。由于導子導體兩端被短路環(huán)短接，在感應電動勢的作用下，轉子導體中將產(chǎn)生與感應電動勢方向基本一致的感生電流。轉子的載流導體在定子磁場中受到電磁力的作用（力的方向用左手定則判定）。電磁力對轉子軸產(chǎn)生電磁轉矩，驅動轉子 沿著旋轉磁場方向旋轉。 通過上述分析可以總結出電動機工作原理為：當電動機的三項定子繞組（各相差120度電角度），通入三項交流電后，將產(chǎn)生一個旋轉磁場，該旋轉磁場切割轉子繞組，從而在轉子繞組中產(chǎn)生感應電流（轉子繞組是閉合通路），載流的轉子導體在定子旋轉磁場作用下將產(chǎn)生電磁力，從而在電機轉軸上形成電磁轉矩，驅動電動機旋轉，并且電機旋轉方向與旋轉磁場方向相同
四、電動機機械故障的分析與處理
（一）機械方面的掃膛、振動、軸承過熱、損壞等故障 :1、 異步電動機定、轉子之間氣隙很小，容易導致定、轉子之間相碰。一般由于軸承嚴重超差及端蓋內孔磨損或端蓋止口與機座止口磨損變形，使機座、端蓋、轉子三者不同軸心引起掃膛。如發(fā)現(xiàn)對軸承應及時更換，對端蓋進行更換或刷鍍處理。 2、振動應先區(qū)分是電動機本身引起的，還是傳動裝置不良所造成的，或者是機械負載端傳遞過來的，而后針對具體情況進行排除。屬于電動機本身引起的振動，多數(shù)是由于轉子動平衡不好，以及軸承不良，轉軸彎曲，或端蓋、機座、轉子不同軸心，或者電動機安裝地基不平，安裝不到位，緊固件松動造成的。振動會產(chǎn)生噪聲，還會產(chǎn)生額外負荷。
（二）電源電壓不正常:當電源電壓偏高時,由于其勵磁電流增大,電動機會過分發(fā)熱;而且過高的電還會危及電動機的絕緣材料,使其有被擊穿的危險。當電壓過低時,電動機產(chǎn)生的電磁轉矩就會大大降低;如果負載轉矩沒有相應減小,轉子轉速過低,轉差率增大,使電流增大,就會造成電動機過分發(fā)熱,時間長則會影響電動機壽命。 當三相電壓不對稱時,即某一相電壓偏低或偏高,都會導致該相電流過大,使發(fā)熱情況惡化。同時電動機的轉矩也會減小,還會發(fā)出“嗡嗡”聲,時間長了也會損壞繞組。 總之,不論電壓偏高、過低或三相電壓不對稱,都會造成電流過大、電動機過熱而損壞電動機。所以國家標準( GB50170 - 92 和GB50150 - 91) 規(guī)定:電動機應在其額定電壓(誤差為±5 %) 的變化范圍內,且交流電的頻率為(50 ±0. 5) Hz 的范圍內運行,進而保證其出力不變。當電動機滿負荷運行時,三相電源各相間電壓之間的差值不應大于額定值的±5 %。電流的不平衡度不得超過額定電流的10 %。
(三) 電機繞組問題：
1、繞組接地 電動機繞組的絕緣受到損壞后,繞組的導體和鐵芯、機殼之間相碰,即為繞組接地。這時會造成該繞組的電流過大,引起局部過熱,嚴重時能燒壞繞組或造成相間短路,使電動機無法工作;還會使機殼帶電,易造成觸電事故。為防止此類事故發(fā)生,要求電動機外殼必須可靠接地,或者加裝電動機漏電保護裝置。電動機出現(xiàn)繞組接地故障后,應仔細觀察繞組損壞情況,除絕緣已經(jīng)老化、枯焦發(fā)脆處,都可以進行局部修理。經(jīng)驗表明,繞組接地經(jīng)常發(fā)生在繞組伸出槽外的交接處(即繞組端部) ,這時可在故障處用絕緣紙插入鐵芯與繞組之間,再用絕緣包扎好并涂上絕緣漆進行烘干即可。
2、繞組短路:繞組中相鄰兩條導線之間的絕緣損壞后兩導體相碰,就稱為繞組短路。發(fā)生在同一繞組中的繞組短路稱為匝間短路。匝間短路易在線圈的端部造成幾匝或一卷,或一極組燒焦,電磁線被燒成裸銅線;而短路以外的本相或其他兩相線圈都較完好或稍微烤焦。發(fā)生在兩相繞組之間的繞組短路則稱為相間短路。相間短路常爆斷,熔斷處有很多導線,附近有很多熔化的銅屑,而其他線圈組或另一端均無燒焦的痕跡。不論哪一種短路,都會引起某一相或兩相的電流增大,引起局部發(fā)熱,致使絕緣老化或燒焦,損壞電動機。出現(xiàn)繞組短路時,若短路點在槽外,修理并不困難。當發(fā)生在槽內時,若線圈燒損不嚴重,可將該槽線圈邊稍 加熱軟化后翻出受損部分,換上新的槽絕緣,將線圈受損的部位用薄的絕緣帶包好并涂上絕緣漆進行烘干,用萬用表、兆歐表檢查,證明已修補好后,再重新嵌入槽內,進行絕緣處理后就可繼續(xù)使用;如果線圈受損傷的部位過多,或者包上新的絕緣帶后線圈無法嵌入槽內時,就需更換繞組
