電機基礎知識及故障分析處理

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目錄

1、第一部分電機學基礎知識

2、第二部分電機常見機械和電氣故障

3、第三部分電機常見故障檢測方法

4、第四部分電機管理

5、第五部分電機軸承檢測技術—SPMHD

6、第六部分MCA電機靜態(tài)測試技術

7、第七部分ESA電機動態(tài)測試技術

8、第八部分應用案例及新產品介紹

第一部分、電機學基礎知識一、關于電機實現(xiàn)電能與機械能相互轉換的電工設備總稱為電機。機械能電能發(fā)電機電動機二、電機的分類電動機交流電動機直流電動機三相電動機單相電動機同步電動機異步電動機他勵、并勵電動機串勵、復勵電動機三、直流電機的特點和發(fā)展方向優(yōu)良的調速性能；起動轉矩比較大；生產成本較高，價格昂貴；需要使用直流電源；維護要求較高。發(fā)展方向：

逐漸被交流電機替代。目前全國電動機總容量中有85％以上是三相異步電動機。四、交流電機特點構造簡單；價格便宜；工作可靠；使用維護方便。五、三相異步電動機結構和工作原理1）、籠型電機的各部件

鐵心：由內周有槽的0.5mm厚硅鋼片疊成，磁路的一部分A----XB----YC----Z三相繞組機座：鑄鐵或鋼板焊接支撐鐵心和固定電機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CABZXY聯(lián)結4）、轉子籠型繞線式

轉子:在旋轉磁場作用下，產生感應電動勢或電流,產生旋轉力矩轉軸轉子鐵心轉子繞組0.5mm的硅鋼片疊壓籠型轉子(1)籠型轉子

鐵芯槽內放銅條，端部用短路環(huán)形成一體。或鑄鋁形成轉子繞組。繞線式轉子

同定子繞組一樣，也分為三相，并且接成星形。三相轉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，以便改善電機的起動和調速性能。繞線式轉子繞組與外接變阻器的連接

5)、

三相異步電動機的工作原理AXCZBYo旋轉磁場的產生AAXZBCYAAXZBCY分析可知：三相電流產生的合成磁場是一旋轉的磁場，

即：一個電流周期，旋轉磁場在空間轉過360°取決于三相電流的相序旋轉磁場的旋轉方向：結論：任意調換兩根電源進線，則旋轉磁場反轉。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磁場。C'Y'ABCXYZA'X'B'Z'AXBYC旋轉磁場的極對數P旋轉磁場的磁極對數與三相繞組的排列有關旋轉磁場的轉速工頻：

旋轉磁場的轉速取決于磁場的極對數p=1,為2極時0toAXYCBZAXYCBZAXYCBZp=2時0旋轉磁場轉速n1與極對數p的關系極對數每個電流周期磁場轉過的空間角度同步轉速旋轉磁場轉速n1

與頻率f1和極對數p有關。可見:三相電動機的工作原理轉動原理AXYCBZ定子三相繞組通入三相交流電方向:順時針

切割轉子導體右手定則感應電動勢E20旋轉磁場感應電流I2旋轉磁場左手定則電磁力FF電磁轉矩TnF轉差率

旋轉磁場的同步轉速和電動機轉子轉速之差與旋轉磁場的同步轉速之比稱為轉差率。

由前面分析可知，電動機轉子轉動方向與磁場旋轉的方向一致，但轉子轉速n不可能達到與旋轉磁場的轉速相等，即異步電動機如果:無轉子電動勢和轉子電流

轉子與旋轉磁場間沒有相對運動，磁通不切割轉子導條無轉矩因此，轉子轉速與旋轉磁場轉速間必須要有差別。三相異步電動機銘牌數據型號

磁極數(極對數p=2)例如：Y132M－4

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

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

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

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

三相異步電動機的功率因數較低，在額定負載時約為0.7~0.9?？蛰d時功率因數很低，只有

0.2~0.3。額定負載時，功率因數最高。額定轉速電機在額定電壓、額定負載下運行時的轉速。P2cosO電動機在額定負載時的轉矩。(1）.額定轉矩TN三個重要轉矩介紹OT額定轉矩(N?m)

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

轉子軸上機械負載轉矩T2不能大于Tmax

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

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

<Tmax

，否則電機將停轉。電機嚴重過熱而燒壞。sm與R2有關，R2smn。繞線式電機改變轉子附加電阻R′2可實現(xiàn)調速。(3）.起動轉矩Tst電動機起動時的轉矩。起動時n=0時，s=1Tst與R2有關，適當使

R2Tst。對繞線式電機改變轉子附加電阻

R′2,可使Tst=Tmax

。Tst體現(xiàn)了電動機帶載起動的能力。

若

Tst

>T2電機能起動，否則不能起動。OTTst起動能力三相異步電動機的制動(1）、能耗制動制動方法機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的轉子作用，產生了與轉子旋轉方向相反的轉距（制動轉距），使轉子迅速停止轉動。(2）、反接制動

停車時，將接入電動機的三相電源線中的任意兩相對調，使電動機定子產生一個與轉子轉動方向相反的旋轉磁場，從而獲得所需的制動轉矩，使轉子迅速停止轉動。

(3）、回饋制動

當電動機轉子的轉速大于旋轉磁場的轉速時，旋轉磁場產生的電磁轉距作用方向發(fā)生變化，由驅動轉距變?yōu)橹苿愚D距。電動機進入制動狀態(tài)狀態(tài)，同時將外力作用于轉子的能量轉換成電能回送給電網。

