三相异步电动机绕组故障分析和处理技术分类.docx

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三相异步电动机绕组故障分析和处理技术分类

三相异步电动机绕组故障分析和处理技术分类：

 电子/测试 

   来源：

中国机电维修网  发表时间：

2006-12-15

       一、绕组接地       

       指绕组与铁心或与机壳绝缘破坏而造成的接地。

       1. 故障现象      

       机壳带电、控制线路失控、绕组短路发热，致使电动机无法正常运行。

       2. 产生原因     

       绕组受潮使绝缘电阻下降；电动机长期过载运行；有害气体腐蚀；金属异物侵入绕组内部损坏绝缘；重绕定子绕组时绝缘损坏碰铁心；绕组端部碰端盖机座；定、转子 

磨擦引起绝缘灼伤；引出线绝缘损坏与壳体相碰；过电压（如雷击）使绝缘击穿。

       3. 检查方法     

（1）观察法。

通过目测绕组端部及线槽内绝缘物观察有无损伤和焦黑的痕迹，如有就是接地点。

（2）万用表检查法。

用万用表低阻档检查，读数很小，则为接地。

    （3）兆欧表法。

根据不同的等级选用不同的兆欧表测量每组电阻的绝缘电阻，若读数为零，则表示该项绕组接地，但对电机绝缘受潮或因事故而击穿，需依据经验判定，一般说来指针在“0”处摇摆不定时，可认为其具有一定的电阻值。

    （4）试灯法。

如果试灯亮，说明绕组接地，若发现某处伴有火花或冒烟，则该处为绕组接地故障点。

若灯微亮则绝缘有接地击穿。

若灯不亮，但测试棒接地时也出现火花，说明绕组尚未击穿，只是严重受潮。

也可用硬木在外壳的止口边缘轻敲，敲到某一处等一灭一亮时，说明电流时通时断，则该处就是接地点。

    （5）电流穿烧法。

用一台调压变压器，接上电源后，接地点很快发热，绝缘物冒烟处即为接地点。

应特别注意小型电机不得超过额定电流的两倍，时间不超过半分钟；大电机为额定电流的20%-50%或逐步增大电流，到接地点刚冒烟时立即断电。

     （6）分组淘汰法。

对于接地点在铁芯心里面且烧灼比较厉害，烧损的铜线与铁芯熔在一起。

采用的方法是把接地的一相绕组分成两半，依此类推，最后找出接地点。

       此外，还有高压试验法、磁针探索法、工频振动法等，此处不一一介绍。

       4. 处理方法

（1）绕组受潮引起接地的应先进行烘干，当冷却到60——70℃左右时，浇上绝缘漆后再烘干。

（2）绕组端部绝缘损坏时，在接地处重新进行绝缘处理，涂漆，再烘干。

    （3）绕组接地点在槽内时，应重绕绕组或更换部分绕组元件。

       最后应用不同的兆欧表进行测量，满足技术要求即可。

       二、绕组短路     

（1） 

       由于电动机电流过大、电源电压变动过大、单相运行、机械碰伤、制造不良等造成绝缘损坏所至，分绕组匝间短路、绕组间短路、绕组极间短路和绕组相间短路。

       1. 故障现象   

离子的磁场分布不均，三相电流不平衡而使电动机运行时振动和噪声加剧，严重时电动机不能启动，而在短路线圈中产生很大的短路电流，导致线圈迅速发热而烧毁。

       2. 产生原因      

       电动机长期过载，使绝缘老化失去绝缘作用；嵌线时造成绝缘损坏；绕组受潮使绝缘电阻下降造成绝缘击穿；端部和层间绝缘材料没垫好或整形时损坏；端部连接线绝缘损坏；过电压或遭雷击使绝缘击穿；转子与定子绕组端部相互摩擦造成绝缘损坏；金属异物落入电动机内部和油污过多。

