電機(jī)基礎(chǔ)知識及故障分析處理

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目錄

1、第一部分電機(jī)學(xué)基礎(chǔ)知識

2、第二部分電機(jī)常見機(jī)械和電氣故障

3、第三部分電機(jī)常見故障檢測方法

4、第四部分電機(jī)管理

5、第五部分電機(jī)軸承檢測技術(shù)—SPMHD

6、第六部分MCA電機(jī)靜態(tài)測試技術(shù)

7、第七部分ESA電機(jī)動態(tài)測試技術(shù)

8、第八部分應(yīng)用案例及新產(chǎn)品介紹

第一部分、電機(jī)學(xué)基礎(chǔ)知識一、關(guān)于電機(jī)實現(xiàn)電能與機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換的電工設(shè)備總稱為電機(jī)。機(jī)械能電能發(fā)電機(jī)電動機(jī)二、電機(jī)的分類電動機(jī)交流電動機(jī)直流電動機(jī)三相電動機(jī)單相電動機(jī)同步電動機(jī)異步電動機(jī)他勵、并勵電動機(jī)串勵、復(fù)勵電動機(jī)三、直流電機(jī)的特點(diǎn)和發(fā)展方向優(yōu)良的調(diào)速性能；起動轉(zhuǎn)矩比較大；生產(chǎn)成本較高，價格昂貴；需要使用直流電源；維護(hù)要求較高。發(fā)展方向：

逐漸被交流電機(jī)替代。目前全國電動機(jī)總?cè)萘恐杏?5％以上是三相異步電動機(jī)。四、交流電機(jī)特點(diǎn)構(gòu)造簡單；價格便宜；工作可靠；使用維護(hù)方便。五、三相異步電動機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理1）、籠型電機(jī)的各部件

鐵心：由內(nèi)周有槽的0.5mm厚硅鋼片疊成，磁路的一部分A----XB----YC----Z三相繞組機(jī)座：鑄鐵或鋼板焊接支撐鐵心和固定電機(jī)硅鋼片裝有三相繞組的定子2）、定子3）、定子繞組接線盒定子三相繞組的聯(lián)接方法通常為：BZACXYXAZBYCABCZXYZXYBCAY聯(lián)結(jié)CABZXY聯(lián)結(jié)4）、轉(zhuǎn)子籠型繞線式

轉(zhuǎn)子:在旋轉(zhuǎn)磁場作用下，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢或電流,產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)子鐵心轉(zhuǎn)子繞組0.5mm的硅鋼片疊壓籠型轉(zhuǎn)子(1)籠型轉(zhuǎn)子

鐵芯槽內(nèi)放銅條，端部用短路環(huán)形成一體?；蜩T鋁形成轉(zhuǎn)子繞組。繞線式轉(zhuǎn)子

同定子繞組一樣，也分為三相，并且接成星形。三相轉(zhuǎn)子繞組通常連接成星形，即三個末端連在一起，三個首端分別與轉(zhuǎn)軸上的三個滑環(huán)（滑環(huán)與軸絕緣且滑環(huán)間相互絕緣）相連，通過滑環(huán)和電刷接到外部的變阻器上，以便改善電機(jī)的起動和調(diào)速性能。繞線式轉(zhuǎn)子繞組與外接變阻器的連接

5)、

三相異步電動機(jī)的工作原理AXCZBYo旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生AAXZBCYAAXZBCY分析可知：三相電流產(chǎn)生的合成磁場是一旋轉(zhuǎn)的磁場，

即：一個電流周期，旋轉(zhuǎn)磁場在空間轉(zhuǎn)過360°取決于三相電流的相序旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向：結(jié)論：任意調(diào)換兩根電源進(jìn)線，則旋轉(zhuǎn)磁場反轉(zhuǎn)。AXBYCZ

若定子每相繞組由兩個線圈串聯(lián)，繞組的始端之間互差60°，將形成兩對磁極的旋轉(zhuǎn)磁場。C'Y'ABCXYZA'X'B'Z'AXBYC旋轉(zhuǎn)磁場的極對數(shù)P旋轉(zhuǎn)磁場的磁極對數(shù)與三相繞組的排列有關(guān)旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速工頻：

旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速取決于磁場的極對數(shù)p=1,為2極時0toAXYCBZAXYCBZAXYCBZp=2時0旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速n1與極對數(shù)p的關(guān)系極對數(shù)每個電流周期磁場轉(zhuǎn)過的空間角度同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速n1

