2023年三相异步电动机电气故障诊断.doc

三相异步电动机电气故障诊断 摘   要 随着电能应用的方便，电机设备已被广泛应用于工业生产的各个领域。电机在整个机械系统中起着举足轻重的作用，一旦电机发生故障就会影响整个系统的正常运行，甚至危及人身安全。所以对电机进行故障诊断非常重要。系统分析三相异步电动机的定。转子铁芯故障，转子轴承过热，损坏故障，电动机运行电压不正常，绕组接地，绕组短路，缺相，接地装置等故障的产生原因，并提出相应的具体解决方法。异步电动机的报复是个复杂的问题，在实际使用中，应按照电动机的容量、型式、控制方式和配电设备等不同来选择相适应的保护装置及启动设备，本文对于异步电动机保护盒故障诊断的方法的研究成果进行了归纳总结，分析说明，这些对异步电机的保护和诊断是有效的。 第1章  三相异步电动机的工作原理与结构 1.1  三相异步电动机的根本工作原理 三相异步电动机的定子装有三相对称绕组，当接至三相交流电源时，流入定子绕组的三相对称电流在电机的气隙内产生一个以同步转速n1旋转的磁场。转子导体嵌放在转子铁心槽内，两端被导电环短接。当旋转磁场以逆时针方向旋转时，转子导条切割磁力线产生感应电动势，其方向可用右手定那么来判别。转子上半部导体中的电动势方向都是进入纸面，用⊕表示，下半部导体中的电动势方向都是穿出纸面，用⊙表示。在转子回路闭合的情况下，转子导体中就有电流流通。如不考虑转子绕组电感，那么电流的方向与电动势的方向相同。 转子载流导体在旋转磁场中将受到电磁力fem的作呕那个，导体所受电磁力的方向可用左手定那么来判定。 在正常情况下，异步电动机的转子转速不能到达旋转磁场的转速，即不能到达同步转速n1，而总是略低于n1。例如两极异步电动机的同步转速n1=3000r／min，在额定负载时，它的转速约为2880r／min。因为如果n=n1，那么旋转磁场和转子到底之间将不存在相对运动，因而转子到底电动势、电流和电磁转矩都将变为零、因此转子转速n总是略小于同步转速n1，即运行于异步转速，异步电动机的名称也就由此而来  。 旋转磁场的同步转速n1与转子转速n之差称为转差，转差与同步转速n1之比称为转差率s，即                    S=﹙n1－n﹚／n1×100% 转差率s是异步电动机的一个非常重要的变量。当负载变化时，转子的转差率s也随之变化，通常异步电动机额定负载时的转差率2%~6%左右。 1.2  三相异步电动机的根本结构    主要分为定子和转子两大局部，定、转子中间是空气隙。 1. 定子 三相异步电动机的定子主要由定子铁心、定子绕组和机座三局部组成。 〔1〕定子铁心   定子铁心是电动机磁路的一局部，是用0.5mm厚的硅钢片冲叠而成并固定在机座内，冲片两面涂有绝缘漆，用来降低旋转磁场在铁心中引起的涡流损耗，常用的硅钢片有D22、D23等型号。沿定子铁心内圆均匀地冲有许多形状的槽，用以嵌放定子绕组。 ﹙2﹚定子绕组   三相异步电动机的定子绕组是由三个在空间互隔120º电角度、对称排列的结构完全相同的绕组连接而成，这些绕组的各个线圈按一定规律分别嵌放在定子各槽内。按定子绕组在槽中的位置，可分为单层和双层绕组，10kw以下的小容量异步电动机常用单层同心式、链式或交叉式绕组。双层绕组的优点是可以灵活选择节距以改善电动势和磁通势波形，因此容量较大的异步电动机都采用双层短距叠绕组或波绕组。 ﹙3﹚机座   机座主要是用来固定定子铁心与前后端盖以支撑转子。中、小型异步电动机一般采用铸铁机座，大型异步电动机一般采用钢板焊接机座。小型及微型电动机采用铸铝机座。为了加强散热，小型封闭式电动机的机座外外表铸有许多均匀分布的散热筋，以增大散热面积。 2. 转子 异步电动机的转子由转子铁心、转子绕组和转轴组成。 ﹙1﹚转子铁心   转子铁心也是电动机磁路的一局部。所用材料与定子一样，是由0.5mm厚的硅钢片叠成，整个铁心固定在转轴或转子支架上，转子铁心外圆冲有均匀的槽，用以安放转子绕组。 ﹙2﹚转子绕组   转子绕组分为笼型和绕线型两种结构。 1﹚笼型转子绕组。异步电动机的转子不必有外界电源供电，故转子绕组可自行闭合，且绕组的相数业不必限定为三相。由于笼型绕组的各相均由单根导线条组成，正常工作时，转差率s=5%左右，导条中感应电动势不大，到条和铁心叠片间的接触电阻较大，所以转子导条与铁心叠片之间不用绝缘材料分开，这样大大简化了转子制造工艺。为了节约用铜和提高生产率，小型笼型电动机一般采用铸铝转子绕组，而对于100kW以上的电动机常采用铜条和铜端环焊接而成。 2〕绕线转子绕组。绕线转子绕组与定子绕子相似，也是一个对称的三相绕组。一般采用双层绕组。转子对称三相绕组一般接成星型，三个出线头接到转轴的三个集流环上，再通过电刷与外电路连接，这种转子的特点是可以通过集流环河电刷在转子绕组回路中窜入附加电阻等元件，用以改善异步电动机的起动、制动性能及调节电动机的转速。与笼型转子相比拟，其结构复杂，价格较贵，运行可靠性亦较差。 3.气隙 与直流电动机相比，余部电动机定、转子之间的气隙要小得多，中小型电动机一般为0.2~2mm。由于气隙是电机磁路的一局部，气隙愈大，磁阻愈大，要产生同样大小的旋转磁场，就需要较大的励磁电流，从而使异步电动机的功率因数下降。为了提高功率因数，气隙应尽可能地小。但是气隙的最小值常由制造工艺和运行安全可靠性等因素决定。如果从减小附加损耗和减小高次谐波磁通来看，那么气隙大点比拟好。 