       3. 检查方法

（1）外部观察法。

观察接线盒、绕组端部有无烧焦，绕组过热后留下深褐 

色，并有臭味。

（2）探温检查法。

空载运行20分钟（发现异常时应马上停止），用手背摸绕组各部分是否超过正常温度。

    （3）通电实验法。

用电流表测量，若某相电流过大，说明该相有短路处。

    （4）电桥检查。

测量个绕组直流电阻，一般相差不应超过5%以上，如超过，则电阻小的一相有短路故障。

    （5）短路侦察器法。

被测绕组有短路，则钢片就会产生振动。

    （6）万用表或兆欧表法。

测任意两相绕组相间的绝缘电阻，若读书极小或为零，说明该二相绕组相间有短路。

    （7）电压降法。

把三绕组串联后通入低压安全交流电，测得读书小的一组有短路故障。

     （8）电流法。

电机空载运行，先测量三相电流，在调换两相测量并对比，若不随电源调换而改变，较大电流的一相绕组有短路。

       4. 短路处理方法

（1）短路点在端部。

可用绝缘材料将短路点隔开，也可重包绝缘线，再上漆重烘干。

（2）短路在线槽内。

将其软化后，找出短路点修复，重新放入线槽后，再上漆烘干。

    （3）对短路线匝少于1/12的每相绕组，串联匝数时切断全部短路线，将导通部分连接，形成闭合回路，供应急使用。

    （4）绕组短路点匝数超过1/12时，要全部拆除重绕。

       三、绕组开路　     

       由于焊接不良或使用腐蚀性焊剂，焊接后又未清除干净，就可能造成壶焊或松脱；受机械应力或碰撞时线圈短路、短路与接地故障也可使导线烧毁，在并烧的几根导线中有一根或几根导线短路时，另几根导线由于电流的增加而温度上升，引起绕组发热而断路。

一般分为一相绕组端部断线、匝间短路、并联支路处断路、多根导线并烧中一根断路、转子断笼。

       1. 故障现象      

       电动机不能启动，三相电流不平衡，有异常噪声或振动大，温升超过允许值或冒烟。

       2. 产生原因

（1）在检修和维护保养时碰断或制造质量问题。

（2）绕组各元件、极（相）组和绕组与引接线等接线头焊接不良，长期运行过热脱焊。

    （3）受机械力和电磁场力使绕组损伤或拉断。

    （4）匝间或相间短路及接地造成绕组严重烧焦或熔断等。

       3. 检查方法

（1）观察法。

断点大多数发生在绕组端部，看有无碰折、接头出有无脱焊。

（2）万用表法。

利用电阻档，对“Y”型接法的将一根表棒接在“Y”形的中心点上，另一根依次接在三相绕组的首端，无穷大的一相为断点；“△”型接法的短开连接后，分别测每组绕组，无穷大的则为断路点。

    （3）试灯法。

方法同前，等不亮的一相为断路。

    （4）兆欧表法。

阻值趋向无穷大（即不为零值）的一相为断路点。

    （5）电流表法。

电机在运行时，用电流表测三相电流，若三相电流不平衡、又无短路现象，则电流较小的一相绕组有部分短断路故障。

    （6）电桥法。

当电机某一相电阻比其他两相电阻大时，说明该相绕组有部分断路故障；

    （7）电流 

平衡法。

对于“Y”型接法的，可将三相绕组并联后，通入低电压大电流的交流电，如果三相绕组中的电流相差大于10%时，电流小的一端为断路；对于“△”型接法的，先将定子绕组的一个接点拆开，再逐相通入低压大电流，其中电流小的一相为断路。