與頻率f1和極對數(shù)p有關(guān)?？梢?三相電動機(jī)的工作原理轉(zhuǎn)動原理AXYCBZ定子三相繞組通入三相交流電方向:順時針

切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體右手定則感應(yīng)電動勢E20旋轉(zhuǎn)磁場感應(yīng)電流I2旋轉(zhuǎn)磁場左手定則電磁力FF電磁轉(zhuǎn)矩TnF轉(zhuǎn)差率

旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速和電動機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速之差與旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速之比稱為轉(zhuǎn)差率。

由前面分析可知，電動機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動方向與磁場旋轉(zhuǎn)的方向一致，但轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n不可能達(dá)到與旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速相等，即異步電動機(jī)如果:無轉(zhuǎn)子電動勢和轉(zhuǎn)子電流

轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場間沒有相對運(yùn)動，磁通不切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)條無轉(zhuǎn)矩因此，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速間必須要有差別。三相異步電動機(jī)銘牌數(shù)據(jù)型號

磁極數(shù)(極對數(shù)p=2)例如：Y132M－4

用以表明電動機(jī)的系列、幾何尺寸和極數(shù)。機(jī)座長度代號機(jī)座中心高（mm）三相異步電動機(jī)電壓例如：380/220V、Y/是指線電壓為380V時采用Y聯(lián)結(jié)；線電壓為220V時采用

聯(lián)結(jié)。電動機(jī)在額定運(yùn)行時定子繞組上應(yīng)加的線電壓值。電流電動機(jī)在額定運(yùn)行時定子繞組的線電流值。例如：Y/6.73/11.64A

表示星形聯(lián)結(jié)下電機(jī)的線電流為6.73A；三角形聯(lián)結(jié)下線電流為11.64A。功率與效率籠型電機(jī)

=72~93％額定功率是指電機(jī)在額定運(yùn)行時軸上輸出的機(jī)械功率P2，它不等于從電源吸取的電功率P1。注意：實用中應(yīng)選擇容量合適的電機(jī)，防止出現(xiàn)“大馬拉小車”的現(xiàn)象。功率因數(shù)PN

三相異步電動機(jī)的功率因數(shù)較低，在額定負(fù)載時約為0.7~0.9?？蛰d時功率因數(shù)很低，只有

0.2~0.3。額定負(fù)載時，功率因數(shù)最高。額定轉(zhuǎn)速電機(jī)在額定電壓、額定負(fù)載下運(yùn)行時的轉(zhuǎn)速。P2cosO電動機(jī)在額定負(fù)載時的轉(zhuǎn)矩。(1）.額定轉(zhuǎn)矩TN三個重要轉(zhuǎn)矩介紹OT額定轉(zhuǎn)矩(N?m)

如某普通機(jī)床的主軸電機(jī)(Y132M-4型)的額定功率為7.5kw,額定轉(zhuǎn)速為1440r/min,則額定轉(zhuǎn)矩為(2).最大轉(zhuǎn)矩Tmax

轉(zhuǎn)子軸上機(jī)械負(fù)載轉(zhuǎn)矩T2不能大于Tmax

，否則將造成堵轉(zhuǎn)(停車)。電機(jī)帶動最大負(fù)載的能力。令：求得臨界轉(zhuǎn)差率OTTmax將sm代入轉(zhuǎn)矩公式，可得當(dāng)U1

一定時，Tmax為定值過載系數(shù)(能力)一般三相異步電動機(jī)的過載系數(shù)為工作時必須使T2

<Tmax

，否則電機(jī)將停轉(zhuǎn)。電機(jī)嚴(yán)重過熱而燒壞。sm與R2有關(guān)，R2smn。繞線式電機(jī)改變轉(zhuǎn)子附加電阻R′2可實現(xiàn)調(diào)速。(3）.起動轉(zhuǎn)矩Tst電動機(jī)起動時的轉(zhuǎn)矩。起動時n=0時，s=1Tst與R2有關(guān)，適當(dāng)使

R2Tst。對繞線式電機(jī)改變轉(zhuǎn)子附加電阻

R′2,可使Tst=Tmax

。Tst體現(xiàn)了電動機(jī)帶載起動的能力。

若

Tst

>T2電機(jī)能起動，否則不能起動。OTTst起動能力三相異步電動機(jī)的制動(1）、能耗制動制動方法機(jī)械制動電氣制動能耗制動反接制動發(fā)電反饋制動

