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1、浅论异步电动机的故障及各种保护 XXX（2007级，电气工程及自动化专业）摘要：电动机在工电力的应用非常广泛。尤其是三相电动机，由于其功率大，运行稳定，控制简单，使用方便，在工厂企业中得到大量应用。几乎所有的拖动装置，尤其是泵类和风机类的负载中，更离不开电动机，所以对电动机安全稳定运行的要求也越来越高。为了保证异步电动机的安全运行，必须掌握有关异步电动机的故障及保护的基本知识，本文将通过对异步电动机的常见故障及保护进行初步探讨，做到尽可能地及时发现电动机的事故隐患，或利用保护防患于未然。关键词：电动机 故障 保护1、电动机的故障电动机的故障大体分为两部分：一部分是机械的原因。例如轴承和风机的磨
2、损或损坏：另一部分是电磁故障，二者互有关连。如轴承损坏，引起电动机的过载，甚至堵转，而风叶损坏，使电动机绕组散热困难，温升提高，绝缘物老化。电磁故障的原因很多，如电动机的过载、断相、欠电压和短路都足以使电动机受损和毁坏。过载、断相、欠电压运行都会使绕组内的电流增大，发热量增加(导体的发热量是和电流的平方成正比的)，而短路造成的危害就更大。短路的原因是电动机本身的绝缘材料质量差或电动机受潮(在农村是经常发生的，例如受雨淋或落水)，以致于绕组的相间击穿，引起短路。此外，还有电动机置于有酸碱物的场所，因受腐蚀而损坏绝缘。1、械方面有扫膛、振动、轴承过热、损坏等故障。1、1异步电动机定、转子之间气隙很
3、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。1.1.2、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。1.1.3、如果轴承工作不正常，可凭经验用听觉及温度来判断。用听棒（铜棒）接触轴承盒，若听到冲击声，
4、就表示可能有一只或几只滚珠扎碎，如果听到有咝咝声，那就是表示轴承的润滑油不足，因为电动机要每运行3000-5000小时左右需换一次润滑脂。在添润滑脂时不易太多，如果太多会使轴承旋转部分和润滑脂之间产生很大的磨擦而发热，一般轴承盒内所放润滑脂约为全溶积二分之一到三分之二即可。在轴承安装时如果不正确，配合公差太紧或太松，也都会引起轴承发热。在卧式电动机中装配良好的轴承只受径向应力，如果配合过盈过大，装配后会使轴承间隙过小，有时接近于零，用手转动不灵活，这样运行中就会发热。1.2电气方面有电压不正常绕组接地绕组短路绕组断路缺相运行等。1.2.1电源电压偏高，激磁电流增大，电动机会过分发热，过分的高电
5、压会危机电动机的绝缘，使其有被击穿的危险。电源电压过低时，电磁转矩就会大大降低，如果负载转距没有减小，转子转数过低，这时转差率增大造成电动机过载而发热，长时间会影响电动机的寿命。当三相电压不对称时，即一相电压偏高或偏低时，会导致某相电流过大，电动机发热，同时转距减小会发出“翁嗡”声，时间长会损坏绕组。总之无论电压过高过低或三相电压不对称都会使电流增加，电动机发热而损坏电动机。所以按照国家标准电动机电源电压在额定值5%内变化，电动机输出功率保持额定值。电动机电源电压不允许超过额定值的10%，；三相电源电压之间的差值不应大于额定值的5%。1.2.2电动机绕组绝缘受到损坏，及绕组的导体和铁心、机壳之
6、间相碰即为绕组接地。这时会造成该相绕组电流过大，局部受热，严重时会烧毁绕组。出现绕组接地多数是电动机受潮引起，有的是在环境恶劣时金属物或有害粉末进入电动机绕组内部造成。电动机出现绕组接地后，除了绝缘已老化、枯焦、发脆外都可以局部处理，绕组接地一般发生在绕组伸出槽外的交接处（绕组端部），这时可在故障处用天然云母片或绝缘纸插入铁心和绕组之间，在用绝缘带包扎好涂上绝缘漆烘干即可，如果接地点在铁心槽内时，如果上成边绝缘损坏，可以打出槽楔修补槽衬或抬出上成线匝进行处理，若故障在槽底或者多处绝缘受损，最好办法就是更换绕组。1.2.3绕组中相邻两条导线之间的绝缘损坏后，使两导体相碰，就称为绕组短路。发生在同
