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1、低压电机常见故障现场诊断与维修摘要：电机作为一种工作、生活必须的工具，随着我国经济的飞速发展，占据 着越来越重要的角色，低压电机已经成为了电机系统中非常重要的一部分，低压 电机的再起控制器受到了广泛的关注。因此，笔者根据自己多年来的工作经验， 结合我国实际情况对低压电机再起控制器的现状进行分析，指出其设计方案和实 现方法，并对一些主要的关键点进行了详细的解释说明。对电机日常使用过程中 发生的故障及发生原因进行了分析总结，并给出了诊断及解决电机故障的相关措 施。关键词：电机；电机故障；故障诊断1. 工作原理低压再起控制器的工作原理就是通过24 小时，不间断的对电网电压的监测， 保证在电网发生端点
2、的瞬间，低压接触器自动断开其自保持开关，继而可以在电 网电压的再设定时间内（010分钟），自动接通控制器的辅助触点，再次接通 由于断电造成断开的接触器。其主要极限图如下图。其中Tm为断电响应时间上 限，T为断电时间周期，只有断电响应时间上限Tm大于实际断电时间T，则再起 动控制器方可顺利工作。2 电机机械故障的分析与处理2.1 转子与定子碰擦 异步电动机定子、转子之间气隙很小，由于轴承损坏、轴弯曲以及轴承严重超载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 不同轴心等原因致使定子、转子碰擦（俗称扫膛）。出现这种故障时，电机运转 电流增大，并发出“察察”声，容易引起铁芯温度
3、急剧上升，烧毁槽绝缘、匝间绝 缘，从面造成绕组匝间短路或对地“放炮”。严重时会使定子铁芯倒槽、错位、转 轴磨损、端盖报废等。如发现此种情况时应及时更换轴承、对端盖进行更换或刷 镀处理。2.2 电机振动 振动应先区分是电机本身引起的，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处理。属于电机本身引起的振动，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，从而缩短电机寿命。3.硬件设计低压电机的组成有5部分，他们分别是输出控制电路、电压采样转换电路
4、、 人机交互电路、电源净化电路、电源电路。其主要核心为单片机。3.1 单片机的选型通过综合分析再起控制器的各方面性能，选择由国外Microchip公司制造的 PIC16F877型单片机，其主要的性能如下：主要工作电压范围是2V5.5V DC，相 比市场上的同类产品，它具有着良好的低功耗性能，例如：当工作电压为3伏， 工作时钟为32KHZ时，其工作电流仅仅为20LA；并且由于该单片机继承了 8通道 的256个字节的EEPROM以及10位APD；与此同时，相比其他产品它还具备了 非常良好的抗电磁干扰的能力。3.2 电源电路设计 再起动控制器的工作电源由交流接触器的交流低压变换而得。其电路设计有 着
5、较高的技术要求：一方面要满足不使用电池的条件下，能够在系统掉电10 分 钟的情况下仍能够正常工作，另一方面要求供电电源的品质要满足单片机的正常 工作要求，需要较好的电源滤波功能。下图为低压电机再起动控制器的电源电路， 电容 C1 的作用是在系统掉电时，维持系统继续工作的电源，其容值的选择由 C= IAXAT/AU来确定，I是系统的工作电流，单位是安，AT是系统的工作时间，单位 为秒，AU是AT工作时间内电容C1的电压降落，在本系统中AU= 5.5V-2.7V=2.8V。当电源电压偏高时，根据电磁转矩公式 式中：为电机转矩常数；为转差率；为转子绕组电阻；为电源电压；为定子 绕组频率；为转子在电机
