毕业设计（论文）-三相异步电动机的故障原因及对策浅析.doc

郑州工业安全职业学院毕业论文（设计）题 目：三相异步电动机的故障原因及对策浅析 姓 名 系 别_机电工程系_ 专 业_机电一体化_ 年 级 08级 指导教师_2011年 05月 28日目 录内容摘要1前 言2第一章 三相异步电动机的结构3（一）定子（静止部分）3（二）转子（旋转部分）4（三）三相异步电动机的其它附件5第二章 三相异步式电动机工作原理5第三章 三相异步式电动机的选用8（一）电动机的选用8（二）电动机的选用要点8（三）三相异步电动机的选用步骤9第四章 电机绕组局部烧毁的原因及对策9（一）密封不良9（二）轴承磨损9（三）零件摩擦10（四）绝缘老化11第五章 绕组烧毁（或过热）的原因及对策11第六章 三相异步电动机维护保养12（一）启动前的准备和检查12（二）行中的维护13结 语14参考文献15谢 词16内容摘要工业生产中广泛应用电动机拖动生产机械,而其中三相异步电动机的使用尤其广泛。我们在生产中经常会遇到因三相异步电动因使用不当而被烧毁,不仅增加了生产成本,而且影响到正常的生产。故而减少电动机烧毁故障、提高电动机的使用寿命显得尤其重要。弄清其故障发生的规律并采取相应的预防措施才是我们生产中应有的正确态度。关键词：三相异步电动机 烧毁 对策前 言异步电动机具有结构简单、运行可靠、价格低、维护方便等一系列的优点，因此，异步电动机被广泛应用在电力拖动系统中。尤其是随着电力电子技术的发展和交流调速技术的日益成熟，使得异步电动机在调速性能方面大大提高。目前，异步电动机的电力拖动已被广泛地应用在各个工业电气自动化领域中。由于大部分电机使用年限较长，且不少电机长年累月运行在较恶劣的环境中，电机烧毁的事故常有发生，严重影响着生产的安全、可靠、长周期运行。现针对电机烧毁原因及相应对策做以简要分析和介绍，希望能对从事电气工作和安全管理工作的人员有所帮助。 第一章 三相异步电动机的结构（一）定子（静止部分）1、定子铁心作用：电机磁路的一部分，并在其上放置定子绕组。构造：定子铁心一般由0.350.5毫米厚表面具有绝缘层的硅钢片冲制、叠压而成，在铁心的内圆冲有均匀分布的槽，用以嵌放定子绕组。定子铁心槽型有以下几种半闭口型槽：电动机的效率和功率因数较高，但绕组嵌线和绝缘都较困难。一般用于小型低压电机中。半开口型槽：可嵌放成型绕组，一般用于大型、中型低压电机。所谓成型绕组即绕组可事先经过绝缘处理后再放入槽内。开口型槽：用以嵌放成型绕组，绝缘方法方便，主要用在高压电机中。2、定子绕组作用：是电动机的电路部分，通入三相交流电，产生旋转磁场。构造：由三个在空间互隔120电角度、队称排列的结构完全相同绕组连接而成，这些绕组的各个线圈按一定规律分别嵌放在定子各槽内。定子绕组的主要绝缘项目有以下三种：（保证绕组的各导电部分与铁心间的可靠绝缘以及绕组本身间的可靠绝缘）。（1）对地绝缘：定子绕组整体与定子铁心间的绝缘。（2）相间绝缘：各相定子绕组间的绝缘。（3）匝间绝缘：每相定子绕组各线匝间的绝缘。电动机接线盒内的接线：电动机接线盒内都有一块接线板，三相绕组的六个线头排成上下两排，并规定上排三个接线桩自左至右排列的编号为1（u1）、2（v1）、3（w1），下排三个接线桩自左至右排列的编号为6（w2）、4（u2）、5（v2），.将三相绕组接成星形接法或三角形接法。凡制造和维修时均应按这个序号排列。3、机座作用：固定定子铁心与前后端盖以支撑转子，并起防护、散热等作用。构造：机座通常为铸铁件，大型异步电动机机座一般用钢板焊成，微型电动机的机座采用铸铝件。封闭式电机的机座外面有散热筋以增加散热面积，防护式电机的机座两端端盖开有通风孔，使电动机内外的空气可直接对流，以利于散热。（二）转子（旋转部分）1、三相异步电动机的转子铁心作用：作为电机磁路的一部分以及在铁心槽内放置转子绕组。