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1、第五章第五章 电机故障及处理电机故障及处理5.15.1电机概述电机概述 电机是电和机械的组合体。电机是将电能与机械能相互转换的装置(设备)。5.1.1电机的分类电机的分类 按重量区分：大型 中型 小型 分马力:折算至1000rpm时连续额定功率不超过1马力的电机按用途区分：直流电机发电机;电动机交流电机 同步电机发电机;电动机 同步发电机火力发电;水力发电 异步电机发电机;电动机电机型号:Z4;Z;ZD;ZF;ZZJ800 Y;YB;YR;YZ;YZR;YKK TD;TF5.1.2电机的工作制电机的工作制 S1 连续工作制 S2 短时工作制 S3 断续周期工作制 S4 包括启动断续周期工作制
2、S5 带电制动断续周期工作制 S6 连续周期工作制 S7 电制动连续周期工作制 S8 变速变负载连续周期工作制 S9 负载和转速非周期变化工作制5.2.15.2.1电机的日常维护电机的日常维护）电压检测）电流检测）温升与通风状态的点检）轴承部分的点检及油脂补给）异味）振动和异音）电刷和刷握）绝缘电阻测试）分解设备1)电压检测:电源变动在额定电压10以内及额定频率以内，而两者同时变动时，其绝对值之和在10%以内时，电动机可以在额定功率下使用。电压变动过大时会导致电动机转矩变化与温度上升而引起故障，所以电源应尽量保持额定值。）电流检测：电动机在额定电流以上运转时，线圈温度会升高，导致绝缘劣化、寿命
3、缩短或线圈烧损，因此应减轻负载使其在额定电流以下工作。另外，三相电动机各相间电压不平衡时，会产生不平衡电流，使温度上升不均衡，产生局部过热。因此，应定期测定各相电流值并记录。）轴承部分点检及油脂补给：中小型电动机使用的滚动轴承一般为油脂封入型，封入的油脂一般是具有耐高温、耐水性且机械性能安定的锂基脂，寿命大约为30,000小时的运转时间，油脂的寿命可说是轴承的寿命。油脂补给应按铭牌或使用说明书上所指定的规格、补给量及补给时间，且以同一品牌为佳，否则应反复次补给的操作，以更换旧的油脂。）异味：线圈引出线等过热或烧损时，可以由绝缘漆、橡胶等烧焦的臭味或污烟等现象发现事故。另外，皮带滑动或轴承烧热也
4、可以由异臭发现问题，日常点检时应特别注意。电机振动允许值（振幅）转速（rpm）振动值（mm）转速（rpm）振动值（mm）5000.2015000.096000.1620000.0757500.1230000.0510000.10）绝缘电阻测试：电动机放置高湿度的空气中、停止时间较长或周围温度剧变时，因绝缘物的吸湿将使电气特性下降。此外，绝缘物表面所附着的水分或绝缘物的污损也会使绝缘电阻下降。因此，定期点检或分解设备，以及长时间停用的电动机在使用前，必须以兆欧表测定绝缘电阻。通常在测定低电压电动机时使用500V兆欧表，而高电压电动机则使用1000V及以上相应等级的兆欧表。绝缘电阻应不小于：额定电
5、压()1000+0.01额定容量(kW)M，最小值为0.5 M）分解设备：电动机虽然能长时间运转，但是仍应定期分解，以详细检查各部位，早期发现不良部位加以处理，可防范于未然，并延长电动机的使用寿命。因此，即使电动机运转正常，一般也应一年分解一次为宜。U=E+Ia(Ra+Rj)E=Cenn=U-Ia(Ra+Rj)/CeTem=Cm Ia5.2.2.1电动机不能起动或达不到额定转速电动机不能起动或达不到额定转速）进线或主要线路开路）并激绕组断路或错接）过载）起动器故障）换向磁极或串激绕组接反）激磁电流大）电枢绕组或换向器片间短路，并激绕组被机体或其它绕组短路）电刷不在中性线上5.2.2.2电动机的