6、刚起动时的感抗值。以及电磁转矩物理表达式 式中：为主磁通；为转子电流；为转子功率因数。由以上两公式可知，电源电压U1偏高时，电磁转矩T增大，转子电流I2增 大，电机会过分发热；而且过高的电压还会危及电机的绝缘材料，使其有被击穿 的危险。当电压过低时，根据电磁转矩公式可知电机产生的电磁转矩就会大大降 低，转子转速就会降低，导致转子与定子磁场的相对速度变快，转子内感应电动 势增大，使转子电流增大，就会造成电机过分发热，时间长则会影响电机寿命。 当三相电压不对称时，即某一相电压偏低或偏高，都会导致该相电流过大，使发 热情况恶化，同时电机的转矩也会减小，还会发出“嗡嗡”声，时间长了也会损坏 绕组。总之
7、，不论电压偏高、过低或三相电压不对称，都会造成电流过大、电机过 热而损坏电机，所以当电机满负荷运行时，三相电源各相间电压之间的差值不应 大于额定值的5%，电流的不平衡度不得超过额定电流的 10%，且交流电的频率 为（500.5）Hz,从而保证其出力不变。4 电机绕组问题4.1 绕组接地 绕组接地多因电机受潮且尚未烘干就投入使用而导致的；电机在有腐蚀性气 体的环境中工作，或金属异物和有害粉末等进入电机绕组内部也会造成绕组接地。 绕组接地会造成该绕组的电流过大，引起局部过热，严重时能烧坏绕组或造成相 间短路，使电机无法工作；还会使机壳带电，易造成触电事故。为防止此类事故 发生，要求电机外壳必须可靠
8、接地，或者加装电机漏电保护装置。电机出现绕组 接地故障后，应仔细观察绕组损坏情况，除绝缘已经老化、枯焦发脆外，一般都 可以进行局部修理。经验表明，绕组接地经常发生在绕组伸出槽外的交接处（即 绕组端部），这时可在故障处用绝缘纸插入铁芯与绕组之间，再用绝缘带包扎好 并涂上绝缘漆进行烘干即可。如果接地点在铁芯槽内时，若绕组的上层绕匝绝缘 损坏，可以打出槽楔、修补槽衬并抬出上层绕匝进行处理；若故障点在槽底，或 者多处绝缘损坏，因局部修理工作量较大，且在修理中易将绕组的绝缘损坏，最 好的办法是更换绕组。4.2 绕组短路 匝间短路易在线圈的端部造成几匝或几组烧焦，电机线被烧成裸铜线，而短 路以外的其他线圈
9、都较完好或稍微烤焦。相间短路常爆断，熔断处有很多导线， 附近有很多熔化的铜屑，而其他线圈组或另一端均无烧焦的痕迹。不论哪一种短 路，都会引起某一相或两相的电流增大，引起局部发热，致使绝缘老化或烧焦， 损坏电机。出现绕组短路时，若短路点在槽外，修理并不困难，将绕组加热软化 后小心撬开故障处的线包，用绝缘纸衬垫好，绑好端部并涂上绝缘漆进行烘干即 可。当发生在槽内时，若线圈烧损不严重，可将该槽线圈稍加热软化后翻出受损 部分，换上新的绝缘纸，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、兆欧表检查，证明已修补好后，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
10、多，或者包上新的绝缘带后线圈无 法嵌入槽内时，就需更换绕组。4.3 转子绕组断路 该类故障可根据电机转动情况加以判断，通常表现为转速变慢、转动无力、 定子三相电流增大和有“嗡嗡”声等现象，有时还不能起动。这时可以在定子绕组 中通入三相低压电源，然后转动电机轴，观察定子三相电流是否稳定。如果三相 电流有较大的波动，则说明转子绕组有断路的地方。发生转子绕组断路时，要先 抽出转子查出断路的部位，一般使用断条侦察器等专用设备来确定断路部位。对 于鼠笼式转子，当转子绕组断条已不能使用时，要将铸铝熔化后再重新灌铸，或 换成紫铜条；对于绕线式转子的修理则与修理定子绕组一样，只是修好后必须在 绕组两端用钢丝打
11、箍。4.4 电机一相或两相绕组烧毁（或过热）如果出现电机一相或两相绕组烧坏（或过热），一般都是因为缺相运行所致。 当电机不论何种原因缺相后，电机虽然尚能继续运行，但转速下降，转差率变大， 其中B、C两相变为串联关系后与A相并联，在负荷不变的情况下，A相电流过 大，长时间运行，该相绕组必然过热而烧毁。当三相异步电机绕组为Y ”接法的情况时，电源缺相后，电机尚可继续运行， 但同样转速明显下降，转差率变大，磁场切割导体的速率加大，这时 B 相绕组被 开路， A、 C 两相绕组变为串联关系且通过电流过大，长时间运行，将导致两相绕 组同时烧坏。需要特别指出，如果停止的电机缺一相电源合闸时，一般只会发生“