构造：所用材料与定子一样，由0.5毫米厚的硅钢片冲制、叠压而成，硅钢片外圆冲有均匀分布的孔，用来安置转子绕组。通常用定子铁心冲落后的硅钢片内圆来冲制转子铁心。一般小型异步电动机的转子铁心直接压装在转轴上，大、中型异步电动机（转子直径在300400毫米以上）的转子铁心则借助与转子支架压在转轴上。2、三相异步电动机的转子绕组 作用：切割定子旋转磁场产生感应电动势及电流，并形成电磁转矩而使电动机旋转。构造：分为鼠笼式转子和绕线式转子。（1）鼠笼式转子：转子绕组由插入转子槽中的多根导条和两个环行的端环组成。若去掉转子铁心，整个绕组的外形像一个鼠笼，故称笼型绕组。小型笼型电动机采用铸铝转子绕组，对于100kw以上的电动机采用铜条和铜端环焊接而成。鼠笼转子分为：阻抗型转子、单鼠笼型转子、双鼠笼型转子、深槽式转子几种，起动转矩等特性各有不同。（2）绕线式转子：绕线转子绕组与定子绕组相似，也是一个对称的三相绕组，一般接成星形，三个出线头接到转轴的三个集流环上，再通过电刷与外电路连接。特点：结构较复杂，故绕线式电动机的应用不如鼠笼式电动机广泛。但通过集流环和电刷在转子绕组回路中串入附加电阻等元件，用以改善异步电动机的起、制动性能及调速性能，故在要求一定范围内进行平滑调速的设备，如吊车、电梯、空气压缩机等上面采用。（三）三相异步电动机的其它附件1、端盖：支撑作用。2、轴承：连接转动部分与不动部分。3、轴承端盖：保护轴承。4、风扇：冷却电动机第二章 三相异步式电动机工作原理当向三相定子绕组中通过入对称的三相交流电时，就产生了一个以同步转速n1沿定子和转子内圆空间作顺时针方向旋转的旋转磁场。由于旋转磁场以n1转速旋转，转子导体开始时是静止的，故转子导体将切割定子旋转磁场而产生感应电动势（感应电动势的方向用右手定则判定）。由于转子导体两端被短路环短接，在感应电动势的作用下，转子导体中将产生与感应电动势方向基本一致的感生电流。转子的载流导体在定子磁场中受到电磁力的作用（力的方向用左手定则判定）。电磁力对转子轴产生电磁转矩，驱动转子沿着旋转磁场方向旋转。通过上述分析可以总结出电动机工作原理为：都基于电磁感应定律和电磁力定律。因此，其构造的一般原则是：用适当的导磁和导电材料构成互相进行电磁感应的磁路和电路，以产生电磁功率，达到能量转换的目的。三相异步电机是感应电机，定子通入电流以后，部分磁通穿过短路环，并在其中产生感应电流。短路环中的电流阻碍磁通的变化，致使有短路环部分和没有短路环部分产生的磁通有了相位差，从而形成旋转磁场。通电启动后，转子绕组因与磁场间存在着相对运动而感生电动势和电流，即旋转磁场与转子存在相对转速，并与磁场相互作用产生电磁转矩，使转子转起来，实现能量变换。（一）定子旋转磁场产生的原理 旋转磁场：指磁场的轴线位置随时间而旋转的磁场。 在三相异步电动机的定子铁心中放置三组结构完全相同的绕组u1u2、v1v2、w1w2，各相绕组在空间互差120电角度，向这三相绕组中通入对称的三相交流电，则在定子与转子的空气隙中产生一个旋转磁场。 以两极电机即2p=2为例说明，对称的三相绕组u1u2、v1v2、w1w2假定为集中绕组，三相绕组接成星形，并通以三相对称电流ia、ib、ic。如动画演示所示。假定电流的瞬时值为正时是从各绕组的首端流入，末端流出。电流流入端用“”表示，电流流出端用“”表示。 wt=0时，ia=0； ib为负值，即ib由末端v2流入，首端v1流出； ic为正值，即ic由首端w1流入，末端w2流出。 电流流入端用“”表示，电流流出端用“” 表示。 利用右手螺旋定则可确定在wt=0瞬间由三相电流所产生的合成磁场方向，如动画演示所示。 可见合成磁场是一对磁极，磁场方向与纵轴线方向一致，上方是北极，下方是南极。wt= /2时，ia为正最大值，即ia由首端u1流入，末端u2流出； ib为负值，即ib由末端v2流入，首端v1流出； ic为负值，即ic由w2流入，w1流出。 