三相異步電機(jī)故障處理與保養(yǎng)方法

臧彩虹

（紅云紅河集團(tuán)紅河卷煙廠復(fù)烤部，云南彌勒 652399）

1 三相異步電機(jī)故障及分析

查閱相關(guān)文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，三相電機(jī)運(yùn)行故障中85%是電氣故障，15%是機(jī)械故障和其他原因造成的故障[1]。

1.1 電機(jī)機(jī)械故障

電機(jī)的功能是在高速運(yùn)行過(guò)程中將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。對(duì)于機(jī)械故障，有15%機(jī)械故障屬于異常振動(dòng)和異常響聲兩個(gè)方面[2]。機(jī)械故障主要由轉(zhuǎn)子與定子摩擦，軸承磨損，機(jī)座、抱閘、機(jī)蓋變形等引起。

（1）異常振動(dòng)且電機(jī)溫度正常故障，常伴有異常振動(dòng)和撞擊聲音。這類故障主要原因有：電機(jī)的基礎(chǔ)與底座固定架連接松動(dòng)、聯(lián)軸器磨損、轉(zhuǎn)子變形、軸承缺油、軸承端蓋間隙過(guò)大、轉(zhuǎn)子冷卻風(fēng)扇碰殼。處理方法簡(jiǎn)單容易：電機(jī)或靜動(dòng)平衡校正，碰撞或相互干涉的零件更換和矯正。

（2）異常振動(dòng)且電機(jī)溫度升高故障。檢查方法是查找電機(jī)的溫度升高位置，電機(jī)軸承，定子、轉(zhuǎn)子與外殼等部位有無(wú)異常變化。如果發(fā)現(xiàn)軸承附近過(guò)熱，應(yīng)立即停機(jī)檢查，重點(diǎn)是軸承的滾動(dòng)體、滾道表面有無(wú)裂紋、劃傷或缺油。解決方法：①若軸承出現(xiàn)裂紋，需要更換軸承；②如果定子、轉(zhuǎn)子摩擦或端蓋軸承孔與機(jī)座止口不同心，則需要清洗軸承，加入符合該電機(jī)允許的潤(rùn)滑脂，必要時(shí)更換軸承或者端蓋。

1.2 電機(jī)電氣故障

1.2.1 電機(jī)運(yùn)行中溫度故障

三相電機(jī)溫度高可以采用手摸，原因可能有：①電源供電問(wèn)題，例如，電壓過(guò)高、電壓過(guò)低、電機(jī)缺相運(yùn)行；②電機(jī)超負(fù)荷工作；③電機(jī)定子、轉(zhuǎn)子以及絕緣問(wèn)題；④電機(jī)散熱不佳。按照電機(jī)銘牌檢查三相電機(jī)，某三相異步電機(jī)由昆明電機(jī)廠生產(chǎn)，參數(shù)：型號(hào)Y2-225S-4，功率37 kW，頻率50 Hz，額定電流69.9 A，額定電壓380 V，絕緣等級(jí)F，功率因數(shù)0.85，重量280 kg，額定轉(zhuǎn)速1475 r/min，效率0.9。

（1）電源供電問(wèn)題。電壓過(guò)高、過(guò)低和電壓不平衡都會(huì)導(dǎo)致電流升高，引起電機(jī)發(fā)熱。一般采用萬(wàn)用表測(cè)量，要求電源電壓波動(dòng)不超過(guò)±5%，改善供電可以解決。針對(duì)電機(jī)缺相問(wèn)題，例如，星型接法，如果缺1相，其余電流會(huì)增大1.7倍，且啟動(dòng)時(shí)電流是額定電流的6倍，電機(jī)很快因過(guò)流而急速升溫。原因可能有：缺相、熔斷器開路、接觸器或者觸點(diǎn)損壞，以及閘刀接觸故障。使用萬(wàn)用表測(cè)量三相電壓是否平衡，可以發(fā)現(xiàn)是否缺相。

（2）電機(jī)處于超負(fù)荷工作狀態(tài)。三相電機(jī)負(fù)載過(guò)重，會(huì)導(dǎo)致定子中電流增加，繞組過(guò)熱。原因是軸承磨損、軸承潤(rùn)滑不足、電機(jī)卡塞和電機(jī)軸承潤(rùn)滑破壞等。應(yīng)采取措施查明原因，恢復(fù)電機(jī)正常運(yùn)行。