12、嗡嗡”声 而不能启动，这是因为电机通入对称的三相交流电会在定子铁心中产生圆形旋转 磁场，但当缺一相电源后，定子铁心中产生的是单相脉动磁场，它不能使电机产 生启动转矩。因此，电源缺相时电机不能启动。但在运行中，电机气隙中产生的 是三相谐波成分较高的椭圆形旋转磁场，所以，正在运行中的电机缺相后仍能运 转，只是磁场发生畸变，有害电流成分急剧增大，最终导致绕组烧坏。电机出现缺相运行时，只要能及时发现，对电机不会造成大的危害。为了预 防电机出现缺相运行，除了正确选用和安装电器设备外，还应严格执行有关规范， 敷设馈电线路；同时应加强定期检查和维护，如经常观察电机三相电流是否对称， 熔断器的熔体情况等等。做
13、好电机的定期检查和维护工作，也是保证电机安全运 行，减少电机故障发生，延长使用寿命的有效措施之一。5 电机启动方面的故障分析 当通电后电机不能转动，但无异响，也无异味和冒烟，可能是电源未通或者 是熔断器熔丝熔断，应立即检查电源开关回路、熔丝、接线盒处是否有断点。如 果熔丝熔断，应立即查明原因并更换熔丝；也有可能是电机已经损坏，那就需马 上检查电机并修复。当电机起动困难，带额定负载时，电机转速低于额定转速较多的时候，可能 是电源电压过低，应马上测量电源电压并改善电压情况；也可能是笼形转子开焊 或断裂，应直接检查开焊和断点并修复。电机过载会导致电机起动困难，应该马 上减载，减少电机压力。绕组首尾端
14、接错时或绕组有匝间短路、线圈反接等故障，会导致电机空载电流不平衡，三相相差大，也可能是电源电压不平衡引起的。可通过检查绕组并修 正，消除绕组的故障，测量电源电压，设法消除不平衡。6 、电机启动方面的故障分析 首先，在电机启动的过程中，如果接通了电源，按下启动按钮，电机不能正 常运作，同时又没有其他的异常状况，需要对电源进行检修，检测是否电源或者 保险丝等发生了断裂，确实是线路问题的，需要关闭启动按钮进行全面的电路检 查。其次，当电机启动之后，运作的速度明显降低时，应该重点检查电机的电压 通常情况下，只有电压不稳，或者实际电压低于额定电压时才会出现这种状况， 同样需要停机进行整体的电路维修。电机
15、运行之后，突发的过热现象甚至是冒烟情况应该与电源电压有关。当电 压过低时，电流量就会加大，那么整个电机的内部构件在超强电流的影响下，就 会出现瞬间过热现象，同时当电压过高时，也会出现类似的状况。所以在电机启 动之前需要对电源电压进行检测，确保数值稳定并与额定电压相互符合时，再启 动电机的电闸。需要特殊强调的是，每一个电机为了防止过热都安装了内部的风 扇，检查人员在检修时，需要检查电扇的运行情况，同时也应该保证电机工厂的 通风条件良好。电机启动后过热，甚至冒烟时，可能是电源电压过高，使铁芯发热大大增加， 也可能是电源电压过低，电机又带额定负载运行，电流过大使绕组发热，还有定 子、转子铁心碰擦，电
16、机过载或频繁起动导致的发热，环境温度高，电机表面污 垢多，或通风道堵塞，笼形转子断条，定子绕组故障，电机风扇故障，通风不良 等等原因都会引起电机的过热或冒烟，从而影响电机的寿命，应马上降低电源电 压；若是电机Y、接法错误引起，则应改正接法，提高电源电压或换相供电导 线，来消除电机的过热现象，还需要消除擦点，减载，按规定次数控制起动。检 查并消除转子及定子绕组故障，也是预防和消除电机过热和冒烟的办法。平时要 经常清洗电机通风道，改善环境温度，采用降温措施，检查并修复风扇，不在过 热的环境下使用电机，可大大的预防电机的过热现象。结语 综上所述，为了能采用正确的方法进行电机的故障修理，就必须熟悉电机常 见故障的特点及原因，才能少走弯路，节省时间，尽快地将故障排除，使电机处 于正常的运转状态。参考文献：1 索霞，陈广林.高压电机故障原因分析和防范措施J.内蒙古科技与经济， 2011， 1：113-116.2 王强，宋红