7、一绕组中的绕组短路称为匝间短路。发生在两相绕组之间的绕组短路称为相间短路。不论是那一种，都会引起某一相或两相电流增加，引起局部发热，使绝缘老化损坏电动机。出现绕组短路时，短路点在槽外修理并不难。当发生在槽内，如果线圈损坏不严重，可将该槽线圈边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，用万用表检查，证明已修好后，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，或者包上新绝缘后的线圈边无法嵌入时，只好更换新的绕组。1.2.4绕组断路是指电动机的定子或转子绕组碰断或烧断造成的故障。定子绕组断部，各绕组元件的接头处及引出线附近。
8、这些部位都露在电动机座壳外面导线容易碰断，接头处也会因焊接不实长期使用后松脱，发现后重新接好，包好并涂上绝缘漆后就可使用。如果因故障造成的绕组被烧断则需要更换绕组。如转子绕组发生断路时，可根据电动机转动情况判断。一般表现为转速变慢，转动无力，定子三相电流增大和有“嗡嗡”的现象，有时不能起动。出现转子绕组断路时，要抽出转子先查出断路的部位，一般是滑环和转子线圈的交接处开焊断裂所引起，重新焊接后就可使用。如果是线圈内部一般使用断条侦察器等专用设备来确定断路部位。1.2.5三相异部电动机在运行过程中，断一根火线或断一相绕组就会形成缺相运行（俗称单相），如果轴上负载没有改变，则电动机处于严重过载状态，
9、定子电流将达到额定值的二倍甚至更高，时间稍长电动机就会烧毁。在各行业中，因缺相运行而烧毁的电动机所占比重最大。一般电动机缺相是由于某相熔断器的熔体接触不良，或熔丝拧的过紧而几乎压断，或熔体电流选择过小，这样通过的电流稍大就会熔断，尤其是在电动机起动电流的冲击下，更容易发生熔体非故障性熔断。有时电动机负荷线路断线，一般是安装不当引起的断线，特别是单芯导线放线时产生的小圈扭结，接头受损等都可能使导线在运行过程中发生断线。由于电动机长期使用使绕组的内部接头或引线松脱或局部过热把绕组烧断电动机出现缺相运行时。总之，不管是什么样的缺相，只要能及时发现，对电动机不会造成大的危害。为了预防电动机出现缺相运行
10、，除了正确选用和安装低压电器外，还应严格执行有关规范，敷设馈电线路，同时加强定期检查和维护。2.6电动机的接地装置。电动机接地是一个重要环节，可是有的单位往往忽视了这一点，因为电动机不明显接地也可以运转，但这给生产及人身安全埋下了不安全隐患。因为绝缘一旦损坏后外壳会产生危险的对地电压，这样直接威胁人身安全及设备的稳定性。所以电动机一定要有安全接地。所谓的电动机接地就是将电气设备在正常情况下不带电的某一金属部分通过接地装置与大地做电气连接，而电动机的接地就是金属外壳接地。这样即使设备发生接地和碰壳短路时电流也会通过接地向大地做半球形扩散，电流在向大地中流散时形成了电压降，这样保证了设备及人身安全
11、。二、电动机的保护2.1电动机的过载保护电动机过载的原因有：周围环境温度过高，散热条件差；电动机在大的起动电流下缓慢起动；电动机长期低速运行；电动机频繁启动、制动、正反转运行及经常反接制动等电动机的过载由于电流增大，发热剧增从而使其绝缘物质受到损坏. 从电动机的结构来看，鼠笼型电机的定子铁心置放绕组的槽内必须有良好的绝缘物，绕组(铜线)表面有绝缘漆层，绕线式电动机转子绕组与定子绕组一样，绕组与铁心槽衬以绝缘物，三个端线所接的铜滑环，环间，环与转轴之间也是彼此绝缘的。为了保证电动机的相间、带电体与外壳的绝缘，通常是使用各种耐热等级的绝缘材料的。各种绝缘都有一定的耐受工作温度的指标。IEC85规定
