張 紅 啟

（撫順石化公司工程建設(shè)指揮部設(shè)備部，遼寧 撫順 113008）

電動機(jī)故障分析及維修

張 紅 啟

（撫順石化公司工程建設(shè)指揮部設(shè)備部，遼寧 撫順 113008）

從介紹三相異步電動機(jī)的應(yīng)用特點(diǎn)及工作原理入手，闡述了電動機(jī)繞組燒壞原因及采取的措施，對一相或兩相繞組燒壞（過熱）過程進(jìn)行了系統(tǒng)分析，結(jié)合電動機(jī)維修的實(shí)例及工作經(jīng)驗，在實(shí)踐的基礎(chǔ)上提出了電動機(jī)維修方法及注意事項。

電動機(jī)； 繞組； 燒壞； 故障； 維修

在生產(chǎn)裝置中電動機(jī)是必不可少的設(shè)備之一，所有泵、風(fēng)機(jī)類的轉(zhuǎn)動設(shè)備都需要電動機(jī)來做拖動。也可以說，離開了電動機(jī)連續(xù)穩(wěn)定的生產(chǎn)就無從談起。據(jù)故障維修記錄的分析統(tǒng)計：電動機(jī)運(yùn)行中的故障多屬于電氣故障，分析原因多為缺相運(yùn)行、匝間短路、過載運(yùn)行、繞組接地，其次是電動機(jī)維護(hù)不良（電動機(jī)進(jìn)水、軸承缺油、通風(fēng)不暢等）、檢修不當(dāng)（軸承拆裝不當(dāng)、缺陷消除不徹底、密封不良、附件不全等）、機(jī)械加工精度不符合要求、運(yùn)行環(huán)境惡劣等原因所導(dǎo)致［1］，再次定、轉(zhuǎn)子摩擦及斷條等機(jī)械故障方面的問題。

1 三相異步電動機(jī)的工作原理

電動機(jī)是利用電磁感應(yīng)原理工作的機(jī)械，它應(yīng)用廣泛，種類繁多，性能各異，分類方法也很多，目前廣泛應(yīng)用的異步電動機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單，堅固耐用、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便、啟動容易、成本較低等優(yōu)點(diǎn)。

三相異步電動機(jī)工作原理：三相異步電動機(jī)定子鐵心上嵌有對稱的三相繞組，當(dāng)繞組中通一對稱的三相電源后，在定子轉(zhuǎn)子之間的氣隙中建立以同步轉(zhuǎn)速n1旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁勢，轉(zhuǎn)子導(dǎo)條被這旋轉(zhuǎn)磁場磁力線切割，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，轉(zhuǎn)子導(dǎo)條內(nèi)會感應(yīng)產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，因為轉(zhuǎn)子導(dǎo)體已構(gòu)成閉合回路，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體便有電流流過，載流的導(dǎo)體在磁場中必然會產(chǎn)生電磁力，電磁力的方向用左手定則來確定，由圖1可知轉(zhuǎn)子所有導(dǎo)體受到電磁力的作用產(chǎn)生一個電磁轉(zhuǎn)矩，于是轉(zhuǎn)子就跟著旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)。如果轉(zhuǎn)子與生產(chǎn)機(jī)械相連接，電動機(jī)將克服負(fù)載轉(zhuǎn)矩做功，從而實(shí)現(xiàn)了電能與機(jī)械能量的轉(zhuǎn)換［2］。

圖1 電動機(jī)工作原理Fig. 1 Motor working principle

2 電動機(jī)繞組燒壞原因分析及措施

電動機(jī)在運(yùn)行中一方面由于繞組絕緣受機(jī)械的振動（啟動時大電流沖擊，拖動設(shè)備振動，電動機(jī)轉(zhuǎn)子不平衡等）作用，從而造成繞組出現(xiàn)匝間松弛、絕緣裂紋等不良現(xiàn)象，破壞效應(yīng)不斷累積［3］，加速了絕緣老化而導(dǎo)致最先碳化的絕緣破壞直至燒壞繞組。另一方面電動機(jī)長時間過載及過熱運(yùn)行，繞組絕緣老化加速，絕緣最薄弱點(diǎn)碳化引起匝間短路、相間短路或?qū)Φ囟搪返痊F(xiàn)象使繞組局部燒壞［1］。采取的措施如下：

