三相异步电动机常见故障探析范文

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《防爆电机杂志》2016年第5期

摘要：

主要讲述三相异步电动机使用运转过程中常见的故障表现，如电机无法起动及过热，轴承过热，电机制动器的刹车故障进行了分析，并对部分故障提出了检测和预防修理措施。

关键词：

故障;电机过热;轴承温度;措施

0引言

三相异步电动机故障因素较多，按故障原理分为电气和机械两方面，通常把电机定子绕组接地、缺相运行、定子绕组首尾接反、三相电流不平衡、绕组短路、过热和转子断条、断路等与电气关系密切的故障归为电气故障;把定转子相擦、电机振动、轴承过热、损坏，电机制动器刹车打不开，制动失灵等与机械装置关系密切的故障归为机械故障。为了保证异步电动机的安全运行，在电动机发生故障时，必须快速准确地查清故障发生的原因，以便尽快修复。

1故障分析及措施

1．1三相异步电动机不能起动

三相异步电动机不能起动有电气和机械两方面因素造成。电气方面因素主要有:(1)三相电源没有正常接通;(2)定子或转子绕组存在断路、接地、匝间、相间短路、接线错误等;(3)控制设备接线错误或元器件损坏，过电流继电器调得太小，造成电机无法起动;(4)绕线式转子电动机起动操作错误或转子电阻配备不当。机械方面因素主要是:电机过载或轴承损坏致使转子或传动机械被卡住。上述情况均会造成电机无法起动。故障出现时应检测电源线路，电机三相绕组完好情况和控制线路，排除电气故障;检查电机和传动机械设备的运转情况，排除机械故障。

1．2电动机过热

电机过热是电机绕组烧坏的主要因素，可从电源、负载、通风散热和电机本身原因四个方面进行分析。电机过热直接影响电机的使用寿命。为防止电机过热到烧坏绕组的程度，对一些重要使用场所的电机，在电机绕组处埋置正温度系数热敏电阻或PT100测温元件，如图1所示，电机运转过程中当绕组温度升高到一定温度时，通过控制电路动作，断开电源，保护绕组不被烧坏。

1．2．1电源方面使电动机过热的可能原因有:(1)电源电压过高，电动机反电动势、磁通及磁通密度均随之增大。由于铁损的大小与磁通密度平方成正比，则铁损耗增加，导致铁心过热;磁通增加，又致使励磁电流分量急剧增加，造成定子绕组铜损增大，使绕组过热。因此，电源电压过高，会使电动机过热。(2)电源电压过低，若电动机的电磁转矩保持不变，磁通将降低，转子电流相应增大，定子电流中负载电源分量随之增加，造成绕线的铜损耗增大，致使定、转子绕组过热。(3)电源电压不对称。当电源线一相断路、保险丝一相熔断，或闸刀起动设备接头烧伤致使一相不通，都将造成三相电动机在两相电源下运行，致使运行中Y接电机的二相或△接电机的一相绕组通过电流大而过热，甚至烧毁。(4)三相电源不平衡。当三相电源不平衡时，会使电动机的三相电流不平衡，引起绕组过热。为此，电源电压应按照国家标准规定，电压的波动应不超出额定值的±5%，确保电机输出功率不超过额定值。

1．2．2负载方面造成电动机过热的可能原因有:(1)电动机过载运行，当设备不配套，电动机的负载功率大于电动机的额定功率时，电动机长期过载运行(即小马拉大车)，会导致电动机过热。维修过热电动机时，应首先搞清负载功率与电动机功率是否相符，以防盲目拆卸。(2)设备虽然配套，但所拖动的机械负载工作不正常，运行时负载时大时小，频繁起动、短时过载，对绕组产生冲击，造成电动机绕组发热。(3)拖动的机械有故障，当被拖动的机械有故障，转动不灵活或被卡住，都将使电动机过载，造成电动机绕组过热。根据负载选择电动机时，综合考虑电机的效率和功率因数，电机功率通常按机械实际使用功率的1．15倍进行选择，通常不超1．2倍，使电机运行在80%～90%的额定功率下，电机运行电流亦在额定电流的80%～90%的范围内，达到电机的效率和功率因数的最佳结合点，电机运行在最佳状态。