6、转速过高电动机的转速过高）电枢电压超过额定值）激磁电流小）串激电动机轻载）电刷不在中性线上串励直流电动机是否允许空载或轻载运行，为什么？答：不允许。因为在空载或轻载时，电枢电流Ia很小。因此在U=E+IaRa中，IaRa的数值很小，故UE=Cen。励磁电流If=Ia很小或趋于零，使变得很小，因此电枢必须以非常高的转速旋转，才能产生足够的反电势E来与电网电压U相平衡。由此可见：串励电动机绝对不允许在空载或很轻的负载下运行，否则将发生飞速现象而使转子遭到破坏。5.2.3直流电机温度过高的原因极其防止直流电机温度过高的原因极其防止）电压不符合要求）电机过载或拖动机械惯量过大）电机绕组接地或短路）均压
7、线与换向器片间焊接不良或接线错误，主极气隙不均）升高片或电枢绕组元件之间，充满了碳灰和油污，除影响通风散热外，还可能引起短路甚至燃烧）大电流回路连接不良）环境温度太高或电机通风不良5.2.4直流电机绝缘故障的原因及处理直流电机绝缘故障的原因及处理）绝缘电阻过低）电枢接地或匝间短路）补偿绕组和主绕组故障5.2.5换向故障的原因、征象及处理换向故障的原因、征象及处理5.2.5.1换向火花的等级标准换向火花的等级标准火花等级 电刷下火花程度 换向器及电刷状态 1 无火花 换向器上没有黑痕及电刷上没有灼痕 11/4 电刷边缘仅小部分（约1/5至1/4刷边长）有断续的几点点状火花 11/2 电刷边缘大部
8、分（大于1/2刷边长）有连续的较稀的颗粒状火花 换向器黑痕，但不发展，用汽油擦其表面即能除去，在电刷表面上有轻微灼痕 2 电刷边缘全部或大部分有连续的较密的颗粒状火花，开始有断续的舌状火花 换向器上有黑痕出现，用汽油不能擦除，同时电刷上有灼痕。如短时出现这一级火花，换向器上不出现灼痕，电刷不被烧焦或损坏 3 电刷整个边缘有强烈的舌状火花，伴有爆裂声音 换向器上黑痕相当严重，用汽油不能擦除，同时电刷上有灼痕。如在这火花下短时运行，则换向器上将出现灼痕，同时电刷将被烧焦或损坏 机械性原因机械性原因）电刷振动）电刷压力和刷握位置调整不当）电刷与换向器表面接触不良电磁性原因电磁性原因）电刷位置不在中性
9、线上）换向极过强或过弱）换向极磁路饱和）电气故障方面原因换向极或主极绕组极性接反电枢绕组元件或升高片之间短路升高片、并头套开焊电抗电势er：由于在换向周期内，换向元件中的电流从+ia变到-ia，故由它所产生的并与换向元件交链的漏磁通也随之变化，从而在换向元件中感应出电势。根据电磁感应定律，这种电势的作用总是阻碍换向元件中电流的变化的，称为电抗电势旋转电势ek：由于换向区域存在磁场，当电枢旋转因而换向元件切割磁力线时就感应电势，称为旋转电势。换向区域的磁场可能由主极、换向极及电枢反应（包括换向元件中的换向电流）所产生的磁势所建立。在无换向极的电机中，把电刷从换向器上的几何中性线移开一个适当的角度
10、，使换向区域也跟着从电枢上的几何中性线移开一相当角度而进入主极之下，利用主磁场来代替换向极所产生的换向磁场，也可获得必要的旋转电势以抵消电抗电势。在发电机中，电刷应自几何中性线顺着电枢旋转方向移过一适当角度；而在电动机中，则应逆着电机旋转方向移过一适当角度。这种方法有两个严重缺点。其一是移刷后产生去磁作用的直轴电枢反应，使发电机电压降低，使电动机的转速升高。特别是电动机，移刷后应经过试验，以防止出现转速随负载增加而上升的不稳定现象。其二是由于电抗电势er随负载而变化，因此必须随着负载的变化而不断调节电刷的位置，这就很难办到了。所以，这种方法现在很少采用，只在个别小容量直流电机中才用到。电刷及其