（1）盡可能避免頻繁的啟動，特別是高壓電動機(jī)。一般來說，在冷態(tài)時可連續(xù)啟動2次，在熱態(tài)時可啟動1次。

（2）保證被拖動的設(shè)備和電動機(jī)振動值在規(guī)定范圍內(nèi)。二極電動機(jī)的振動值不超過0.05 mm，四極電動機(jī)的振動值不超過0.085 mm，六極電動機(jī)的振動值不超過0.10 mm。

（3）電動機(jī)檢修時不準(zhǔn)任何剛性物體碰及繞組，電動機(jī)轉(zhuǎn)子抽芯時必須將轉(zhuǎn)子抬起，杜絕定、轉(zhuǎn)子鐵芯相互磨損及擦傷［3］。

（4）盡量避免電動機(jī)過載運(yùn)行，合理選擇及設(shè)置保護(hù)。

（5）電動機(jī)通風(fēng)散熱良好，其進(jìn)風(fēng)、出風(fēng)口保持暢通，機(jī)身干凈。

（6）電動機(jī)振動嚴(yán)重時需要對轉(zhuǎn)子做動平衡試驗。

由于電動機(jī)密封不良造成電動機(jī)內(nèi)部進(jìn)水或者進(jìn)入帶有腐蝕性的氣體使電動機(jī)繞組絕緣受到浸蝕，導(dǎo)致絕緣最薄弱點(diǎn)或最嚴(yán)重部位發(fā)生匝間短路、相間短路或一點(diǎn)對地短路現(xiàn)象，從而造成電動機(jī)繞組局部燒壞［1］。采取的措施如下：

（1）盡量消除設(shè)備的跑滴漏，避免設(shè)備密封的腐蝕。

（2）檢修時要注意搞好電動機(jī)每個部位的密封，可在各法蘭涂少量的704密封膠，在螺栓上涂抹油脂，必要時接線盒等處加裝防滴濺盒［3］，最好是給電動機(jī)加做保護(hù)罩，選型時選防護(hù)等級高的接線盒。

（3）電動機(jī)小修及中修的周期要縮短，發(fā)現(xiàn)問題及時進(jìn)行處理。

由于軸承損壞、軸彎曲等原因致使定、轉(zhuǎn)子摩擦（俗稱掃膛）引起鐵心溫度急劇上升，燒壞槽絕緣、匝間絕緣，從而造成繞組匝間短路或?qū)Φ囟搪罚瑖?yán)重時造成定子鐵心倒槽、錯位、軸承磨損、端蓋報廢等［1］。

一相或兩相繞組燒壞（或過熱）原因分析：

舉例來說：假設(shè)三相異步電動機(jī)繞組為△接法時，電動機(jī)不論何種原因缺一相A后造成轉(zhuǎn)速下降，滑差變大，A、C兩相變?yōu)榇?lián)關(guān)系后與另一相 B并聯(lián)，在負(fù)荷不變的情況下，B相電流過大，由于在運(yùn)行中電動機(jī)氣隙中產(chǎn)生的是三相諧波成分較高的橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場，電動機(jī)缺相后仍然能轉(zhuǎn)動，只是磁場發(fā)生畸變，有害電流成分急劇增大，長時間運(yùn)行將導(dǎo)致B相繞組過熱而燒壞。同理三相異步電動機(jī)繞組為Y接法時，電源缺一相A后電動機(jī)仍然可以繼續(xù)運(yùn)行，但是轉(zhuǎn)速明顯下降，轉(zhuǎn)差變大，這時A相繞組開路，B、C兩相繞組變?yōu)榇?lián)關(guān)系且通過電流過大，長時間運(yùn)行導(dǎo)致兩相繞組同時燒壞。然而停止轉(zhuǎn)動的電動機(jī)缺一相電源合閘時，一般只會發(fā)出嗡嗡聲而不能啟動，因為電動機(jī)通入對稱的三相交流電會在定子鐵心中產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁場，當(dāng)缺一相電源后，定子鐵心中產(chǎn)生的是單相脈動磁場，它不能使電動機(jī)產(chǎn)生啟動磁場，所以電源缺相時電動機(jī)不能啟動［1］。