1．2．3通风散热不良使电动机过热的可能原因:(1)环境温度过高，使进风温度高，对此，电机在设计时应充分考虑使用时的环境温度。(2)进风口有杂物挡住，进风不畅，造成进风量小。(3)电动机内部灰尘过多，影响散热。(4)风扇装反损坏或相序接反，造成无风或风量小。(5)没装风罩或电动机端盖内没装挡风板，造成电动机风路短路。一般电机的运转的环境温度为－15℃～40℃，当电机环境温度过高时，应改善电动机的工作环境，并参考机身铭牌上的温度，确保环境温度在铭牌所标临界温度以下。同时保证电机风路通畅，电动机本身散热设备良好，注意经常清理污垢等杂物以确保电动机正常散热。

1．2．4电动机本身造成过热的可能原因:(1)电动机绕组断路。当电动机绕组中有一相绕组断路，或并联支路中有一条支路断路时，都将导致三相电流不平衡，使电动机过热。(2)电动机绕组短路。当电动机绕组出现短路故障时，短路电流比正常工作电流大得多，使绕组铜损耗增加，导致绕组过热，甚至烧毁。(3)电动机接法错误。当三角形接法电动机错接成星形时，电动机仍带满负载运行，定子绕组流过的电流要超过额定电流，电机转矩降低，导致电动机自行停车，若停转时间稍长又未切断电源，绕组不仅严重过热，还将烧毁。当星形连接的电动机错接成三角形，或若干个线圈组并联支路的错接成串联，都将使绕组过热，严重时将烧毁绕组。当一个线圈、线圈组或一相绕组接反时，会导致三相电流严重不平衡，而使绕组过热。(4)电动机的机械故障。当电动机轴弯曲、装配不好、轴承存在问题等故障时，均会使电动机电流增大，铜损耗及机械摩擦损耗增加，使电动机过热。(5)在中、小型电机中，气隙一般为0．2mm～1．5mm。气隙大时，要求励磁电流大，从而影响电机的功率因数，气隙太小，由于轴承磨损超差及端盖内孔磨损变形，使机座、端盖、转子三者不同轴心，很容易引起转子扫膛，使电机发热甚至烧毁。如发现轴承磨损应及时更换，并对端盖进行更换或处理。电机过热主要由过载，缺相和通风不良引起，通过测量电机的负载电流与额定电流进行比较可判定过载程度，过载越严重电机发热越快，越容易烧坏。电机运行过程中电机过热故障可通过检测电机运行时的电流，加装过热保护器，如图2所示，做好周期保养，加强日常巡视来及早发现，及时排除。

1．3电机轴承过热

当电机轴承受到不应有的外力，润滑不良或轴承磨损到寿命终了时，轴承会出现过热。电机轴承过热是电机故障的主要原因之一，容易造成轴承抱死，烧坏电机绕组。为防止电机轴承过热，对一些重要使用场所的电机，在电机轴承处埋置PT100测温元件，如图3所示。当轴承温度升高到一定程度时，通过控制电路的动作，断开电源，对轴承进行维护或更换。轴承过热的原因可从以下几方面考虑:(1)润滑油过多、过少或油质不良，轴承损坏。(2)轴承与轴和端盖配合过紧，造成轴承径向间隙过小。(3)轴向累计公差造成轴承轴向间隙过小或两侧端盖或轴承盖未装平，致使轴承轴向受力。(4)机械与电机相连的传动连接装置存在隐患，使轴承受到不应有的外力。轴承工作是否正常可凭听觉及温度经验来判断，可用手或温度计检测轴承端判断其温度是否在正常范围内。也可用听棒(铜棒)接触轴承盒，若听到冲击声，就表示可能有一只或几只滚珠轧碎;如果听到有咝咝声，那就是表示轴承的润滑油不足，应及时添加润滑脂。

1．4电机在使用中制动器出现的问题

1．4．1刹车打不开:通常表现为电机送电后电机不转或转速缓慢，制动器发热，首先检查电机电源和制动器电源是否正常，有维持电压的电机，吸合电压维持时间不少于3s，确保衔铁能够吸合，维持电压的变化范围应在额定维持电压值的±10%以内。其次，若电源电压和直流电压及维持时间正常，刹车仍打不开，测量间隙是否正常，部分电机制动部分由于保存不当或密封不严，内部受潮，严重锈蚀，造成间隙堵死，使电机制动器始终处于制动状态。对此，应拆开制动部分进行除锈，间隙调整及密封处理。保证电机间隙正常。