12、A级(105)、E级(120)、B级(130)、F级(155)。八十年代，IEC216提出了一个新的耐热标准，称为温度指数TI(Temperature Index)以此代替IEC85。TI是按阿尼罗乌丝(Arrhenins)公式t=10 ab/T 计算的。式中： t寿命小时(h) T绝缘材料使用的温度() a、b与材料有关的常数例如：某电动机使用的绝缘材料a=2，b=1034，使用温度T=164得 t=102(1034/642)=10 4.30=2000h它表示此绝缘物使用于164时，其使用寿命为20000小时。如果把使用温度提高8，则T=1648=172t=10 2(1034/172)=10
13、 4=10000h它说明很早以来，电工技术工作者提出的绝缘材料的使用温度每增加8，其使用寿命就减半是有理论和实践依据的。根据生产和科学实践，对电动机的保护特性已由IEC9474低压开关设备和控制设备。低压机电式接角器和电动机起动器作出了新的规定(我国的GB14048.4等效于IEC标准)，对无温度补尝的保护电器：1.0In2h不动作1.2In2h动作7.2In：2sTp10s、4sTp10s、6sTp20s、9sTp30s(也分4组，与上面的1.5In的4组相对应)。在八十年代，我国曾有科技人员对绕组采用B级绝缘(允许工作温度为130)的电动机，进行了实测(即不动作和动作的时间极限，此极限表明
14、不会引起绝缘水平下降的电流与时间的最大值)：以上实测值是在几台电动机上测试的，不够全面，但它表明，这个标准还是比较实际的(6In是老标准)旧标准把6In作为可返回特性的电流，它相当于电动机的起动电流，经可返回时间(在通以6In时的延时时间，后将电流返回1倍In或0.9In，此段时间内保护电器不允许动作，这种可返回特性的规定是为了躲过电动机的起动，它的可返回时间应大于电动机的起动时间，旧标准的可返回时间分1s、3s、8s、13s几种)。鉴于把起动电流定在6倍和可返回时间固定在上述的4种已不能完全反映现实情况(例如Y型鼠笼型电动机的起动电流倍数就有5、 5.5、 6、 6.5、 6.8、 7的六种
15、)，因此我国的GB14048.4(等效采用IEC9474)统一规定为7.2倍，并对不同的起动时间规定了延时时间Tp。美国NEMA(美国全国电气制造商协会)1993年的MG1标准对电动机的过载和失速(相当于电动机的堵转和刚起动)保护作了新的规定：“输出功率不超过500HP(马力，相当于368kW)，额定电压不超过1kV的多相电动机，在正常工作温度初次起动，耐受1.5倍全额电流的时间应不等于2min”，又规定：“功率输出不超过500HP，额定电压不超过1kV的多相电动机，在正常温度初次起动时，应能耐锁定转子电流的失速时间不少于12s”，从以上标准和对我国绝大多数的电动机的起动时间的统计来看，选1.
16、5In为2min，7.2In为2sTp10s是适合的。当然，如果失速或起动时间超过10s也可取其他的Tp值。 怎样进行电动机的过载保护?现在对电动机的过载保护采用最多的是热继电器，也有相当数量采用有复式脱扣器(热动和电磁脱扣器，后者用于短路保护)的断路器。对于重载起动的电动机(起动时间为一般电动机的数倍)，如果使用一般的热继电器，常常会在起动过程中发生误动作(跳闸)，使电动机无法起动。因此需要选用带速饱和电流互感器或限流电阻的热继电器， 这种型式是通过速饱和电流互感器或限流电阻使起动电流成比例地缩小，就可以大大延长电动机的起动时间，保证正常起动，还有采取起动时将热继电器短接，起动完毕再将热继电器投入运行完全短路法。此外，对带速饱和互感器的