1.3三相异步电动机的铭牌数据及主要系列 每台异步电动机的机座上都有一个铭牌，上面标明的是电动机的型号、额定值和有关技术数据。 〔1〕型号  Y90L-4中的第一个字母Y表示Y系列异步电动机，90代表机座中心高；L表示铁心长度代号〔短、中、长铁心分别用S、M、L表示〕，4表示极数。 〔2〕容量即额定功率Pn  指电动机在额定运行状态下运行时电动机轴上输出的机械功率，单位为kW。对三相异步电动机             额定功率=根号3x额定电压x线电流x效率x功率因数 〔3〕额定电压   指电动机在额定运行状态下运行时定子绕组所加的线电压，单位为V或KV。 〔4〕额定电流   指电动机加额定电压、输出额定功率时，流入定子绕组中的线电流，单位为A。 〔5〕额定转速   指电动机在额定运行状态下运行时转子的转速，单位为r∕min。 〔6〕额定频率   我国规定工频为50Hz 〔7〕额定功率因数   指电动机在额定运行状态下运行时定子边的功率因数。 此外，铭牌还标明定子绕组接法以及绝缘等级、温升和工作方式等，对绕线转子异步电动机还常标明转子绕组接法、转子电压〔指定子加额定电压、转子开路时，集流环之间的线电压〕和额定运行时的转子电流等技术数据。 2.异步电动机的主要系列 我国生产的异步电动机种类很多，主要系列产品有： Y系列为小型笼型全封闭的自冷式三相异步电动机，取代老产品JO2系列。用于金属切削机床、通用机械、矿山机械和农业机械等，也可用于拖动静止负载或惯性负载较大的机械，如压缩机、传送带、锤击机、粉碎机、小型起重机和运输机械等。额定电压为380V，功率范围为0.55~90Kw，同步转速为750~3000r/min，外壳防护型式为IP44，B级绝缘。 J2、JO2和JO2-L系列为小型笼型三相异步电动机。其中，J2是防护式结构，JO2、JO2-L(铝)是封闭式结构，额定电压为380V，同步转速为600~300r/min采用E级绝缘。 JQ2和JQO2系列是高起动转矩异步电动机，用于起动静止负载或惯性负载较大的机械上。JQ2是防护式，JQO2封闭式。 JD2和JDO2系列是从J2、JO2系列派生出来的，为防护式和封闭式多速笼型异步电动机，主要用于各种机床和起重设备中需多种速度的传动装置 JN系列是中型防护式笼型异步电动机。 JR系列是中型防护式三相绕组转子异步电动机，容量为45~410Kw,可用于频繁起动的起重机上。 JZ2和JZR2系列是起重和冶金用的笼型和绕线转子异步电动机。 JZTEM系列是电磁调速异步电动机。 YR系列是大型三相绕线转子异步电动机，容量为250~2500Kw，主要用于冶制工业和矿山机械中。 其他类型异步电动机可参阅产品目录。 第2章  三相异步电动机的机械故障及分析 2.1  三相异步电动机机械故障 机械方面常见的故障有定、转子铁芯故障，轴承过热、损坏等故障。 〔一〕定、转子铁芯故障。定、转子都是由相互绝缘的硅钢片叠成，是电动机的磁路局部。异步电动机定、转子之间气隙很小，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。如果轴承过度磨损或装配不良，那么会造成定、转子相擦，使铁芯外表损伤，进而造成硅钢片间短路，电动机铁损增加，使电动机温升过高。这时应用细锉等工具去除毛刺，消除硅钢片短接，清理干净后涂上绝缘漆，并加热烘干。假设撤除旧绕组时用力过大，使盗槽歪斜和向外张开。此时应用尖嘴钳、木榔头等工具予以修整，使齿糟复位，并在不好复位的有缝隙的硅钢片间参加青壳纸、胶木板等硬质绝缘材料。       另外，因受潮等原因造成铁芯外表锈蚀。此时需用砂纸打磨干净，清理后涂上绝缘漆。围绕组接地产生高热烧毁铁芯糟或齿部。可用凿子或刮刀等工具将熔积物剔除干净，涂上绝缘漆烘干。 〔二〕轴承过热、损坏等故障。电动机转子转轴通过轴承支撑转动，是负荷最重的局部，又是容易磨损的部件。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，假设听到冲击声，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缺乏，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局部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。另外轴承外外表上的锈斑可用砂纸擦除，然后放入汽油中清洗；假设轴承有裂纹、内外圈碎裂或轴承过度磨损时，应更换新轴承。更换新轴承时，要选用与原来型号相同的轴承。 2.2    三相异步电动机电气故障     电气方面常见的故障有电压不正常、绕组接地、绕组短路、绕组断路、缺相运行等。   〔一〕电压不正常。电源电压偏高，激磁电流增大，电动时机过分发热，过分的高电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。   〔二〕绕组接地。电动机绕组绝缘受到损坏，及绕组的导体和铁心、机壳之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，假设故障在槽底或者多处绝缘受损，最好方法就是更换绕组。 〔三〕绕组短路。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。发生在同一绕组中