    （8）断笼侦察器检查法。

检查时，如果转子断笼，则毫伏表的读数应减小。

       4. 断路处理方法    

（1）断路在端部时，连接好后焊牢，包上绝缘材料，套上绝缘管，绑扎好，再烘干。

（2）绕组由于匝间、相间短路和接地等原因而造成绕组严重烧焦的一般应更换新绕组。

    （3）对断路点在槽内的，属少量断点的做应急处理，采用分组淘汰法找出断点，并在绕组断部将其连接好并绝缘合格后使用。

    （4）对笼形转子断笼的可采用焊接法、冷接法或换条法修复。

       四、绕组接错    

       绕组接错造成不完整的旋转磁场，致使启动困难、三相电流不平衡、噪声大等症状，严重时若不及时处理会烧坏绕组。

主要有下列几种情况：

某极相中一只或几只线圈嵌反或头尾接错；极（相）组接反；某相绕组接反； 多路并联绕组支路接错；“△”、“Y”接法错误。

       1. 故障现象      

       电动机不能启动、空载电流过大或不平衡过大，温升太快或有剧烈振动并有很大的噪声、烧断保险丝等现象。

       2. 产生原因    

       误将“△”型接成“Y”型；维修保养时三相绕组有一相首尾接反；减压启动是抽头位置选择不合适或内部接线错误；新电机在下线时，绕组连接错误；旧电机出头判断不对。

       3. 检修方法    

（1）滚珠法。

 如滚珠沿定子内圆周表面旋转滚动，说明正确，否则绕组有接错现象。

（2）指南针法。

如果绕组没有接错，则在一相绕组中，指南针经过相邻的极（相）组时，所指的极性应相反，在三相绕组中相邻的不同相的极（相）组也相反；如极性方向不变时，说明有一极（相）组反接；若指向不定，则相组内有反接的线圈。

    （3）万用表电压法。

按接线图，如果两次测量电压表均无指示，或一次有读数、一次没有读数，说明绕组有接反处。

    （4）常见的还有干电池法、毫安表剩磁法、电动机转向法等。

       4. 处理方法    

（1）一个线圈或线圈组接反，则空载电流有较大的不平衡，应进厂返修。

（2）引出线错误的应正确判断首尾后重新连接。

    （3）减压启动接错的应对照接线图或原理图，认真校对重新接线。

    （4）新电机下线或重接新绕组后接线错误的，应送厂返修。

    （5）定子绕组一相接反时，接反的一相电流特别大，可根据这个特点查找故障并进行维修。

    （6）把“Y”型接成“△”型或匝数不够，则空载电 

流大，应及时更正。

电动机轴承过热的原因及处理方法 

（1）轴承损坏，应更换。

（2）滚动轴承润滑脂过少、过多或有铁屑等杂质。

承轴润滑脂的容量不应超过总容积的70%，有杂质者应更换。

（3）轴与轴承配合过紧或过松。

过紧时应重新磨削，过松时应给转轴镶套。

（4）轴承与端盖配合过紧或过松。

过紧时加工轴承室，过松时在端盖内镶钢套。

（5）电动机两端盖或轴承盖装配不良。

将端盖或轴承盖止口装进、装平，拧紧螺钉。

（6）皮带过紧或联轴器装配不良。

调整皮带张力，校正联轴器。

（7）滑动轴承润滑油太少、有杂质或油环卡住。

应如加油、换新油，修理或更换油环。

主题:

电机轴承异音分析与解决

1、保持器声“唏利唏利……” 

    原因分析：

    由保持器与滚动体振动、冲撞产生，不管润滑脂种类如何都可能产生，承受力矩、负荷或径向游隙大的时候更容易产生 

    解决方法：

    A、提高保持器精度 

    B、选用游隙小的轴承或对轴承施加预负荷 

    C、降低力矩负荷，减少安装误差 

    D、选用好的油脂 

    2、连续蜂鸣声“嗡嗡……” 