3 電動機(jī)繞組修理時的處理程序

繞組是電動機(jī)進(jìn)行電磁能量轉(zhuǎn)換與傳遞，實(shí)現(xiàn)電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的關(guān)鍵部件，也是電動機(jī)最重要的組成部分，還是電動機(jī)最容易出現(xiàn)故障的部分［4］，在電動機(jī)的維修作業(yè)任務(wù)中大多屬繞組修理，電動機(jī)的維修質(zhì)量直接關(guān)系到電動機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)性能指標(biāo)。通過多年的工作實(shí)踐總結(jié)了電動機(jī)維修的方法，概括來說就是一看二慢三通過四試驗的工作步驟。

舉例來說：撫順石油一廠石蠟成型車間的石蠟成型設(shè)備引進(jìn)美國，有 1臺鋁合金外殼型號為1LA71334AA西門子產(chǎn)的四極7.5 kW電動機(jī)定子繞組絕緣燒毀。西門子電動機(jī)繞組型式為單雙層繞組，這種繞組綜合了單層和雙層繞組的一些優(yōu)點(diǎn)，它既保留了雙層短距繞組能夠削弱諧波磁動勢及減少部分電磁噪聲，改善起動性能的優(yōu)點(diǎn)，又具有單層繞組無需層間絕緣、槽滿率較高、線圈數(shù)目少等特點(diǎn)［4］。此外，比起同樣節(jié)距的雙層繞組或單層交叉繞組更能節(jié)省銅線。不足之處在于不能如短距雙層繞組那樣可采用單一規(guī)格的線圈，而必須繞制匝數(shù)不同、節(jié)距不等的單層和雙層兩類線圈，給繞組的制作工藝帶來一些不便，節(jié)距整圈取8（1-9）、半圈取6（1-7）且整圈的匝數(shù)是半圈匝數(shù)的一倍，整圈嵌單層，半圈嵌雙層，同心式。嵌線順序：先嵌半圈，向后退一槽嵌整圈。嵌好二槽后，向后退空一槽，再同樣嵌二槽，依次類推。接線圖如圖 2所示。

圖2 西門子電動機(jī)單雙層繞組接線Fig. 2 Single-double layer winding connection of Siemens motors

國內(nèi)類似的電動機(jī)型號為Y-132M- 4，查維修手冊數(shù)據(jù)如下：功率7.5 kW、定子鐵心長度160 mm、定子外徑210 mm內(nèi)徑136 mm、每槽線數(shù)35、繞組型式單層交叉式、并聯(lián)支路數(shù)1、并聯(lián)根數(shù)2根、線規(guī)Ф1.06 mm、節(jié)距大圈2（1-9）小圈1（1-8）、定子槽數(shù)36、電壓380 V、接線方式△、額定電流15 A、空載電流5.4 A［4］，與西門子電動機(jī)數(shù)據(jù)類似。于是我把西門子電動機(jī)單雙層繞組改成國內(nèi)的單層交叉式繞組電動機(jī)。

電動機(jī)的維修過程如下：

（1）拆除定子繞組之前，應(yīng)先弄清線圈之間的連接關(guān)系，記清線圈連接頭在電動機(jī)的哪一端，記下線圈的節(jié)距及線圈在兩端伸出的長度。拆除線圈時要小心定子鐵心，特別是槽口部分比較容易變形損傷。線圈全部拆卸后，應(yīng)仔細(xì)用鐵刷清理干凈槽內(nèi)殘余的絕緣物，以免重新下線時槽內(nèi)空間不夠用。如無修理手冊可查，則應(yīng)測量導(dǎo)線的直徑和記下并弄清每類線圈的匝數(shù)。這就是所說的一看：在于詳細(xì)記錄電動機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)，在拆電動機(jī)時要記清繞組型式、線圈節(jié)距、導(dǎo)線規(guī)格、并繞根數(shù)、并聯(lián)支路數(shù)、每槽導(dǎo)體數(shù)，在經(jīng)過與電動機(jī)繞組修理圖書對比分析和測量有關(guān)的數(shù)據(jù)后安排下一步的工作。

（2）選擇繞線模的尺寸一定要適當(dāng)，可先用一根導(dǎo)線在繞線模上繞幾匝線圈，然后將線圈放在鐵心槽中看它兩端伸出的長度是否與原先相符合，如相差較多，則必須調(diào)整繞線模的尺寸。如果繞制的線圈過小將造成嵌線很困難，線圈過大會浪費(fèi)導(dǎo)線還會使端部漏磁增多，影響電動機(jī)的性能。繞線機(jī)使用時擰緊固定螺絲，以免打滑影響計數(shù)器的準(zhǔn)確性，繞線過程應(yīng)避免線的交叉以減少嵌線時的困難。線圈繞好后松開固定螺栓以方便線圈取出來，取出線圈以后把引出線整直套上塑料管，線圈的寬度要壓縮的比電動機(jī)內(nèi)徑稍微小一些，直線部分也捏扁便于嵌線。