在斷開三相電源的同時，給電動機(jī)其中兩相繞組通入直流電流，直流電流形成的固定磁場與旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子作用，產(chǎn)生了與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相反的轉(zhuǎn)距（制動轉(zhuǎn)距），使轉(zhuǎn)子迅速停止轉(zhuǎn)動。(2）、反接制動

停車時，將接入電動機(jī)的三相電源線中的任意兩相對調(diào)，使電動機(jī)定子產(chǎn)生一個與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動方向相反的旋轉(zhuǎn)磁場，從而獲得所需的制動轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子迅速停止轉(zhuǎn)動。

(3）、回饋制動

當(dāng)電動機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速大于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速時，旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)距作用方向發(fā)生變化，由驅(qū)動轉(zhuǎn)距變?yōu)橹苿愚D(zhuǎn)距。電動機(jī)進(jìn)入制動狀態(tài)狀態(tài)，同時將外力作用于轉(zhuǎn)子的能量轉(zhuǎn)換成電能回送給電網(wǎng)。

直流電動機(jī)的構(gòu)造6.直流電動機(jī)1）

直流電機(jī)的構(gòu)造與工作原理定子轉(zhuǎn)子機(jī)座、主磁極、換向極、電刷裝置等鐵心、繞組、換向器作用是產(chǎn)生磁場和作電機(jī)的機(jī)械支撐產(chǎn)生感應(yīng)電動勢實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵部分。直流電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)：他勵電動機(jī)勵磁繞組和電樞繞組分別由兩個直流電源供電。2)、直流電機(jī)的分類

直流電機(jī)按照勵磁方式可分為他勵電動機(jī)、并勵電動機(jī)、串勵電動機(jī)和復(fù)勵電動機(jī)并勵電動機(jī)勵磁繞組和電樞繞組并聯(lián)，由一個直流電源供電。UUfIaM+_+_If他勵I(lǐng)aUM+_If+_IE并勵復(fù)勵電動機(jī)勵磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞的聯(lián)接有串有并，接在同一電源上。串勵電動機(jī)勵磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞串聯(lián)接到同一電源上。串勵UIa+_IfM復(fù)勵U+_IMIa第二部分電機(jī)常見機(jī)械和電氣故障外界條件對電機(jī)運(yùn)行的影響

電網(wǎng)和電源的影響

如電壓、頻率波動；操作或雷擊過電壓導(dǎo)致絕緣擊穿；諧波分量造成換向困難和交流電機(jī)諧波轉(zhuǎn)矩增加等負(fù)載性質(zhì)和負(fù)載機(jī)械的影響

如安裝不對中；沖擊負(fù)載引起的扭振等安裝環(huán)境和場所的影響

環(huán)境溫度、濕度、海拔高度；使用場所的粉塵、有害氣體、鹽霧、酸氣等地基和基礎(chǔ)的影響一、運(yùn)行條件引起的電機(jī)故障（一）運(yùn)行條件原因引起故障電源條件電網(wǎng)電壓緩慢波動起動困難、轉(zhuǎn)速不穩(wěn)、過熱操作過電壓定子絕緣擊穿高次諧波諧波轉(zhuǎn)矩增加、繞組鐵心過熱、換向惡化運(yùn)行條件引起的電機(jī)故障（二）運(yùn)行條件原因引起故障負(fù)載條件經(jīng)常過載電機(jī)過熱、軸承損壞、換向不良起動次數(shù)過多異步機(jī)過熱、斷條負(fù)載機(jī)械振動軸承損壞、換向不良沖擊負(fù)荷轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)部件松動、疲勞；軸扭振連續(xù)、重載起動阻尼繞組開焊、籠型繞組斷條運(yùn)行條件引起的電機(jī)故障（三）運(yùn)行條件原因引起故障環(huán)境條件高溫過熱、絕緣老化低溫霜凍有害氣體結(jié)構(gòu)件、絕緣腐蝕；氧化膜異常高濕度絕緣吸潮、擊穿低濕度電刷噪聲、氧化膜不易建立海拔>1000m允許溫升降低、換向困難粉塵、油霧絕緣電阻降低、電刷磨損加劇運(yùn)行條件引起的電機(jī)故障（四）運(yùn)行條件原因引起故障基礎(chǔ)條件不對中振動大接觸不良接頭處局部發(fā)熱軸承絕緣接地軸電流座腳螺絲松機(jī)座振動基礎(chǔ)振動機(jī)座振動吊裝碰撞絕緣局部損傷二、電機(jī)的電氣故障電機(jī)

