第四章电动机故障分析

电机培训教材第四章电动机故障分析39第四章电动机故障分析第一节电机的运行与外界条件的影响电动机的运行受很多因素的影响，归纳起来有安装地点和周围环境的影响：地基或安装基础的影响。图4-1是这些因素对电机运行影响的示意图。这些因素造成了对电动机运行的干扰，在极端的条件下将使电动机出现故障现象，甚至无法运行。这些因素对电动机运行的干扰分述如下。一、电网和电源的影响图4-1影响电动机运行的因素电网和电源除向电动机输入电功率外，同时伴随而来的有些因素却给电动机运行带来干扰，如电网的电压和频率波动。当电压过低时，重载的异步电动机会因堵转而烧毁。快速开关或油开关切断时产生的浪涌电压或操作过电压，会造成过电压击穿，雷击过电压同样会使绝缘系统因过电压而击穿。电源中的谐波分量会造成换向困难和交流电机谐波转矩的增加。这些都会对电动机运行产生不利影响。二、负载性质和负载机械的影响电动机在铀伸端输出机械功率，必须要满足工作机械要求，包括过渡过程所需加速力矩或制动力矩。但电动机也受到来自工作机械的反力和附加力矩的影响，在安装时不对中，联轴节调整不当，以及由于冲击负荷引起的扭振等，都会从抽伸端输入附加力和交变力矩，影响电动机运行，使电动机产生振动。三、安装环境和场所的影响电动机在运行时，向周围空间发散热量和噪声，但是环境温度、湿度、海拔高度以及电动机安装场所的粉尘、有害气体、盐雾、酸气等，对电动机的运行也将产生影响。四、地基或基础的影响电动机向工作机械传输的转矩和电动机自重必须由地基或基础来承受，由铀伸传入的工电机培训教材第四章电动机故障分析40作机械附加力和力矩，合闸、拉闸时出现的冲击力矩，也通过电动机的机座传到地基。但是，电动机也常常会受到来自地基的反作用力，如因基础振动冲击使电机受到影响。第二节运行条件与电机故障一、电动机的正确选型和使用电动机的安全运行是以正确选型和使用为前提的，当电动机在其额定数据和技术条件规定范围内运行，电动机是安全的；电动机运行超过规定范围，可能会出现不正常征兆，甚至发生事故。电动机的技术条件规定了它的适用环境条件，负载条件和工作制。电动机选型是最重要的。电动机的类型、结构型号、防护方式、容量和转速的选择，必须根据负载机械的性质、转矩、转速和起、制动与加速要求来确定．电动机的选型必须满足使用要求，特殊用途和运行条件的电动机，必须专门设计和特殊工艺处理以适应特殊要求。电动机造型同时也应考虑经济合理性。例如不用要调速和经常起动的负载机械，如水泵、风机、皮带运输机和小型机床等，可用异步电动机来驱动，不但价格便宜，而且使用，维护方便；对于不需要调速、长期工作或重载起动的负载机械，如球磨机、大型空压机、不调速轧钢机，可选用大型同步电动机来施加，其特点是过载力矩大，运行稳定，有利于改善功率因数；对于需要正反转和调速的轧钢机、经常发生堵转的电铲和颠繁起、制动的矿山倦扬机等，均需采用调速性能好、控制性能好、能迅速正、反转的直流电动机。二、故障与运行条件恶劣的环境和苛刻的运行条件．以及超过技术条件所规定的允许范围运行，往往是直接导致故障的起因。例如电动机因过载会导致温升过高而烧毁；环境湿度过高往往会使绝缘受潮而绝缘电阻降低，泄漏电流增加，甚至发生击穿；湿度过低又常常造成直流电动机电刷噪声和换向火花加大；电网电压过低也会使电动机堵转或过热而烧毁，快速开关动作时的浪涌电压可能会导致绝缘击穿；多次连续起动往往会导致同步电动机阻尼绕组开焊或断条。运行条件不适合导致各种故障，可参见表4—1。三、运行条件对各类电动机的影响运行条件对各类电动机产生的影响和结果是不同的，例如频繁起动对直流电动机影响不大，而同步电动机和异步电动机在通常情况下是不允许的，会产生各种故障；电压降低对直流电动机不致造成过大威胁，而对交流电机则危害甚大；湿度变化、环境污染对交流电机影响较小，而对直流电动机会产生很大影响，由于不同类型电动机运行原理和特点不同，易产生效障的部位也不相同，见表4-2。