11、它原因电刷及其它原因）电刷选用不当）电刷过窄或过宽）负载及工作条件方面的原因选用电刷时必须考虑电刷的工作条件（如换向器的圆周速度等）和电刷本身的各项性能。我们把电刷分成两个方向，一个方向是负载电流从电刷引线经刷体流向换向器（或者相反）的方向，称为纵向；另一个方向是在换向的一瞬间电刷短接换向线圈元件时换向电流流经电刷的方向，称为横向。为了改善换向，我们希望这两个方向的电刷刷体电阻不一样纵向电阻越小越好，横向电阻越大越好。为了达到增大横向电阻的目的，可以把一个电刷沿纵向劈开成两层或几层，中间用绝缘胶粘住，这就是分层电刷，显然其横向电阻增大。而双电刷则是在一个刷握盒里放两个电刷，即两个电刷当成一个电
12、刷使用，也有类似作用。另外，可以选择宽一点的电刷或者使一排电刷相互错开，来扩大换向区。因为这样既可以减小电抗电势，又可降低电刷的电流密度。但是电刷也不能太宽或者错位太多，否则进入到主极磁场区域，即使在空载时也有火花。同组电刷的刷握应排列在平行机轴或换向片的直线上。如果刷握排列参差不齐，虽然相当于增大了电刷宽度，可是其前、后电刷边缘的电流密度都增大了，相当于点接触，容易产生换向火花。电刷的错位同样有利亦有弊。5.2.5.3换向不良的处理换向不良的处理）区别电磁原因和机械原因造成的火花）机械性火花的处理和调整电机振动的检查换向器摆度测量及修正刷距和刷握间隙的检查及调整电刷的压力测量及调整电刷接触面
13、的检查与修正）电磁性火花的处理和调整测量换向器片间电阻极距和气隙的检查和调整5.2.6异步电动机常见故障及处理异步电动机常见故障及处理5.2.6.1异步电动机不能起动异步电动机不能起动）电源未接通）电压过低）定子绕组极间短路、接地或接线错误以及定、转子绕组断路）负载过大或传动机械有故障更换较大功率的电动机或减轻负载把电动机和负载分开，单独判定是否电机起动故障5.2.6.2电动机噪声与振动电动机噪声与振动）轴承磨损，间隙大）气隙不均）转子不平衡）机壳强度不够）基础强度不够或安装不平）风扇不平衡）绕线转子的绕组短路）笼型转子开焊、断路）定子绕组短路、断路、接地错误等10）转轴弯曲11）铁芯变形或松
14、动12）联轴器或皮带轮安装不符合要求13）地脚螺栓松动14）单相运行15）机械摩擦16）槽配合不合理5.2.6.3电动机过热或冒烟电动机过热或冒烟）电机整体过热过载、电机运行方式与电机设计方案不符、电机风路不畅如铁心通风道堵塞、电机风扇叶片方向不符降低冷却效果、定子铁心严重老化）定子铁心过热电源电压高、定子铁心局部迭片短路）定子绕组过热电动机过载或通风不良、电源电压过低（在额定负载下电机定子电流过大）、定子绕组匝间短路及相间短路、接线错误、绕组浸漆不良5.2.6.4转子绕组过热转子绕组过热）整个绕组均匀过热，电机转速降低）转子过热，定子电流脉动，带负载时转速明显降低线圈端部或接绕组零点处接触不
15、良，线圈导线之间的并头套焊接不良绕线型转子绕组与集电环联结接触不良笼型转子部分笼条断裂，笼条与端环之间开焊转子绕组内部或端部并头套处短路，或绕组两点接地5.2.6.5轴承发热超过规定轴承发热超过规定）润滑脂过多或过少）油质不好，含有杂质）轴承与轴径配合过松或过紧）轴承与端盖轴承室配合过松或过紧）轴承型号选择有误）轴承间隙过大或过小5.2.6.6电动机运行时电流表指针来回摆动电动机运行时电流表指针来回摆动）绕线型转子电动机一相电刷接触不良）绕线型转子电动机集电环短路装置接触不良）笼型转子断条5.2.6.7电机外壳带电电机外壳带电）接地不良）绕组受潮）引出线绝缘破损5.2.6.8电动机空载运行时空