1、轉(zhuǎn)子常見故障籠型異步機(jī)轉(zhuǎn)子偏心、斷條、繞組過熱繞線型異步機(jī)轉(zhuǎn)子偏心、轉(zhuǎn)子匝間短路、開焊、繞組過熱2、電機(jī)轉(zhuǎn)子常見故障大型同步電動機(jī)（高壓、強(qiáng)制通風(fēng)；全壓、降壓、準(zhǔn)同步、變頻起動）繞組端部松動、絕緣磨損、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)部件松動、脫落、阻尼繞組開焊、端環(huán)接觸不良中型同步電動機(jī)（多為凸極結(jié)構(gòu)、自帶風(fēng)扇；阻尼繞組直接起動）轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)部件松動、集電環(huán)磨損3、電機(jī)轉(zhuǎn)子常見故障大型直流電動機(jī)換向惡化、結(jié)構(gòu)部件松動和斷裂、絕緣電阻受環(huán)境影響而降低中小型直流電動機(jī)換向器與電刷磨損快、絕緣電阻低4、電機(jī)轉(zhuǎn)子常見故障交流調(diào)速同步電動機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)部件松動、扭振現(xiàn)象、失步造成阻尼繞組過熱、堵轉(zhuǎn)造成繞組單相過熱交流調(diào)速異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子偏心、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)部件松動四、電機(jī)故障起因與早期征兆（一）部位故障起因早期征兆機(jī)座機(jī)座振動設(shè)計不良；安裝不當(dāng)；強(qiáng)迫機(jī)械振動振動加大機(jī)座帶電制造問題；安裝不當(dāng)溫升增加、絕緣熱分解冷卻介質(zhì)流失管道堵塞；軟管破裂；泵故障濕度增加、溫升增加、絕緣熱分解接地繞組絕緣破損；繞組絕緣過低；帶電導(dǎo)體碰殼機(jī)座帶電、放電電機(jī)故障起因與早期征兆（二）部位故障起因早期征兆定子鐵心鐵心松動壓裝不緊；機(jī)械振動；壓緊部件失效；鐵心風(fēng)道壓條損壞起動和運(yùn)行噪聲大、絕緣磨損、振動加大局部過熱定、轉(zhuǎn)子相擦；制造與安裝中鐵心絕緣局部損壞局部溫升增加、絕緣熱分解老化電機(jī)故障起因與早期征兆（三）部位故障起因早期征兆定子繞組絕緣局部破損安裝、運(yùn)行中撞壞局部放電絕緣磨損定子繞組松動；繞組端部支撐環(huán)設(shè)計、制造不當(dāng)；繞組端部綁扎不緊；槽楔松動；鐵心松動；電機(jī)振動端部振動加大、泄漏電流增加、局部放電增加絕緣受污染冷卻空氣濕度過高；冷卻空氣過濾不好；軸承漏油；風(fēng)路和端罩漏風(fēng)絕緣電阻下降、泄漏電流增加連接線損壞焊接不良；振動；電流過大放電絕緣裂紋端部固定不良；機(jī)械振動；溫度過高，濕度過低絕緣電阻下降、泄漏電流增加、局部放電增加電暈鐵心出口處電位梯度過大；絕緣層間間隙制造工藝缺陷暗處能看到電暈現(xiàn)象、絕緣電腐蝕繞組竄位槽楔松；線圈與槽有間隙；端部綁扎不緊；綁扎墊塊脫落匝間短路端部固定不好；機(jī)械碰撞使繞組變形；繞組松動；制造缺陷三相電流不對稱、振動、有短路匝線圈溫升高電機(jī)故障起因與早期征兆（四）部位故障起因早期征兆轉(zhuǎn)子鐵心、支架松動沖擊負(fù)荷使鍵連接松動；制造缺陷振動支架開裂沖擊負(fù)荷；軸系扭振噪聲、焊縫開裂不平衡匝間短路或斷條；轉(zhuǎn)子零部件脫落；轉(zhuǎn)子繞組或端環(huán)移位振動、噪聲與定子相擦偏心產(chǎn)生的單邊磁拉力；軸承磨損振動、溫升增加、電流擺動電機(jī)故障起因與早期征兆（五）部位故障起因早期征兆轉(zhuǎn)子繞組接地絕緣損傷；過熱振動、放電匝間短路絕緣損傷；過熱；污垢積存電流擺動、三相阻抗不平衡、振動、熱分解斷條、開焊設(shè)計、制造缺陷；焊接不良；長期過載；起動次數(shù)頻繁電流擺動、起動困難、振動、滑差增加、換向火化加大電機(jī)故障起因與早期征兆（六）部位故障起因早期征兆軸承溫度高潤滑不良；軸瓦間隙過小發(fā)熱帶電接地不好；軸電壓過高軸電流、軸瓦和軸頸上出現(xiàn)電火花產(chǎn)生麻點(diǎn)振動滾動軸承內(nèi)、外圈和滾動體損壞；滑動軸承油膜振蕩振動漏油密封失效潤滑油滲漏、潤滑脂溢出電機(jī)故障起因與早期征兆（七）部位故障起因早期征兆換向器環(huán)火換向惡化；維護(hù)不良；云母間存在導(dǎo)電粉末換向火花拉長或條狀片間閃絡(luò)變形云母材料收縮；片間壓力降低；拉緊螺桿松電刷跳動、換向火花大表面燒傷換向不良換向火花大磨損換向火花；冷卻空氣多塵埃；長期低電刷電密運(yùn)行；電刷材質(zhì)不合適換向器出現(xiàn)軸向波浪度升高片斷裂振動大；軸系扭振換向火花大電機(jī)故障起因與早期征兆（八）部位故障起因早期征兆滑環(huán)磨損火花大、電刷壓力過大；電刷材質(zhì)不合適；環(huán)境塵埃多表面出現(xiàn)燒黑和溝紋火花大電刷材質(zhì)不合適；電流分配不均勻；電刷工作狀態(tài)不良；電流過大；冷卻不良電刷下火花絕緣不良絕緣表面碳粉、油污粘結(jié)絕緣電阻低松動絕緣材料收縮滑環(huán)位移、偏擺電機(jī)故障起因與早期征兆（九）部位故障起因早期征兆電刷機(jī)構(gòu)燒毀環(huán)火換向火花拉長、片間閃絡(luò)電刷磨損快換向火花大；材質(zhì)不合適；換向器表面狀態(tài)不好；換向器變形碳粉多、電刷消耗量大電刷不均勻火花維護(hù)不當(dāng)，電刷壓力不均勻；電刷材質(zhì)不均勻個別或少數(shù)電刷下火花電刷抖動濕度過低；電刷潤滑性能不好電刷噪聲第三部分電機(jī)常見故障檢測方法1、絕緣電阻測試目的：驗證絕緣狀況是否滿足運(yùn)行基本要求判斷絕緣損傷、受潮、老化狀態(tài)（必要時測試吸收比、極化指數(shù)）方法：使用兆歐表、絕緣測試儀、MCA系列檢測儀（按電壓等級選用）電機(jī)故障檢測傳統(tǒng)方法2、引出線頭尾檢查目的：交流電機(jī)引出線頭尾確定判斷電機(jī)繞組接線是否正確