（3）電機(jī)定子、轉(zhuǎn)子以及絕緣問(wèn)題。三相電機(jī)長(zhǎng)期處于運(yùn)行狀態(tài)，如果絕緣電阻值不符合要求或者絕緣電阻降低，原因一般有：①電機(jī)受潮；②電機(jī)繞組老化；③軸承漏油和繞組上灰塵過(guò)多；④引出線和接線盒內(nèi)絕緣不良；⑤摩擦產(chǎn)生的鐵屑落入繞組內(nèi)部，造成轉(zhuǎn)子絕緣電阻降低。檢測(cè)方法：利用搖表（兆歐表）測(cè)量，保持搖表水平，當(dāng)轉(zhuǎn)速到120 r/min保持勻速，如果電阻值低于0.5 MΩ（電機(jī)絕緣電阻值規(guī)定：400 V以下電機(jī)要求不小于0.5 MΩ），說(shuō)明電機(jī)繞組絕緣性下降。分析和處理：①外接線絕緣套管老化、開裂；②長(zhǎng)時(shí)間使用，繞組絕緣老化；③繞組受潮，可以利用燈泡烘干方法解決，也可以采用銅損加熱法，烘干溫度不得高于80 ℃，直流電不得高于額定直流電的50%；④煙塵或者鐵屑導(dǎo)致絕緣下降，可以采用皮球吹氣除塵解決。

（4）電機(jī)散熱不佳。首先判斷是電機(jī)通風(fēng)道堵塞和風(fēng)扇損壞，應(yīng)及時(shí)清掃。其次是繞組表面覆蓋煙塵和油污，影響散熱。這些故障都可以通過(guò)清理異物來(lái)解決。如果是環(huán)境溫度過(guò)高，應(yīng)采取降溫措施來(lái)解決。

1.2.2 電機(jī)運(yùn)行中異味故障

電機(jī)運(yùn)行中出現(xiàn)異味，表明電機(jī)內(nèi)部即將出現(xiàn)故障。應(yīng)該及時(shí)斷電檢查。①煙味，說(shuō)明煙葉進(jìn)入電機(jī)；②油漆味，說(shuō)明內(nèi)部繞組溫度過(guò)高；③濃烈的燒焦味，說(shuō)明絕緣層被擊穿。處理方法：及時(shí)斷電，參照1.2.3方法逐一檢查，排除故障。

1.2.3 電機(jī)運(yùn)行中冒煙

三相電機(jī)運(yùn)行中出現(xiàn)冒煙，說(shuō)明內(nèi)部溫度異常升高，原因有：①風(fēng)道有異物或者通風(fēng)不暢；②轉(zhuǎn)子和定子故障；③供電異常。具體分析如下：

（1）電機(jī)過(guò)載，負(fù)載過(guò)重導(dǎo)致絕緣線冒煙。

（2）環(huán)境溫度高，且電機(jī)風(fēng)葉損壞和風(fēng)道堵塞。

（3）電源電壓過(guò)高，定子中繞組電流升高，根據(jù)電機(jī)發(fā)熱公式Q=I2Rt，電機(jī)的發(fā)熱量正比于電流的平方。因此，電機(jī)各部分溫度急劇升高，使鐵芯發(fā)熱大大增加。

（4）電源電壓過(guò)低，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)減弱導(dǎo)致電機(jī)轉(zhuǎn)矩不足。因?yàn)殡姶呸D(zhuǎn)矩與電源電壓平方成正比，這會(huì)造成電機(jī)啟動(dòng)困難。

（5）電機(jī)頻繁啟動(dòng)。電機(jī)啟動(dòng)需要較大電流，且功率越大就需要更大的啟動(dòng)電流。因此，電氣頻繁啟動(dòng)，則電機(jī)易冒煙，甚至燒毀。

（6）缺相導(dǎo)致溫度升高冒煙。

（7）籠型轉(zhuǎn)子斷條[3]。直觀感受是機(jī)身振動(dòng)且伴有噪聲。電機(jī)轉(zhuǎn)速降低，且隨負(fù)載增加而迅速下降，甚至負(fù)荷無(wú)力。空載電流增加，電流表指針周期性擺動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)無(wú)法啟動(dòng)。原因有：定子澆鑄質(zhì)量不佳；頻繁啟動(dòng)的負(fù)荷沖擊；操作不當(dāng)和違章操作；使用過(guò)程負(fù)載過(guò)大，造成轉(zhuǎn)子槽內(nèi)導(dǎo)條燒斷；使用場(chǎng)所對(duì)電機(jī)的腐蝕。