16、载电流不平衡，电动机空载运行时空载电流不平衡，且相差很大且相差很大当三相电源对称时，异步电动机在额定电压下的空载电流，任何一相与平均值的偏差，不得大于平均值的10。）三相电源电压不平衡）并联支路中一条或几条支路断路）三相绕组匝数不等）定子绕组部分线圈接反5.2.6.9电机定子耐压强度不良电机定子耐压强度不良）接线质量不好）定子绕组浸漆不良）定子嵌线质量差）绝缘老化）电机绕组受潮5.2.7集电环故障及处理集电环故障及处理5.2.7.1集电环工作表面上常见故障集电环工作表面上常见故障）凹痕）条痕）碳刷急剧磨损）电环表面烧伤，火花过大5.2.7.2集电环松动集电环松动5.2.7.3集电环温度过高集电
17、环温度过高）电刷电流密度过大）电刷压力过大或过小）高速电机机组振动）电刷表面或集电环表面有油污或杂物）电刷牌号不对5.2.8电机的干燥与轴瓦的刮研电机的干燥与轴瓦的刮研5.2.8.1电机的干燥电机的干燥）电机干燥的原因电机在运输贮存和安装过程中绝缘容易受潮。绝缘受潮后，其电气强度大大降低，在直接通电时容易发生击穿事故。所以对于因受潮而绝缘电阻值较低的电机应进行干燥驱逐潮气，提高绝缘电阻值和电气强度，以保证电机安全运行。）哪些电机需要干燥新安装的电机，由于在运输、贮存和安装过程中可能受潮，一般需进行干燥。已投入运行的电机，长期停止使用而绝缘电阻值下降，低于规定值时，需进行干燥。）干燥时注意事项电
18、机在干燥前，必须用压缩空气将积尘吹扫干净，电枢、绕组和换向器等部件上的油污必须搽净。在电机本体内进行干燥时，必须在外壳加盖苫布保温，而且在机座或端罩上面开一个排潮小窗口。在利用通电干燥时，机壳必须可靠接地。电机升温不能过快，一般大型电机为h；中小型电机为15h。干燥过程中，应随时测量绝缘电阻并记录干燥曲线。5.2.8.2轴承各部间隙测量与轴瓦的刮研轴承各部间隙测量与轴瓦的刮研）顶间隙的测量 轴瓦：a1=c1-(b1+b3)/2 a2=c2-(b2+b4)/2 a1和a2的差不能超过10%。轴承座：a3=c3-(b5+b6+b7+b8)/4圆柱形：0.050.15mm 球形：0.03mm）侧间隙
19、的测量轴瓦两侧间隙通常为轴颈的1/1000。）轴瓦的刮研轴瓦的瓦衬一般都需要刮研，正确的刮研要使瓦衬形成一定的几何形状。轴旋转时，能形成楔形油膜，使轴颈上升离开瓦衬在油膜的浮力作用下运转，以减轻与瓦衬的摩擦，降低其磨损与动力的消耗。刮研轴瓦的检查，可以采用着色法或不着色法来进行。用着色法检查时，轴颈上涂以极薄的红色铅丹油，切勿涂得太浓，否则会影响检查工作的准确性。）保证轴承正常运行的条件轴承座上应装有讯号温度计，以监视运行中轴瓦的温度。轴瓦的正常工作温度为5060，最高不超过80。轴承的油面应保持在油标的中心线上。油面过低将引起润滑不良，油面过高会发生溢流现象。润滑油应保持清洁，并需定期进行化
20、验，检查油是否变质或有水分和泥污等混入。采用复式强迫循环的轴承，其润滑油的更换期应根据运行情况而定，一般隔35年应全部进行更换。更换前应把油污全部放出，把轴承座内部打开，用汽油清洗干净。转轴和密封环间的间隙，要求在0.100.3mm范围之内。如间隙大于上述值，可将密封环内圈缩小，装上后不应卡擦转轴。5.2.3电机故障诊断技术电机故障诊断技术 1 电路系统 2 磁路系统 3 绝缘系统 4 机械系统 5 冷却系统电路系统：直流电系统 (略)交流电系统 单相交流电 (略)三相交流电缺相:不能形成完整的旋转磁场,不能启动;旋转中的电机缺相,声音异常,出力不够,电机发热.电压过高:电机磁密高,电机发热电