    原因分析：

    马达无负荷运转是发出类似蜂鸣一样的声音，且马达发生轴向异常振动，开或关机时有“嗡”声音 

    具体特点：

    多发润滑状态不好，冬天且两端用球轴承的马达多发，主要是轴调心性能不好时，轴向振动影响下产生的一种不稳定的振动 

    解决方法 

    A、用润滑性能好的油脂 

    B、加预负荷，减少安装误差 

    C、选用径向游隙小的轴承 

    D、提高马达轴承座钢性 

    E、加强轴承的调心性 

    注：

第五点起到根本改善的作用，采用02小沟曲率，01大沟曲率。

    3、漆锈 

    原因分析：

    由于电机轴承机壳漆油后干，挥发出来的化学成分腐蚀轴承的端面、外沟及沟道，使沟道被腐蚀后发生的异常音 

    具体特点：

    被腐蚀后轴承表面生锈比第一面更严重 

    解决方法：

    A、把转子、机壳、晾干或烘干后装配 

    B、降低电机温度 

    C、选用适应漆的型号 

    D、改善电机轴承放置的环境温度 

    E、用适应的油脂，脂油引起锈蚀少，硅油、矿油最易引起 

    F、采用真空浸漆工艺

    4、杂质音 

    原因分析：

    由轴承或油脂的清洁度引起，发出一种不规则的异常音 

    具体特点：

    声音偶有偶无，时大时小没有规则，在高速电机上多发 

    解决方法：

    A、选用好的油脂

    B、提高注脂前清洁度 

    C、加强轴承的密封性能 

    D、提高安装环境的清洁度 

    5、高频、振动声“哒哒…...” 

    具体特点：

    声音频率随轴承转速而变化，零件表面波纹度是引起噪音的主要原因。

    解决方法：

    A、改善轴承滚道表面加工质量，降低波纹度幅值 

    B、减少碰伤 

    C、修正游隙预紧力和配合，检查自由端轴承的运转，改善轴与轴承座的精度安装方法 

    6、升温 

    具体特点：

    轴承运转后，温度超出要求的范围 

    原因分析：

    A、润滑脂过多，润滑剂的阻力增大 

    B、游隙过小引起内部负荷过大 

    C、安装误差 

    D、密封装备的摩擦 

    E、轴承的爬行 

    解决方法：

    A、选用正确的油脂，用量适当 

    B、修正游隙预紧力和配合，检查自由端轴承运转情况

    C、改善轴承座精度及安装方法 

    D、改进密封形式 

    7、轴承手感不好 

    具体特点：

    用手握轴承旋转转子时感到轴承里面杂质、阻滞感 

    原因分析：

    A、游隙过大 

    B、内径与轴的配合不当 

    C、沟道损伤 

    解决方法：

    A、游隙尽可能要小 

    B、公差带的选用 

    C、提高精度，减少沟道的损伤

    D、油脂选用

主题:

大型交流电机轴承座振动分析

摘要：

本文运用振动检测方法对造成1.6MW交流电机轴承座振动的原因进行分析，并从根源上采取措施，从而控制了恶性事故，满足了生产要求。

关键词：

轴承；交流电机；振动；检测

中图分类号：

TM34 文献标识码：

B

安阳钢铁公司第一轧钢厂型材机组的500机列设备由轧钢机、齿轮座、减速机、电机组成，设备布置如图1。

功率1.6MW、转速592r／min的交流电动机驱动减速机；减速机中心距为 1400mm，采用滑动轴承支撑，齿轮副的小齿轮齿数z1=29，大齿轮齿数z2=171；减速机带动 500人字型齿轮座中轴转动；齿轮轴通过万向节带动三辊开口式型轧机运转。