（8）繞組重繞后，定子線圈浸漆不充分，導(dǎo)致繞組間絕緣性能下降或者定子繞組內(nèi)部短路。

（9）電機(jī)風(fēng)扇故障，通風(fēng)不良。定子繞組故障，如相間、匝間短路，定子繞組內(nèi)部連接錯(cuò)誤等。

故障排除方法：①機(jī)械類故障。清洗電機(jī)軸承，恢復(fù)正常負(fù)載，清除通道煙灰雜物，更換風(fēng)葉降低溫度。轉(zhuǎn)子斷條解決方法是更換斷條；②電氣類故障。如果是缺相和繞組短路，按照前面技術(shù)路徑解決。恢復(fù)額定電源電壓（如調(diào)整供電變壓器分接頭），若是電機(jī)Y、△接法錯(cuò)誤引起，則應(yīng)改正接法；局部短路可采用真空浸漆及二次浸漆工藝；按照規(guī)定次數(shù)啟動(dòng)，避免頻繁啟動(dòng)。

1.2.4 繞組對(duì)地短路故障

電機(jī)繞組對(duì)地短路故障將嚴(yán)重影響設(shè)備和人身安全。表現(xiàn)為電機(jī)空載無(wú)法啟動(dòng)，熔絲熔斷，開關(guān)跳閘，觸電傷人。主要原因如下。

（1）繞組短路至絕緣破壞。

（2）自然環(huán)境如潮濕、灰塵或者異物等造成電機(jī)絕緣性能下降，對(duì)地短路。

（3）轉(zhuǎn)子上的旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)件松動(dòng)或脫落，刮破電機(jī)繞組絕緣結(jié)構(gòu)。

解決辦法：首先測(cè)量電機(jī)繞組的絕緣電阻，如果阻值低于0.5 MΩ，說(shuō)明電機(jī)定子繞組受潮，絕緣降低，可采用通電法、氮?dú)獯党ǜ稍?。如果電機(jī)絕緣電阻下降幅度不大，則與電機(jī)使用環(huán)境潮濕有關(guān)，應(yīng)對(duì)電機(jī)繞組進(jìn)行加熱烘干處理或者二次浸漆，并重新測(cè)定絕緣電阻。

2 三相異步電機(jī)保養(yǎng)方法

復(fù)烤部門的電機(jī)長(zhǎng)期處于滿負(fù)荷狀態(tài)且環(huán)境灰塵大，定期進(jìn)行電機(jī)保養(yǎng)維護(hù)可以延長(zhǎng)電機(jī)壽命，降低事故發(fā)生概率。一般電機(jī)需要每隔1～2年進(jìn)行一次徹底檢修。大多數(shù)部門也可結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)情況，如果今年已經(jīng)檢修，電機(jī)一直處于正常狀態(tài)，則3年內(nèi)不需要檢修。但是若電機(jī)發(fā)生故障或者停機(jī)，將直接干擾工廠正常生產(chǎn)秩序，耽誤復(fù)烤煙葉生產(chǎn)任務(wù)，損失巨大。因此，要研究與探討三相異步電機(jī)保養(yǎng)與維護(hù)方法，最大程度避免電機(jī)發(fā)生故障。

2.1 三相異步電機(jī)拆卸與安裝

2.1.1 保養(yǎng)前的工具、材料準(zhǔn)備

材料和工具的準(zhǔn)備，體現(xiàn)一個(gè)工廠的管理規(guī)范和技術(shù)工人的基本素質(zhì)。在電機(jī)保養(yǎng)過(guò)程中，工具的放置、拆卸部件放置規(guī)范，現(xiàn)場(chǎng)6S標(biāo)準(zhǔn)清潔和操作人員的行為等都需要按時(shí)、按質(zhì)和按規(guī)范操作完成。三相異步電機(jī)的保養(yǎng)需要使用的工具有：開口扳手、梅花扳手、活動(dòng)扳、套筒扳手、內(nèi)六角扳手、大小十字一字起刀、銅棒、平口鏨子、卡簧鉗（內(nèi)外卡）、毛刷、拉馬、軸承加熱器，如圖1所示。保養(yǎng)所需材料有：手套、軸承潤(rùn)滑脂、塑料盆、軸承清洗劑、砂紙、棉紗、擦拭紙、油性記號(hào)筆，如圖2所示。