嵌線時為了使繞組端部整齊，嵌線時下完一個線圈節(jié)距之前的各個線圈的上層邊還不能下到槽內(nèi)，應(yīng)將所有未下到槽內(nèi)的上層邊吊起來，將已下到槽內(nèi)的線圈端部用橡皮榔頭將它整形成喇叭口的形式，當(dāng)全部下層邊下到槽內(nèi)以后將上層邊吊起的導(dǎo)線放下，理直導(dǎo)線將其捏扁用劃線板在線圈的兩側(cè)劃導(dǎo)線到槽內(nèi)。用壓線板壓實(shí)導(dǎo)線時不能用力過大，要反復(fù)從槽頭壓到槽尾，壓好后用剪刀剪去多余的槽絕緣材料，用劃線板折合槽絕緣，用壓線板壓實(shí)后用楔子封槽口，然后用橡皮榔頭輕敲整形。對線圈端部進(jìn)行整形并插入相間絕緣，相間絕緣紙的形狀和尺寸要通過試插以后進(jìn)行修改，以保證線圈端部互不接觸而又不影響端部的包扎。

嵌線過程要按定子繞組展開圖和電動機(jī)的引出線位置來確定引出線的槽號，選好起嵌槽的位置以后，按以下順序進(jìn)行嵌線：假設(shè)選定第1、36槽為起嵌槽，把U相兩個大線圈的下層邊（由于該線圈的端部是被壓在其他線圈下面的，故稱下層邊）依次嵌入第1、36槽，上層邊吊起不嵌；后退空一槽（第35槽），把W相小線圈的下層邊嵌入第34槽，上層邊也吊起不嵌。后退空二槽（第 33、32槽），把V相兩個大線圈的下層邊嵌入第31、30槽，并按照大線圈的節(jié)距y=8（1-9）槽將上層邊嵌入第3和第2槽。在后退空一槽（第29槽），將U相小線圈的下層邊嵌入第28槽，并按小線圈的節(jié)距y=7（1-8）槽，把上層邊嵌入第35槽。按照空兩槽嵌兩槽、空一槽嵌一槽交替輪換后退的方法，依次將其余線圈嵌完。最后把U相和W相尚未嵌入的上層邊（吊把邊）嵌入第9、8和第5槽，整個繞組即全部嵌好。相序分布如表1所示。

表1 電動機(jī)三相相序分布表Table 1 Distribution list of motor three-phase sequence

由表1知U相起始端為36，接線順序為9-17、10-18、27-35、28為U相出線端；V相起始端為30，接線順序為3-29、22-12、21-11、4為V相出線端；W相起始端為6，接線順序為15-23、16-24、 33-5、34為V相出線端。接線圖如圖3所示。

圖3 電動機(jī)單層交叉式接線Fig. 3 Connection of motor single layer alternative coils

全部線圈下完后分清三相進(jìn)行接線。端部相間絕緣墊好后將端部扎緊以便包扎端部，用細(xì)繩包扎端部后在適當(dāng)整形，使線圈端部不接觸機(jī)座和端蓋又不妨礙轉(zhuǎn)子的放入，使在浸漆處理之后就成為一個整體。這就是所說的二慢：慢是工作中要做到穩(wěn)、細(xì)、輕、精，電動機(jī)的定子線圈重繞工作是一項慢又穩(wěn)的精細(xì)工作。在繞線圈時一定要細(xì)心計數(shù)，既不能多繞也不能少繞，否則會出現(xiàn)三相電流不平衡而影響電動機(jī)維修的質(zhì)量和壽命。繞組的嵌線是一步要求慢而輕的工作，要求的關(guān)鍵是要保證繞組的位置和次序要正確，絕緣要良好不損壞，以保證電動機(jī)的使用壽命。繞組的接線更是慢而細(xì)致的工作，繞組的接線決定磁極性能，繞組內(nèi)的電流方向要使電流相加而不能抵消，這兩慢要求細(xì)心的工作，切忌求快。