可见合成磁场方向以较wt=0时按时针方向转过90o。 同理可画出wt= ，wt=3/2，wt= 2时的合成磁场，可看出磁场的方向逐步按顺时针方向旋转，共转过360o，即旋转一周。 综上所述，在三相交流电动机定子上布置有结构完全相同在空间位置各相差120o电角度的三相绕组，分别通入三相交流电，则在定子与转子的空气隙间所产生的合成磁场是沿定子内圆旋转的，故称旋转磁场。 （二）旋转磁场的旋转方向 u相、v相、w相绕组的电流分别为ia、ib、ic。 三相交流电的相序a b c。 旋转磁场的旋转方向为u相 v相 w相（顺时针旋转） 若 u相、v相、w相绕组的电流分别为ia、ic、ib（即任意调换电动机两相绕组所接交流电源的相序） 旋转磁场的旋转方向为逆时针旋转。 综上所述，旋转磁场的旋转方向决定于通入定子绕组中的三相交流电源的相序。只要任意调换电动机两相绕组所接交流电源的相序，旋转磁场即反转。 （三）旋转磁场的旋转速度 两极三相异步电动机（即2p=2）定子绕组产生的旋转磁场，当三相交流电变化一周后，其所产生的旋转磁场也正好旋转一周。 故在两极电动机中旋转磁场的转速等于三相交流电的变化速度，即n1=60f1=3000转分。 四极三相异步电动机（即2p=4）定子绕组产生的旋转磁场，当三相交流电变化一周后，其所产生的旋转磁场只旋转了半圈。 故在四极电动机中旋转磁场的转速等于三相交流电的变化速度的一半，即n1= 60 f1/2 =1500转/分。 综上所述，当三相异步电动机定子绕组为p 对磁极时，旋转磁场的转速为 n1 = 60f1/p 式中 n1:旋转磁场转速（又称同步转速），转/分 f1:三相交流电源的频率，赫； p:磁极对数。 三相异步电动机的转动原理 问题：为什么称“异步”电动机？ 正常情况下，转子转速n总是略低于旋转磁场转速即同步转速n1，若n= n1 ，则旋转磁场和转子导体间将不存在相对运动，因而转子导体电动势为零 。n和n1总存在差异，异步电动机的名称由此而来。异步电动机的转子绕组并不直接与电源相接，而是依靠电磁感应的原理产生感应电动势和电流，故又可称为感应电动机。 （四）异步电动机的转差率 分析n和n1间的关系： 1、当n=0，转子切割旋转磁场的相对转速n1n= n1为最大，故转子中的感应电动势和电流最大。 2、当转子转速n增加时，则n1n开始下降，故转子中的感应电动势和电流下降。 3、当n= n1，则n1n=0，转子导体不切割定子旋转磁场，故转子中没有感应电动势。 转差率：同步转速n1与转子转速 n之差对同步转速之比值，用s表示。 s是恒量异步电动机性能的一个重要参数，分析几个特定工作状态下的s值。 1、电动机静止或在启动的瞬间，n=0，s=1。 2、电动机空载时，需克服的阻力很小，故转速很高，s很小。 3、电动机额定负载时的转差率s约为0.010.07。 4、电机处于电动机状态运行时0s1。第三章 三相异步式电动机的选用（一）电动机的选用三相异步电动机应用广泛，是一种主要的动力源。在此，要特别强调合理选择电动机的额定功率，如额定功率选择过大，不仅造成设备投资费用增加，而且电动机长期处于低效率低功率因数点运行，是很不合理很不经济的。（二）电动机的选用要点（1）根据机械负载特性、生产工艺、电网要求、建设费用、运行费用等综合指标，合理选择电动机的类型。（2）根据机械负载所要求的过载能力、启动转矩、工作制及工况条件，合理选择电动机的功率，使功率匹配合理，并具有适当的备用功率，力求运行安全、可靠而经济。（3）根据使用场所的环境，选择电动机的防护等级和结构形式。（4）根据生产机械的最高机械转速和传动调速系统的要求，选择电动机的转速。（5）根据使用的环境温度，维护检查方便、安全可靠等要求，选择电动机的绝缘等级和安装方式。