圖1 保養(yǎng)工具

圖2 保養(yǎng)所需材料

2.1.2 電機(jī)的拆卸步驟

電機(jī)拆卸規(guī)范操作：①分?jǐn)喔綦x開關(guān)，掛牌、拆線；②拆卸防護(hù)罩、帶輪，調(diào)整位置；③拆下風(fēng)扇罩，取出卡簧或定位銷，用拉馬拉出風(fēng)扇和抱閘機(jī)構(gòu)；④拆卸前后端蓋；⑤電機(jī)轉(zhuǎn)子脫出。

（1）拆卸前后端蓋的難點(diǎn)主要體現(xiàn)在電機(jī)后端端蓋拆卸和電機(jī)后端軸承拆卸。如圖3a所示，電機(jī)后端部分包括風(fēng)扇、抱閘機(jī)構(gòu)和電機(jī)后端端蓋，其中抱閘電源電纜連接到電機(jī)接線盒內(nèi)。因此先拆卸電機(jī)風(fēng)扇，再拆卸抱閘機(jī)構(gòu)。在這個(gè)過(guò)程中，電機(jī)抱閘線圈線電纜、電機(jī)后端端蓋，由于受力不平衡，要小心謹(jǐn)慎，團(tuán)隊(duì)合作，必要時(shí)用銅棒敲打端蓋。

（2）電機(jī)轉(zhuǎn)子脫出。如圖3b所示，用合適的拉馬扣住電機(jī)后端端蓋耳朵，由于后端端蓋受力均勻，可以較輕松地把電機(jī)轉(zhuǎn)子從電機(jī)線圈中脫出。

（3）電機(jī)后端軸承拆卸。如圖3c所示，電機(jī)后端軸承前面有個(gè)間隙很小的齒輪，需要在軸承與齒輪之間嵌入一個(gè)特殊的平面環(huán)形拉馬。然后再用拉馬拉撥，直至齒輪拆除，最后再用拉馬取出后端軸承。

2.1.3 電機(jī)的安裝

（1）檢查電機(jī)定子內(nèi)部是否有摩擦痕跡、是否有異物，清潔灰塵、油污。

圖3 前后端蓋的拆卸

（2）將電機(jī)轉(zhuǎn)子按原來(lái)的方向放入定子內(nèi)，注意方向不能裝反。放入轉(zhuǎn)子時(shí)需要小心，不要讓轉(zhuǎn)子擦傷定子線圈漆包線油漆。

（3）按原來(lái)的記號(hào)，安裝電機(jī)兩端蓋，上緊后還需轉(zhuǎn)動(dòng)一下電機(jī)軸，確認(rèn)轉(zhuǎn)動(dòng)是否靈活。

（4）安裝風(fēng)扇，有卡簧、銷釘?shù)囊欢ú灰┭b。安裝風(fēng)扇罩，手動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)確認(rèn)是否靈活，風(fēng)扇是否會(huì)接觸風(fēng)扇罩。

2.2 電機(jī)保養(yǎng)

2.2.1 軸承的故障分析和保養(yǎng)方法

（1）軸承故障分析。軸承性能分析方法有軸向間隙判斷，油封、油脂的判斷，軸承振動(dòng)，軸承顏色、軌道判斷。①軸承疲勞剝落和磨損。該故障能產(chǎn)生沖擊脈沖，頻率可從直流延展到100～500 kHz。磨損振動(dòng)信號(hào)呈現(xiàn)較強(qiáng)的隨機(jī)性，峰值與方均根值的比值一般在5.5～6；②膠合。開始時(shí)振動(dòng)加速度略微下降，溫度緩慢上升，此后振動(dòng)加劇而溫度略微下降，最后是溫度和振動(dòng)急劇上升，直至發(fā)生膠合。此時(shí)頻繁的金屬間直接接觸及滑動(dòng)，潤(rùn)滑劑將會(huì)發(fā)生炭化，產(chǎn)生膠合問(wèn)題；③軸承變色。軸承、滾珠、夾持器、內(nèi)外鋼圈等因受熱而變成紫藍(lán)色，此時(shí)軸承的硬度因退火而降低，其使用壽命和機(jī)械強(qiáng)度會(huì)縮短，肉眼容易分辨；④軸承珠痕。滾道產(chǎn)生永久變形，稱為珠痕。原因是軸承安裝方法不正確，傳動(dòng)膠帶拉得太緊[4]。