第三节电动机故障的机理与征兆电机运行中由于不同因素起作用，有一些结构、部件会逐渐劣化，逐渐失去原有性能相功能，电动机就会暴露出一些不正常的状态，诊断技术是要通过各种检测技术，测定出能反映故障隐患和趋向参数，从中得到预警信息。进一步通过信息分析对电动机故障程度和起因有一个准确判断，能及时和有效的对电动机进行维修、排除故障，以实现电动机的预知维修，而不致影响生产。但是检测技术只能测出各种参数，而且有些参数不是直接反映事故的一次参数，而是间接反映事故的二次参数，因此，故障认别必须有大量经验积累，形成一个数据库和专家系统后，才有较高的可靠性。同时故障识别必须对诊断对象的各种性能、结构、各种参数非常熟悉。为了对电动机的故障能作出准确的判断，这里先介绍电动机各部分可能产生的故障，其发生原因、故障最初征兆，了解这些具体内容，特有助于准确判断各种故障。表4-3是常见的电动机故障起因与征兆。电机培训教材第四章电动机故障分析41表4-1运行条件引起电动机故障电机培训教材第四章电动机故障分析42表4-2电动机易产生的故障电机培训教材第四章电动机故障分析43表4-3电动机故障起因及征兆电机培训教材第四章电动机故障分析44电机培训教材第四章电动机故障分析45电机培训教材第四章电动机故障分析46第四节电动机故障原因的分析一、定子铁心的故障(1)定子铁心短路，大部分发生在齿顶部分，常见于异步电动机和高速大容量同步电动机中。交流电动机定子铁心中磁通是交变的，铁心中的磁滞损耗。祸流损耗及表面磁通脉摄损耗都将使铁心发热，为了减少定子铁心的铁损，通常都将定于冲片两边涂有绝缘层以形成隔离层，以减少铁损。因此，大容量的和重要的交流电机，在定于铁心叠装后必须进行铁损试验，检查硅钢片的质量和铁心是否存在局部过热的短路现象。由于异步电动机气隙小，装配不当，轴承磨损，转轴弯曲及单边磁拉力等原因，都可能造成定、转子相擦，使定子铁心局部区域齿顶上绝缘层被磨去，并因毛刺使片间相连，至使涡流损耗增大而局部过热，甚至危及定于绕组。由于局部高温造成绝缘物热分解，能闻到绝缘挥发物相分解物的气味。而电动机此时往往出现空载电流加大，振动和噪声增大，有时能发现机座外壳局部部位温度高，发现以上情况应及时停机检修。由于大型高速同步机冲片涂漆质量、铁心表面副伤等原因，也会导致铁心局部发热，使定于绕组在发热部位因过热而损坏。(2)定于铁心松动。往往是由于制造时铁心压装不紧，或定子铁心紧固件松脱或失效时发生，其主要征象是电磁噪声增加，特别是在起动过程时的电磁噪声，振动大是铁心松动的另电机培训教材第四章电动机故障分析47一征象，铁心松动故障不但使电机的噪声使人难以忍受，长期存在将导致绕组绝缘因振动大而大大缩短寿命。二、绝缘故障1．绝缘故障规象电动机备部分绝缘都是由不同绝缘材料，经过各种处理组合成的绝缘，各部分的绝缘结构组成了电动机的绝缘系统。但是无论是机械强度、耐热性、对环境的抵抗能力以及耐久性等方面，绝缘系统都是电动机结构中较薄弱的环节，其发生故障的几率也较高，老化、磨损、过热、受潮、污染和电晕都会造成绝缘故障。(1)老化。电机的绝缘结构，运行中由于长期的高温，机械应力、电磁场、日照、臭氧等因素的作用，发生了种种化学和物理变化，使其机械强度降低，电气性能劣化，如失去弹性，出现裂纹，泄漏电流增加，介质耗损增加，击穿电压降低等，这些都是老化现象。(2)磨损。绝缘结构由于电磁力的作用和机械振动等原因组问、绕组与铁心、固定结构件之间会发生位移和不断摩擦，使绝缘局部变薄、损坏。(3)过热。绝缘材料和绝缘结构中，由于内部挥发成分的放出，氧化裂解，热裂解等化学、物理变化，生成氧化物，使绝缘层变硬，发脆、出现裂纹、针孔，而导致机械和电气性能的降低。(4)受潮。绝缘材科和绝缘结构中有许多强极性物质，分子中含有oH基的有机纤维材料，以及组织疏松，多孔状材料。而另一方面因水分子尺寸和粘度很小，能透入各种绝缘材料的裂纹和毛细孔，溶解于绝缘油和绝缘漆中。水分子的存在使绝缘结构的漏导电流大大增加气性能大大降低。