4 檢查與測量

重繞的電動機(jī)繞組在浸漆前必須進(jìn)行檢查與測量，發(fā)現(xiàn)問題及時改正，浸漆前的檢查及測量有以下幾個方面：

（1）檢查繞組線圈之間的接線是否正確，起始端和出線端引出線的位置及標(biāo)志是否正確。

（2）檢查各相繞組是否斷路。測量各項繞組的直流電阻是否相等（其相差不應(yīng)超過平均電阻值的±4%）。

（3）用兆歐表測量相繞組之間，相繞組與地之間的絕緣電阻是否合格，盤動轉(zhuǎn)軸檢查是否靈活自如。

（4）用短路偵察器檢查繞組是否有短路的地方。通過檢查與測量后，新繞的定子線圈進(jìn)行浸絕緣漆后用烘箱烘。這就是所說的三通過：通過各種檢查與測量符合規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，繞組絕緣值要達(dá)到500 MΩ以上。

5 通電試驗

裝配好電動機(jī)，接上電源線進(jìn)行空載試驗，空載運(yùn)行時間為2 h，并5 min記錄一次電動機(jī)的空載電流和電壓。在電動機(jī)試運(yùn)行時注意旋轉(zhuǎn)的方向，旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向和電源的相序有關(guān)，要使旋轉(zhuǎn)磁場反轉(zhuǎn)，只要改變通入定子繞組的電源相序，即只要把接到定子繞組上的任意兩根電源相線換接即可。試驗時集中注意力，一出現(xiàn)異?，F(xiàn)象應(yīng)立即切斷電源。其步驟如下：

（1）看、聞、聽、摸?？摧S承是否平穩(wěn)、輕快，聞有否異味，聽聲音有否異常，摸電動機(jī)溫度是否過高，若有問題，應(yīng)立即切斷電源。

（2）測量三相空載電流是否過大或過小，任一相空載電流與三相電流的平均值的偏差不應(yīng)超過±10%，否則查明原因，予以分析。

（3）核對轉(zhuǎn)速是否符合標(biāo)準(zhǔn)，誤差是否在規(guī)定范圍之內(nèi)。

這就是所說的四試驗：在以上幾項試驗中，如發(fā)現(xiàn)問題，及時采取措施處理。以上是我在維修電動機(jī)中的態(tài)度和思想上的認(rèn)識、自我約束的一種有效的方法，用得好就會減少返工和不必要的麻煩，就會把工作做得完美。

6 結(jié) 論

通過對三相異步電動機(jī)工作原理的分析入手，重點(diǎn)分析電動機(jī)繞組燒壞原因及采取的措施，結(jié)合型號 1LA71334AA 西門子電動機(jī)改成國產(chǎn)Y-132M-4電動機(jī)的實(shí)例，在此基礎(chǔ)上對電動機(jī)維修時的工作步驟、方法及維修時的注意事項等作了通俗詳細(xì)的介紹。在今后的工作中要認(rèn)真地學(xué)習(xí)電動機(jī)理論知識和基礎(chǔ)知識，不斷提高自身的專業(yè)技術(shù)水平，并付諸實(shí)踐，一定能收到良好的效果。

[1] 王艷.三相異步電動機(jī)電機(jī)啟動常見故障分析與處理[J].漣鋼科技與管理,2009(3)：20-23.

[2] 李守忠，陳寶生，應(yīng)彬，等.維修電工[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

[3] 黨晶晶.電動機(jī)燒毀原因及對策分析[J].科技信息,2010(4):314.

[4] 劉一平，許上明.電動機(jī)繞組修理[M].上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1997.

Fault Analysis and Maintenance of Motor

ZHANG Hong-qi
（Fushun Petrochemical Engineering Construction Company Headquarters Depot, Liaoning Fushun 113008，China）

Application characteristics and working principle of three-phase asynchronous motor were described. Reasons of the motor winding burnout were discussed as well as corresponding measures. Windings burnout course (overheating) of a phase or two-phase was systematically analyzed. Combined with examples of motor repair and work experience, maintenance methods of motors and some precautions were proposed.

Motor; Winding; Burnout; Breakdown; Maintenance

TM 307

A

1671-0460（2011）02-0198-04

2010-12-24

張紅啟（1979-），男，工程師，河南遂平人，電氣工程師，注冊安全師，一級建造師，2003年畢業(yè)于鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣工程及其自動化專業(yè)，現(xiàn)從事?lián)犴樖竟こ探ㄔO(shè)指揮部設(shè)備部電氣管理工作。E-mail:zhq123@petrochina.com.cn。