3、繞組斷路:繞組斷路是指電動機的定子或轉子繞組碰斷或燒斷造成故障。
4、定子繞組斷路:該類故障可以通過測量各相繞組的電阻或電流的方法檢查出來。 這種斷路多發(fā)生在定子繞組的端部、各繞組元件的接頭處及引出線附近。這些部位都露在電動機機座殼外面,導線容易碰斷,接頭處也會因焊接不實經(jīng)長期使 用后松脫。發(fā)現(xiàn)問題后重新接好、包好,并涂上絕緣漆后就可使用。另外,如果是因故障使繞組被燒斷則需要更換繞組
5、轉子繞組斷路:該類故障可根據(jù)電動機轉動情況加以判斷,通常表現(xiàn)為轉速變慢、轉動無力、定子三相電流增大和有嗡嗡聲等現(xiàn)象,有時還不能起動。這時可以在定子繞組中通入三相低壓電源(電壓約為額定值的10 %) ,然后轉動電機軸,觀察定子三相電流是否穩(wěn)定。如果三相電流有較大的波動,則說明轉子繞組有斷路的地方。出現(xiàn)轉子繞組斷路時,要先抽出轉子查出斷路的部位。一般使用斷條偵察器等專用設備來確定斷路部位。對于鼠籠式轉子,當轉子繞組斷條已不能使用時,要將鑄鋁熔化后再重新灌鑄,或換成紫銅條;對于線繞式轉子的修理則與修理定子繞組一樣,只是修好后必須在繞組兩端用鋼絲打箍
五、電動機啟動方面的故障分析:1、當通電后電動機不能轉動，但無異響，也無異味和冒煙�？赡苁请娫次赐ǎㄖ辽賰上辔赐ǎ┗蛘呷劢z熔斷（至少兩相熔斷），應立即檢查電源回路開關，熔絲。接盒處是否有斷點，修復；檢查熔絲型號、熔斷原因，然后更換熔絲即可。也有可能是電機已經(jīng)損壞，那就需馬上檢查電機并修復。 2、當電動機起動困難，帶額定負載時，電動機轉速低于額定轉速較多的時候，可能是電源電壓過低，應馬上測量電源電壓并改善電壓情況；籠形轉子開焊或斷裂應直接檢查開焊和斷點并修復；電機過載會導致電動機起動困難，帶額定負載，我們該馬上減載，減少電機壓力。 3、繞組首尾端接錯時或繞組有匝間短路、線圈反接等故障,會導致電動機空載電流不平衡，三相相差大，還可能是電源電壓不平衡引起的。我們可通過檢查繞組并糾正，消除繞組的故障，測量電源電壓，設法消除不平衡。 4、有時電動機啟動后發(fā)現(xiàn)電動機空載電流平衡，但數(shù)值大。那是因為電源電壓過高，或者Y接電動機誤接為△接，氣隙過大或不均勻，我們可以檢查電源，設法恢復額定電壓，將△改接為Y，更換新轉子或調整氣隙，就可以排除故障。 5、電動機啟動后過熱，甚至冒煙時，可能是電源電壓過高，使鐵心發(fā)熱大大增加，導致的發(fā)熱，也可能是電源電壓過低，電動機又帶額定負載運行，電流過大使繞組發(fā)熱，還有定子、轉子鐵心相擦，電動機過載或頻繁起動導致的發(fā)熱，環(huán)境溫度高，電動機表面污垢多，或通風道堵塞，籠形轉子斷條，定子繞組故障（相間、匝間短路；定子繞組內部連接錯誤），電動機風扇故障，通風不良等等原因都會引起電動機的過熱或冒煙，從而影響電動機的壽命，我們應馬上降低電源電壓（如調整供電變壓器分接頭），若是電機Y、△接法錯誤引起，則應改正接法，提高電源電壓或換相供電導線，來消除電動機的過熱現(xiàn)象，還需要消除擦點（調整氣隙或銼、車轉子），減載，按規(guī)定次數(shù)控制起動，檢查并消除轉子繞組故障，檢查定子繞組，消除故障，也是預防和消除電動機過熱和冒煙的辦法，平時要經(jīng)常清洗電動機，改善環(huán)境溫度，采用降溫措施，檢查并修復風扇，必要時更換，不在過熱的環(huán)境下使用電動機，可大大的預防電動機的過熱現(xiàn)象
六、結論:綜上所述，為了能采用正確的方法進行電動機的故障修理，就必須熟悉電動機常見故障的特點及原因，才能少走彎路，節(jié)省時間，盡快地將故障排除，恢復電動機故障，使電動機處于正常的運轉狀態(tài)。做好電動機的定期檢查和維護工作，也是保證電動機安全運行，延長壽命的有效措施之一。
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