直流電動機的構造6.直流電動機1）

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

直流電機按照勵磁方式可分為他勵電動機、并勵電動機、串勵電動機和復勵電動機并勵電動機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IaUM+_If+_IE并勵復勵電動機勵磁線圈與轉子電樞的聯(lián)接有串有并，接在同一電源上。串勵電動機勵磁線圈與轉子電樞串聯(lián)接到同一電源上。串勵UIa+_IfM復勵U+_IMIa第二部分電機常見機械和電氣故障外界條件對電機運行的影響

電網和電源的影響

如電壓、頻率波動；操作或雷擊過電壓導致絕緣擊穿；諧波分量造成換向困難和交流電機諧波轉矩增加等負載性質和負載機械的影響

如安裝不對中；沖擊負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、酸氣等地基和基礎的影響一、運行條件引起的電機故障（一）運行條件原因引起故障電源條件電網電壓緩慢波動起動困難、轉速不穩(wěn)、過熱操作過電壓定子絕緣擊穿高次諧波諧波轉矩增加、繞組鐵心過熱、換向惡化運行條件引起的電機故障（二）運行條件原因引起故障負載條件經常過載電機過熱、軸承損壞、換向不良起動次數過多異步機過熱、斷條負載機械振動軸承損壞、換向不良沖擊負荷轉子結構部件松動、疲勞；軸扭振連續(xù)、重載起動阻尼繞組開焊、籠型繞組斷條運行條件引起的電機故障（三）運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構件、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、電刷磨損加劇運行條件引起的電機故障（四）運行條件原因引起故障基礎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座振動基礎振動機座振動吊裝碰撞絕緣局部損傷二、電機的電氣故障電機

1、轉子常見故障籠型異步機轉子偏心、斷條、繞組過熱繞線型異步機轉子偏心、轉子匝間短路、開焊、繞組過熱2、電機轉子常見故障大型同步電動機（高壓、強制通風；全壓、降壓、準同步、變頻起動）繞組端部松動、絕緣磨損、轉子結構部件松動、脫落、阻尼繞組開焊、端環(huán)接觸不良中型同步電動機（多為凸極結構、自帶風扇；阻尼繞組直接起動）轉子結構部件松動、集電環(huán)磨損3、電機轉子常見故障大型直流電動機換向惡化、結構部件松動和斷裂、絕緣電阻受環(huán)境影響而降低中小型直流電動機換向器與電刷磨損快、絕緣電阻低4、電機轉子常見故障交流調速同步電動機轉子結構部件松動、扭振現(xiàn)象、失步造成阻尼繞組過熱、堵轉造成繞組單相過熱交流調速異步電動機轉子偏心、轉子結構部件松動四、電機故障起因與早期征兆（一）部位故障起因早期征兆機座機座振動設計不良；安裝不當；強迫機械振動振動加大機座帶電制造問題；安裝不當溫升增加、絕緣熱分解冷卻介質流失管道堵塞；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；帶電導體碰殼機座帶電、放電電機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；機械振動；壓緊部件失效；鐵心風道壓條損壞起動和運行噪聲大、絕緣磨損、振動加大局部過熱定、轉子相擦；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)設計、制造不當；繞組端部綁扎不緊；槽楔松動；鐵心松動；電機振動端部振動加大、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；風路和端罩漏風絕緣電阻下降、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故障起因與早期征兆（四）部位故障起因早期征兆轉子鐵心、支架松動沖擊負荷使鍵連接松動；制造缺陷振動支架開裂沖擊負荷；軸系扭振噪聲、焊縫開裂不平衡匝間短路或斷條；轉子零部件脫落；轉子繞組或端環(huán)移位振動、噪聲與定子相擦偏心產生的單邊磁拉力；軸承磨損振動、溫升增加、電流擺動電機故障起因與早期征兆（五）部位故障起因早期征兆轉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、開焊設計、制造缺陷；焊接不良；長期過載；起動次數頻繁電流擺動、起動困難、振動、滑差增加、換向火化加大電機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)電火花產生麻點振動滾動軸承內、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；維護不良；云母間存在導電粉末換向火花拉長或條狀片間閃絡變形云母材料收縮；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；長期低電刷電密運行；電刷材質不合適換向器出現(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、油污粘結絕緣電阻低松動絕緣材料收縮滑環(huán)位移、偏擺電機故障起因與早期征兆（九）部位故障起因早期征兆電刷機構燒毀環(huán)火換向火花拉長、片間閃絡電刷磨損快換向火花大；材質不合適；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不當，電刷壓力不均勻；電刷材質不均勻個別或少數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）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）電機故障檢測傳統(tǒng)方法2、引出線頭尾檢查目的：交流電機引出線頭尾確定判斷電機繞組接線是否正確

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、轉子繞組(含接觸電阻)是否對稱運行中數據有無變化數據是否符合要求方法：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子有無斷條運行中數據有無變化數據是否符合要求方法：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引出線頭尾的檢查直流電機電刷中性線位置的測定方法：使用毫伏