近年来，随着新品种相继开发和产量不断增加，500主机列生产负荷不断加大，故障也随之增加。

2003年2月，1400减速机高速轴发生烧瓦事故，抢修时发现轴颈磨损。

更换轴瓦后，1.6MW电机轴承座出现异常振动，导致负荷端轴承座振裂。

检修电机时，考虑到轴承座振动大，遂将电机轴瓦顶间隙稍稍加大。

减速机高速轴受力分析表明，过钢时高速轴受到轧制力作用要上升，故在重新找正时使电机中心高出减速机中心0.15mm，以平衡减速机受力时的上浮。

做此调整后电机轴承座振动仍严重，额定电流下振动较小，超过200-300A时振动相当严重，同时伴有丢转现象。

振动有一定的周期性，咬钢时冲击振动增大，每次振动高峰持续3-4s。

一、振动数据采集

检修时多次检查电机与减速机联轴器对中性，偏差均不大于0.5rnm，因此对轴承座振动影响不大。

我们用武汉立德公司的数据采集器，采集电机两轴承座的振动数据，谱图如图2所示。

可以看出：

（1）9Hz左右的转频幅值特征明显；

（2）3X、5X倍频比较明显。

同时观察到振动较大或超负荷时电机发出低沉轰鸣声；在过临界转速区时振动无明显变化。

二、原因分析

1．9Hz左右的转频幅值判定为转子不平衡造成。

检修时，将电机转子水平放置，调整好水平后，再旋转90°检验，发现转子向下弯曲。

2．减速箱输人端联轴节部分间隙过大。

9Hz左右的转频及其3X（28Hz）、5X（45Hz）幅值较大，是松动的特征。

这是因为所用弹性柱销联轴器销孔直径50mm，而橡胶棒直径仅有46mm，因而造成配合间隙过大。

3．减速箱齿轮啮合间隙较大。

啮合频率的带宽窄，冲击能量集中，易造成齿裂。

280Hz左右的频率及其2X（559Hz）幅值较大。

拆检发现，齿顶间隙大，轮齿磨损。

三、解决措施及效果

据此决定采取以下改进措施。

1．对电机转子进行动平衡。

2．更换电机与减速机的弹性柱销联轴器，并找正。

3．橡胶棒的直径改为47.5mm。

4．调整减速机两轴，保证齿顶间隙，同时确保两轴平行。

5．更换电机负荷端轴承座。

经解体检修减速机、电机轴瓦及人字齿轮座，更换电机轴瓦座、弹性联轴器、齿轮座中轴轴瓦和下轴瓦；对各轴瓦进行研配；调整减速机齿轮副间隙；对各联接轴找正，并对电机转子进行动平衡。

修好后试车，轴承座振动消除，运行状态良好。

电机振动异常的识别与诊断 　 

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⑴三相交流电机定子异常产生的电磁振动，三相交流电机在正常运转时，机座上受到一个频率为电网频率2倍的旋转力波的作用，而可能产生振动，振动大小与旋转力波的大小和机座的刚度直接有关。

    定子电磁振动异常的原因：

    ①定子三相磁场不对称，如电网三相电压不平衡。

因接触不良和断线造成单相运行，定子绕组三相不对称等原因，都会造成定子磁场不对称，而产生异常振动。

    ②定子铁心和定子线圈松动将使定子电磁振动和电磁噪声加大。

    ③电磁底脚线条松动，相当于机座刚度降低使定子振动增加。

    定子电磁振动的特征：

    ①振动频率为电源频率的2倍，F=2f

    ②切断电源，电磁振动立即消失

    ③振动可以在定子机座上和轴承上测得

    ④振动强度与机座刚度的负载有关

⑵气隙静态偏心引起的电磁力

    电机定子中心与转子轴心不重合时，定、转子之间气隙将会出现偏心现象，偏心固定在一个位置上，在一般情况下，气隙偏心误差不超过气隙平均值的上下10%是允许的，过大的偏心值产生很大的单边磁拉力。

    气隙静态偏心产生的原因：

    ①电磁振动频率是电源频率的2倍 F=2f。

    ②振动随偏心值的增大在增加，随负载增大而增加。

    ③断电后电磁振动消失。

    ④静态偏心产生的电磁振动与定子异常产生的电磁振动非常相似，难以区别。

⑶气隙动态偏心引起电磁振动

    偏心的位置对定子是不固定的，对转子是固定的，因此偏心的位置随转子而转动。

    气隙动态偏心产生的原因：

    ①转子的转轴弯曲

    ②转子铁心与转轴或轴承不同心。

    ③转子铁心不圆

    气隙动态偏心产生电磁振动的特征；

    ①转子旋转频率和定子磁场旋转频率的电磁振动都可能出现。

    ②电磁振动的振幅随时间变化而脉动（振），脉动的频率为2sf,周期为1/2sf 

当电动机负载增加，S加大，其脉动节拍加快。

    ③电动机往往发生与脉动节拍相一致的电磁噪声。

    ④断电后，电磁振动消失，电磁噪声消失。

⑷转子绕组故障引起的电磁振动。

    笼形电机笼条断裂，绕组异步电机由于转子回路电气不平衡都将产生不平衡电磁力。

    转子绕组故障产生的原因：

    ①笼条铸造质量不良，产生断条和高阻。

    ②笼形转子因频繁起动，电机负载大产生断条或高阻。

    ③饶式异步电动机的转子绕组回路电气不平衡，产生不平衡电磁力。

    ④同步电动机磁绕组匝间短路。

    转子绕组故障引起电磁振动的特征：

    ①转子绕组故障引起电磁振动与转子动态偏心产生的电磁振动，波形相似，现象相似，较难区别，振动频率为f/p ，振幅以2sf的频率在脉动、电动机发生与脉动节拍一致的电磁噪声。