1．4．2电机制动器摩擦盘局部发热:制动电机在刹车制动过程中，理想状态下是整个摩擦面同时完全接触，产生摩擦力将电机刹住。这种情况下由于摩擦力很大，电机和制动器铁心线圈断电后可立即刹住或转动很小的角度，摩擦片与两对偶摩擦面之间基本不会产生摩擦热或产生的热量很少，制动器温度变化不会有明显的感觉。由于电机断电后，存在刹车制动时间，有的电机停电后要转动一定的角度才能刹住，在转动过程中，由于摩擦力作用，还会产生一定的热量。在实际加工装配时，由于加工面存在一定的公差，装配过程中各个螺栓的紧固程度存在一定差异，造成制动间隙不可能完全均等，特别是大机座号电机接触面的直径达300～500mm时，制动件与两摩擦对偶面间，由于间隙不完全均等，电机在刹车时，相对间隙小的部分面先接触摩擦，产生摩擦热，造成温度偏高;间隙相对偏大的部分面后接触，这部分面一接触，电机制动产生的摩擦力大于电机的负载力矩，电机即停转，基本不产生位移，不产生热量或产生的热量很少，所以这部分摩擦面温度偏低。因此，电机在这种情况下刹车，造成制动部分局部温度偏高。当电机在此种状态下使用一段时间后，间隙小的摩擦面磨损会较严重，间隙大的摩擦面相对较轻，制动间隙将趋于均匀，局部发热将趋向缓和，温度将降低，不会影响电机的正常运行。总之，只要制动间隙和制动刹车时间在要求范围内，电机运转正常，产生的温度不会太高，正常使用的情况下温度不超过75℃，均属正常现象。

1．4．3二次吸合和二次释放:如果制动部分由于装配或其它原因造成直流圆盘式电磁制动器的接触面间隙偏差较大，弹簧有效工作长度长短不一，往往会出现二次吸合和二次释放，造成刹车迟缓，制动效果差。此时应拆开检查制动部分各接触面的平行度，调整弹簧，修正后重新装配，调匀间隙，可消除二次吸合和释放，改善刹车效果。

1．4．4刹车失灵:当用户使用一段时间后，制动件摩擦片磨损严重，工作间隙变大，弹簧工作长度增加，使制动压力下降，造成刹车失灵。严重时可使衔铁不能吸上，电机无法正常运转，此时可通过调节螺管或减少垫片，借助塞尺将间隙调整到正常使用范围。制动器最大间隙通常为工作间隙的2～3倍，为确保制动器有足够的制动扭矩，需要在工作间隙达到最大额定间隙值前，重调间隙。

1．4．5电机起动、刹车时制动器出现异响:电机制动器在起动或刹车时的异响是指制动件上的摩擦片和与之相摩擦的对偶摩擦面相互摩擦而发出的异常声音，声音尖锐刺耳，属典型的噪音，必须设法消除。制动件上的摩擦材料经摩擦一段时间后，摩擦片表面光洁度增加，使摩擦系数降低，或与摩擦片相摩擦的制动盘变形，使摩擦的有效面积减少，造成起动或刹车时异响。现场修理可通过以下三种方法:(1)更换摩擦片材质，由原先的硬材质换成软材质。(2)同样摩擦片材质的情况下，由原来的粘接工艺改为铆制工艺，摩擦片通过铜铆钉固定在制动件上。(3)增加摩擦盘强度，避免其变形，加工制动件摩擦片，保证其平面度，使制动时摩擦面充分接触。

1．4．6自整流电机自整流部分常见故障:二极管击穿或整流块损坏，直流无法提供，造成制动部分打不开，二极管受潮，短路，均容易造成二极管击穿，这种情况下需更换损坏的二极管或整流块。整流块直流开关短路，造成电机刹车迟缓，找出短路点进行修复。

1．4．7立式制动电机制动件摩擦片与摩擦面相擦:制动件随电机运行过程中，摩擦片容易与下端摩擦面相摩擦产生噪音，会加大电机负载，并造成制动器摩擦片不必要的磨损，温升过快，，从而降低电机和制动器摩擦片的使用寿命。对此，可利用弹簧，托盘，连接板制成支撑材料来解决这一问题，如图4所示。

2结语

综上所述，三相异步电动机在长期运行过程中，会出现各种各样的故障，想要及时发现就必须熟悉电机常见故障的特点及原因，抓住关键因素，定期检查和维护。这样才能少走弯路，节省时间，尽快地排除故障，使电机处于正常的运转状态。

参考文献：

［1］王强，陈金刚．低压船用电动机绝缘与绕组热保护．电机技术，2013．02．43-46．

［2］陈金刚，王强．JZ2-H和YZ-H系列起重三相异步电机电磁制动器解析．电机与控制应用，2012．05，48-50．

［3］陈金刚，王强．鼠笼式三相异步电动机温升解析．电机技术，2013．01，40-43．

作者:陈金刚 单位:德州恒力电机有限责任公司