三相异步电机故障分析

周赛

陆军航空兵学院

摘要：本文通过对三相异步电机常见的故障进行梳理总结，并在故障分析的基础上对每种故障类型的排除方法进行简要的阐述，通过故障现象来判断类别并提出维修建议。

实际生产生活中，常用的三相异步电机，故障的类型大致分为两种。第一种是电气故障，例如电动机缺相运行，过载运行或绕组短路等。第二种是机械故障，诸如振动过大，轴承过热，断轴，扫膛（定转子摩擦）等。在生产运行的过程中，电气故障大约占比85%左右，机械故障以及其他故障占比15%。本文通过对现象梳理分析可能出现的故障，以鼠笼式三相异步电机为例，针对电动机常见的问题以及处理方法作简单的说明。

1 鼠笼式三相异步电机概述

鼠笼式三相异步电机，由于其结构简单，质量轻，工作可靠等优点，在工农业生产中应用广泛。转子绕组是铝条或铜条与短路环焊接而成，而非绝缘导线烧制而成。通入三相对称交流电后，产生的旋转磁场切割转子绕组，从而产生感应电流。载流的转子导体在定子旋转磁场作用下产生电磁力，电机转轴上形成电磁转矩，驱动电动机旋转。目前鼠笼电动机的发展趋向智能化，智能型鼠笼电动机由断相和过载监控器，动作微调控制器，显示屏，切换器以及电机控制回路组成。

由于日常维护检修不当，存在电压不稳，转速不匀，温度过高以及零件磨损等问题，直接或间接造成三相异步电机在工作过程中出现诸多故障。

2 机械故障

2.1电动机断轴故障

断轴一般是负载太重造成的，电动机与负载连接不同心，机械负载对电动机有冲击振动，负载突变亦可造成电动机断轴。造成的后果也比较严重，甚至可威胁人身安全。一般有以下几种情况引起。

1. 安装问题。观察断裂位置，如果出现在轴承部分而非轴伸，多半是由于安装过程中位置出现误差或者安装基础平面度精度不够，导致电机与负载连接不同心，轴心偏差大，转轴扭矩增大，转轴由于长时间的运行疲劳断裂。

2. 设计选型问题。选型时提供错误的参考材料，比如负载扭矩以及工作频率。或者工厂设计时零件选取有误。

3. 严重过载。长期过载运行会导致转轴疲劳期提前。转轴在某些设备上不仅要承受负载扭矩，还要承受其他机械设备的外力，这些在设计之初没有考虑进去的受力因素早已超过了轴伸的强度，从而导致轴伸迅速疲劳断裂。

对于鼠笼式电动机，负载过大造成的直接后果就是电动机鼠笼断条，铸铝多发生在槽内，而铜条多发生在与端环的联结处。断条处不能产生电流，电动机出力减小。往往出现这种故障时，电动机的现象为启动力矩减小，启动困难；带载能力减小；运行时电流有时会有规律波动。同时断条也会使机身发生振动，电机无力声音异响。

检查及处理方法为将转子抽出，观察转子笼条及转子端环与笼条的交界处，有过热、变色的迹象就是断条的地方或者换同型号的转子试一试，试运转，如果正常，说明换下的转子有断条的地方。

如果断条是铜条且断条发生在端部，可在断裂处打成破口，用银焊焊接。如果是铸铝转子，且断条较多不能使用，可将铝条熔化再重新铸铝或换为紫铜条。转子焊接好后，要做静平衡试验。对振动小，转速高的电动机必要时还要做动平衡试验。

2.2 电动机扫膛

定转子摩擦，俗称扫膛,一般是由于轴承磨损，转子下沉或机轴的挠度过大使转子偏心所致，是一种电机故障。切记不可采取将转子外圆车小的办法来排除，这样会增大定、转子之间的气隙，使励磁电流增加，电动机的运行性能恶化，效率和功率因数都会降低。应当认真检查电动机的轴承和机轴等部件，可用塞尺测量定子与转子之间的间隙，在测量的时候，缓慢拨动转子，观察不同角度的间隙变化情况。如果一直是间隙过小，说明轴承损耗严重，应更换轴承；如果在某个角度间隙过小，则说明机轴向该方向弯曲，应矫正或换新轴。

3 电气故障

1. 定子绕组接地。绕组接地引起电流增大，大量发热，导致相间短路，电机不能正常运转，伴随着很大的声响。可以通过观察绕组是否存在裂痕或烧焦的情况或者用试电笔检测电机的外壳 ，也可以用兆欧表检查接线端和外壳之间的电阻，均可判断绕组是否接地。排除故障的核心是消除接地，常用的方法是放置绝缘材料，涂绝缘漆。

2. 定子绕组短路。绕组的线圈绝缘损坏，原本不该相通的线匝直接相通，电源接通后，将会形成大电流，线圈发热。短路匝数不多时，电动机仍然可以正常工作，但电流不平衡，力矩减小。长时间运行或者短路匝数过多仍然会导致电动机烧坏。电动机长期过载，嵌线时操作不当，绕组受潮等都会使绝缘损坏或失去绝缘作用。此外油污过多或金属制品掉入电动机内部也可造成绕组短路。匝间短路的电机电流不正常，运行一段时间后会冒烟甚至起火，很容易就能辨别出来。修复原则跟接地处理类似，找出短路点，匝数较少的绝缘处理，匝数多的，就更换绕组。

3. 单相运行和V形运行。电源线一相断线或者Y连接的定子绕组一相断线会造成电动机单相运行故障。转速会下降，停机后再次启动将不会成功，并会发出“嗡嗡”的声响，此时应立即切断电源。三角形连接的定子绕组一相断线后，其余两相绕组成为V形连接，功率下降。若电动机仍负载工作，转速会明显下降，定子电流增大，温度升高，电动机振动，与前者相比，停机后可重新启动，但启动转矩减小，启动慢，再次启动时，起动转矩可能小于负载转矩从而导致启动不起来。处理方法为重新判定三相的首尾端，检查三相绕组是否有断线和短路情况。

4 维修建议

鼠笼异步电机正常运行时应发出均匀且较轻的“嗡嗡”声，无噪音或特别的声音，温度正常，工作运行状况良好。若电机不能正常启动，但有“嗡嗡”声，此时考虑单相起动或电动机过载。若电动机起动困难，转速低，考虑电源电压较低或者起动电流太小，绕组接线错误，鼠笼式电动机笼条断裂等。若电动机发热异常或冒烟，考虑电动机是否频繁起动或者电机过载。若电动机运行声音异常，可通过具体声音的特质来判断是局部短路或接地，造成三相电流不平衡引起的电磁噪音还是轴承内部有异物或者缺润滑油而引起的机械噪音。

特别要注意的是定子绕组烧毁的电机需要更换定子绕组，与此同时检查轴承的运转完好情况。更换完成后要进行试验，各项指标符号使用规范要求方可投入运行。

5 总结

综上，对于笼型三相异步电动机，不同的故障现象及不同的故障原因都有着不同的检查维修方式，维修过程不能只着眼于电机的表面现象，要根据电机的运行环境以及工作状况来判断电机的故障来源，使电机在短时间内得到有效的维修以保证最大效率的投入到生产工作当中，此外，电机的维护保养工作也同等重要。通过本文以期减少电动机故障的发生，延长使用寿命，提高利用率。