    ②在空载或轻载时，振动与节拍噪声不明显，当负载增大时，这种振动和噪声随之增加，当负载超过50%时，现象较为明显。

    ③在定子的一次电流中，也产生脉动变化其脉动节拍频率为2sf。

    ④在定子电流波形作频谱分析，在频图图中，基频两边出现的边频。

    ⑤同步电动机励磁绕组但匝间短路，能引起f/p 频率（转频）的电磁振动和噪声，无节拍脉动振动现象与转子不平衡产生的机械振动相似。

    ⑥断电后，电磁振动和电磁噪声消失。

⑸转子不平衡产生的机械振动；

    转子不平衡的原因

    ①电机转子质量分布不均匀，产生重心位移，与转子中心不同心。

    ②转子零部件脱落和移位，绝缘收缩造成绕组移位、松动。

    ③联轴器不平衡，冷却风扇不平衡，皮带轮不平衡。

    ④冷却风扇与转子表面不均匀积垢。

    转子不平衡产生的机械振动特征

    ①振动频率与转频相等

    ②振动值随转速增高而加大，与电机负载无关。

    ③振动值以经向为最大，轴向很小。

    当地脚螺丝松动时，电机的转频和电机定子固有频相近时，由于转子不平衡共振将产生异常振动，造成电机结构件的破坏和疲劳。

⑹滑动轴承由于油膜涡动产生振动。

    产生的原因：

    在轴承比负载较小，轴颈线速度叫高，特别是大型告诉的柔性转子电机中易发生，轴承经过长期运行，间隙变大，或润滑油粘度大，油温低，轴承负载轻等互相造成油膜加厚，轴承油膜动压不稳定而产生振动。

    滑动轴承油膜滑动的特征：

    ①振动频率略低于转子回转频率的Fr的一半，约为0.42—0.48Fr .

    ②油膜涡动的振动是径向的。

    ③油膜涡动往往是突然出现的，诊断的方法是油膜涡动偶，改变油的粘度和温度振动就能减轻和消失。

⑺滑动轴承由于油膜振荡产生振动

    油膜振荡产生的原因：

    油膜振荡产生的原因和油膜涡动的原因相同，也是油膜动压不稳造成的。

    当转子回转频率增加时，油膜涡动频率随之增加，两者关系近似保持不变的比值约0.42—0.48之间，当转轴的回转频率达到其一阶临界转速的2倍时，随着转子回转频率的增加，涡动频率将不变，等于转子的一阶临界转频，而与转子回转频率无关，并出现强烈的振动，这种现象为油膜振荡，产生强烈振动的原因是油膜涡动与系统共振，两者相互激励，相互促进的结果。

    对油膜振荡来说，除了油膜性质改变以外，转子不平衡量的增加和地脚螺丝的松动都会诱导油膜振荡的发生。

    油膜振荡的特征：

    ①振荡频率等于转子的一阶临界转速，工作转速接近一阶临界转速2倍的大型，告诉柔性转子电机极易发生油膜振荡。

    ②油膜振荡是径向振动。

    ③减少转子不平衡，降低润滑油粘度和提高油温，能使油膜振荡消失和减轻。

⑻加工和装配不良产生振动；

    产生的原因：

    与轴承内孔配合的轴颈和轴肩加工不良或由于轴弯曲等原因，使轴承内圈装配后，其中心线与轴中心线不重合，轴承每转一周，轴承受一次交变的轴向力作用，使轴承产生振动。

    振动的特征：

    ①振动幅值以轴向为最大。

    ②振动频率与转频相同。

⑼安装时，轴线不对中引起振动；

    机组安装后，电机和负载机械的轴