(5)污染。绝缘结构的表面和内部，存在不少裂纹、针孔和微泡，当导电性尘埃或液体粘结在绝缘层的表面或渗入裂纹和针孔时，构成了很多漏电通道，使漏导电流大大增加，降低了绝缘可靠性。(6)电晕。当定子电压较高，电机环境海拔高度较高时易发生。高压电机定子绕组在通风槽口和端部出槽口处，绝缘表面电场分布是不均的，当局部场强达到临界值时，空气发生局部电离(辉光放电现象)，在黑暗时就能看到兰色莹光，这就是电晕现象。电晕产生的热效应、臭氧和氮的氧化物都会对绝缘产生腐蚀现象，使局部绝缘层很快消蚀，耐压强度降低。。2．电动机绕组的故障(1)绕组绝缘磨损。是由于绝缘收缩和电动力的作用造成的。长期高温作用，绝缘层内溶剂挥发等原因，使而槽楔、绝缘衬垫、垫块因收缩而尺寸变小，绑扎绳变得松弛，线圈和槽壁、线圈与垫块、线圈与固定端箍之间都产生了间隙，在起动、冲击负载引起的电动力的作用下，将发生相对位移，时间久了就会产生磨损，使绝缘变薄。其伴随征兆是槽楔窜位，绑扎垫块脱落，端部绑扎松弛，端部振动增大，检查时可发现绝缘电阻降低，泄漏电流增加耐压水平明显降低。(2)绝缘破损。通常是线圈受到了碰撞，或转子部件脱落碰刮导致绝缘局部损伤，运行时往往表现为对地击穿。‘(3)匝间短路。高压定子绕组为了减少附加铜耗，通常在股线间需要换位(罗贝尔线棒)。在制造过程中，线圈的压型和换位工序操作不当时，易造成匝间短路。匝间短路使绕组三相阻抗不相等和三相电流不对称，电流表指针梅出现摆动，使电动机振动加大。在短路匝线圈温升较高时，往往会使线圈表面变色，或线圈局部过热，绝缘在高温下分解，甚至产生局部放电现象。(4)绝缘电阻降低。多数情况是由于绕组吸潮或导电性物质粘结在线圈表面，或渗入绝缘层的裂纹所致。交流电动机定子绕组和直流电动机的电枢、主极、换向极，补偿绕组都会产电机培训教材第四章电动机故障分析48生这种故障。绝缘电阻降低到不允许程度，一般吹风和清擦已难奏效，往往需拆卸电机．用专用清洗剂清洗，干燥、浸漆后方能恢复。滑环绝缘层、换向器、换向器v形环端部、转子并头套绝缘都是裸露带电导体的对地绝缘，绝缘结构除考虑耐压强度外，还必须考虑一定爬电距离。当爬电距离过短或表面粘结污垢后，这些部分的绝缘电阻值，也往往会低于允许标准。三、异步电机转子绕组故障(1)断条和端环开裂。鼠笼式异步电动机在起动时，绕组内短时间流过很大电流，不仅承受很大冲击力，而且很快升温，产生热应力，端环还需承受较大离心应力。反复的起动、运行、停转，使笼条和端环受到循环热应力和变形，由于各部分位移量不同，受力不均匀，会使笼条和端环因应力分布不均匀而断裂。另外，从电磁力矩来看，起动时的加速力矩，工作时的驱动力矩是由笼条产生的，减速时笼条又承受制动力矩，由于负载变化和电压波动时，笼条就要受到交变负荷的作用，容易产生疲劳。当笼型绕组铸造质量、导条与端环的材质相焊接质量存在问题时，笼条和端环的断裂、开焊更易发生。笼条、端环断裂的征象是电动机起动时间延长，滑差加大，力矩减少，同时也将出现电动机振动和噪声增加，电流麦指针出现摆动等现象。(2)绕线型转子绕组击穿、开焊和匝间短路。绕线型异步电动机需通过滑环串入电阻器进行起动和调速，和笼型异步机不同的是，它的条形绕组对地和相间必须是绝缘的，由于转子铁心在设计时大都采用半闭口槽，制造时卷包绝缘的条形绕组，从一端插入槽内后，另一端需弯折、排列成形方可接线，两端再用并头套连接起来，焊接后由连接线与滑环相接，在这个制造过程中，绝绿层易受机械损伤。而绕线型转子绕组在电动机起动时，开路电压较高，当滑环与电刷接触不好时，受过机械损伤绕组相连接线容易击穿。当重载起动或负荷较大时，过大的起动电流和负载电流不仅使绕组温升升高，而且也会使井头套发生开焊、淌锡或发生放电现象；另外，转子绕组并头套之间的间隙中，易积存碳粉等导电性粉尘，易产生片问短路现象，绕线型异步电动机在外接三相调速电阻不等时转子三相绕组也会出现三相电流不平衡现象，往往出现某相绕组过热现象。四、转子本体的故障