21、压过低:电机电流大,出力不足,声音异常,发热 磁路系统：单边磁拉力轴电流及其防止绝缘系统：电机的绝缘结构应满足产品所要求的耐热等级,足够的介电强度,优良的机械性能和良好的工艺性。能在规定的环境条件中长期使用,而其机电性能不致降低到影响电机安全运行的水平。电机绕组的基本绝缘结构：5.4电机的通风冷却电机的通风冷却冷却：是把电机损耗转变出来的热量首先传给初级冷却介质，使该冷却介质提高温度，已提高温度的冷却介质由新的低温冷却介质不断替换或通过某种形式的冷却器由次级冷却介质加以冷却的循环过程。冷却介质：用以传递热量的一种介质（液体或气体）。初级冷却介质：从电机的有效部分首先接受热量的冷却介质（一台电机
22、可以有一种以上的初级冷却介质）。次初级冷却介质：温度比初级冷却介质温度低的一种冷却介质，它通过冷却器把初级冷却介质的热量带走。冷却器：使一种冷却介质的热量转移到另一种冷却介质上，并保持两种冷却介质分开的装置。开路冷却：冷却介质取自电机周围，通过电机仍返回到电机周围。闭合循环冷却：初级冷却介质通过电机，必要时还通过冷却器成闭合循环。热量由初级冷却介质经过结构件或冷却器材传递给次级冷却介质。电机所需通风数据的估算电机所需通风数据的估算冷却空气量（米秒）：（）其中（-）-m为由冷却空气带走的总散热量（kW）；为电机容量（kW）；为效率；m为轴承摩擦损耗；为空气定容比热，千瓦秒米；为空气温升，；（t2
23、-t1)t2为出风口风温，t1为入风口风温。电机所需风压（毫米水柱）：其中为风阻，准确数据应由电机通风计算中确定。对各类电机，制造厂往往有不同的近似经验公式可以求得风压。5.5电机出厂试验电机出厂试验下列情况进行型式试验：）新产品试制完成时；）电机设计或工艺上的变更足以引起某些特征和参数发生变化时，则应进行有关的型式试验项目；）当检查试验结果与以前进行的型式试验结果发生不可容许的偏差时；）各类型电机标准所规定的定期抽试。5.5.1异步电动机试验5.5.1.1检查试验）绕组对机壳及绕组相互间绝缘电阻的测定；）绕组在实际冷状态下直流电阻测定；）转子开路电压的测定；）空载试验：确定空载电流，考核电机
24、轴承；）短路试验：测定短路电流为额定电流时的短路电压，判断定子绕组是否存在问题；）超速试验：考核转子各部在离心力下的强度；）绕组对机壳或铁心及绕组相互间绝缘介电强度试验；）绕组匝间绝缘介电强度试验。5.5.1.2型式试验1）绕组对机壳及绕组相互间绝缘电阻的测定；2）绕组在实际冷状态下直流电阻测定；3）转子开路电压的测定；4）空载试验；5）短路试验；6）温升试验：7）负载试验；8）最大转矩的测定；9）短时过转矩试验；10）起动过程中最小转矩是否满足相应标准；11）超速试验；12）绕组对机壳或铁心及绕组相互间绝缘介电强度试验；13）绕组匝间绝缘介电强度试验。5.5.2直流电动机试验5.5.2.1检查试验）电刷中性位置的测定；）绕组对机壳及相互间绝缘电阻的测定；）绕组在实际冷状态下直流电阻测定；）额定负载试验；）短时过转矩试验；）换向检查；）超速试验；）电枢绕组匝间绝缘强度试验；）绕组对机壳或铁心及绕组相互间绝缘介电强度试验；5.5.2.2型式试验包括上述检查试验，此外还有：）空载特性的测定：测定当电机在他励空载发电机方式下以额定转速运行时，电枢电压与励磁电流的关系；）温升试验：测定电机在额定工作状态下各部分的稳定温升；）效率的测定：校核设计；）无火花换向区域的的测定：测定电机的换向能力。