方法：使用萬用表、毫伏表、相序測試儀等3、直流電阻測試目的：檢查定、轉(zhuǎn)子繞組(含接觸電阻)是否對稱運(yùn)行中數(shù)據(jù)有無變化數(shù)據(jù)是否符合要求方法：使用電橋、直阻儀、微歐計（現(xiàn)場判斷也可用萬用表、MCA系列檢測儀）4、電感測試目的：檢查繞組是否對稱或存在故障判斷轉(zhuǎn)子有無斷條運(yùn)行中數(shù)據(jù)有無變化數(shù)據(jù)是否符合要求方法：使用電壓電流法、電感測試儀、MCA系列檢測儀5、片間電阻測試目的：檢查直流電機(jī)電樞繞組是否存在故障檢修后繞組是否滿足要求檢查電樞繞組與換向器、升高片之間的焊接是否良好方法：使用毫伏表、片間電阻測試儀、電樞綜合測試儀、匝間測試儀（盡可能采用恒流電源）6、極性、刷位測試目的：檢查直流電機(jī)各磁極間聯(lián)接是否正確檢查串激線圈聯(lián)接是否正確確定換向極極性確定換向極和電樞的連接交流電機(jī)引出線頭尾的檢查直流電機(jī)電刷中性線位置的測定方法：使用毫伏