（2）軸承的保養(yǎng)方法。①軸承清洗、潤(rùn)滑。用棉紗、擦拭紙擦凈軸承內(nèi)能擦到的潤(rùn)滑脂；用軸承清洗劑洗凈軸承油，清洗干凈后，檢查軸承轉(zhuǎn)動(dòng)是否平滑；用空壓氣吹出殘留的清洗劑，注意吹掃時(shí)不要讓軸承高速運(yùn)轉(zhuǎn)，避免加速軸承磨損；②潤(rùn)滑脂的更換。對(duì)于雙面密封的軸承，潤(rùn)滑脂加注量占軸承內(nèi)部空間的40%～50%即可，對(duì)于無(wú)密封的軸承，加脂量占軸承內(nèi)部空間的60%左右。若潤(rùn)滑脂量不足，則不能保證正常潤(rùn)滑效果。若潤(rùn)滑脂量過(guò)多，一方面軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中會(huì)甩出潤(rùn)滑脂，造成軸承內(nèi)潤(rùn)滑脂不足；另一方面潤(rùn)滑脂在軸承內(nèi)的阻力增大，潤(rùn)滑脂的內(nèi)磨擦子增大，使得溫度升高，加速潤(rùn)滑脂的變質(zhì)和溢出，加速軸承磨損速度；③軸承安裝。較小軸承的安裝使用專用的軸承裝配工具，用力均勻且不傷及線圈、軸及軸承的工作面等；較大軸承的安裝使用軸承加熱器加熱至80～90 ℃，趁熱用手套包住軸承，有字的一面向外，一次將軸承安裝到位。

2.2.2 電機(jī)抱閘的拆裝保養(yǎng)及間隙調(diào)整方法

（1）如圖4a所示，電機(jī)抱閘由制動(dòng)線圈、制動(dòng)端蓋、壓力盤、摩擦片、手動(dòng)釋放機(jī)構(gòu)、制動(dòng)盤和制動(dòng)彈簧構(gòu)成。依次取出各部件，使用空壓及毛巾清潔抱閘內(nèi)部各配件表面粉末、灰塵等。

（2）如圖4b所示，制動(dòng)線圈和發(fā)熱線圈表面燒灼嚴(yán)重，制動(dòng)盤磨損裂紋明顯，需更換相關(guān)配件。

（3）使用塞尺沿抱閘3個(gè)定位螺栓孔測(cè)量抱閘圓周各點(diǎn)的間隙大小，將3點(diǎn)間隙統(tǒng)一調(diào)整到0.5 mm，保證間隙均勻且符合規(guī)定值。

（4）恢復(fù)電機(jī)抱閘的安裝。使用內(nèi)六角扳手手動(dòng)釋放抱閘，并轉(zhuǎn)動(dòng)抱閘檢查是否脫閘，抱閘的轉(zhuǎn)動(dòng)是否有摩擦，轉(zhuǎn)動(dòng)順滑是否靈活、卡阻等，最后安裝抱閘保護(hù)橡膠套。最后，上電測(cè)試抱閘工作及確認(rèn)有無(wú)異常刺耳等聲音現(xiàn)象。

圖4 電機(jī)抱閘部件組成

2.2.3 電機(jī)接線部分的保養(yǎng)

電機(jī)接線部分的保養(yǎng)，主要是檢查電機(jī)的進(jìn)線和引出線是否正常。若電機(jī)引出線的線鼻子壓接不良，就會(huì)發(fā)熱，熱量通過(guò)接線柱、壓緊螺母、墊片等傳到進(jìn)線上，導(dǎo)致進(jìn)線線鼻子發(fā)熱變色，甚至燒焦進(jìn)線。

3 結(jié)語(yǔ)

需要樹立安全意識(shí)，牢記安全規(guī)范。為保證電機(jī)安全運(yùn)行，日常維護(hù)、定期檢修需要做到以下5點(diǎn)。

（1）建立完善的電機(jī)設(shè)備檔案，或者設(shè)備檔案APP，方便職工調(diào)閱。

（2）加強(qiáng)安全意識(shí)教育，責(zé)任到人，巡檢設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。

（3）制定設(shè)備生命期的保養(yǎng)及檢修計(jì)劃，檢修檔案。

（4）日常密切注意電機(jī)溫度、振動(dòng)、聲音、通風(fēng)環(huán)境、軸承等運(yùn)行情況。

（5）完善的故障上報(bào)制度。