（6）根据电网电压、频率、选择电动机的额定电压以及额定频率。（三）三相异步电动机的选用步骤选电动机类型选电动机容量校核启动转矩最大转矩等效发热校核经济性综合指标校核电动机机械特性与负载特性对比电动机电压等级与频率决定 第四章 电机绕组局部烧毁的原因及对策（一）密封不良由于电机本身密封不良，加之环境跑冒滴漏，使电机内部进水或进入其它带有腐蚀性液体或气体，电机绕组绝缘受到浸蚀，最严重部位或绝缘最薄弱点发生一点对地、相间短路或匝间短路现象，从而导致电机绕组局部烧坏。 相应对策：尽量消除工艺和机械设备的跑冒滴漏现象；检修时注意搞好电机的每个部位的密封，例如在各法兰涂少量704密封胶，在螺栓上涂抹油脂，必要时在接线盒等处加装防滴溅盒，如电机暴漏在易侵入液体和污物的地方应作保护罩；对在此环境中运行的电机要缩短小修和中修周期，严重时要及时进行中修。 （二）轴承磨损由于轴承损坏，轴弯曲等原因致使定、转子磨擦（俗称扫膛）引起铁心温度急剧上升，烧毁槽绝缘、匝间绝缘，从面造成绕组匝间短路或对地“放炮”。严重时会使定子铁心倒槽、错位、转轴磨损、端盖报废等。轴承损坏一般由下列原因造成：轴承装配不当，如冷装时不均匀敲击轴承内圈使轴受到磨损，导致轴承内圈与轴承配合失去过盈量或过盈量变小，出现跑内圈现象，装电机端盖时不均匀敲击导致端盖轴承室与轴承外圈配合过松出现跑外圈现象。无论跑内圈还是跑外圈均会引起轴承运行温升急剧上升以致烧毁，特别是跑内圈故障会造成转轴严重磨损和弯曲。但间断性跑外圈一般情况下不会造成轴承温度急剧上升，只要轴承完好，允许间断性跑外圈现象存在。轴承腔内未清洗干净或所加油脂不干净。例如轴承保持架内的微小刚性物质未彻底清理干净，运行时轴承滚道受损引起温升过高烧毁轴承。轴承重新更换加工，电机端盖嵌套后过盈量大或椭圆度超标引起轴承滚珠游隙过小或不均匀导致轴承运行时磨擦力增加，温度急剧上升直至烧毁。由于定、转子铁心轴向错位或重新对转轴机加工后精度不够，致使轴承内、外圈不在一个切面上而引起轴承运行“吃别劲”后温升高直至烧毁。由于电机本体运行温升过高，且轴承补充加油脂不及时造成轴承缺油甚至烧毁。由于不同型号油脂混用造成轴承损坏。轴承本身存在制造质量问题，例如滚道锈斑、转动不灵活、游隙超标、保持架变形等。备机长期不运行，油脂变质，轴承生锈而又未进行中修。 相应对策：卸装轴承时，一般要对轴承加热至80100，如采用轴承加热器，变压器油煮等，只有这样，才能保证轴承的装配质量。安装轴承前必须对其进行认真仔细的清洗，轴承腔内不能留有任何杂质，填加油脂时必须保证洁净。尽量避免不必要的转轴机加工及电机端盖嵌套工作。组装电机时一定要保证定、转子铁心对中，不得错位。电机外壳洁净见本色，通风必须有保证，冷却装置不能有积垢，风叶要保持完好。禁止多种润滑油脂混用。安装轴承前先要对轴承进行全面仔细的完好性检查。对于长期不用的电机，使用前必须进行必要的解体检查，更新轴承油脂。 （三）零件摩擦由于绕组端部较长或局部受到损伤与端盖或其它附件相磨擦，导致绕组局部烧坏。 相应对策：电机在更新绕组时，必须按原数据嵌线。检修电机时任何刚性物体不准碰及绕组，电机转子抽芯时必须将转子抬起，杜绝定、转子铁芯相互磨擦。动用明火时必须将绕组与明火隔离并保证有一定距离。电机回装前要对绕组的完好性进行认真仔细的检查确诊。 （四）绝缘老化由于长时间过载或过热运行，绕组绝缘老化加速，绝缘最薄弱点碳化引起匝间短路、相间短路或对地短路等现象使绕组局部烧毁。 相应对策：尽量避免电动机过载运行。保证电动机洁净并通风散热良好。避免电动机频繁启动，必要时需对电机转子做动平衡试验。 （五）绕组磨损电机绕组绝缘受机械振动（如启动时大电流冲击，所拖动设备振动，电机转子不平衡等）作用，使绕组出现匝间松驰、绝缘裂纹等不良现象，破坏效应不断积累，热胀冷缩使绕组受到磨擦，从而加速了绝缘老化，最终导致最先碳化的绝缘破坏直至烧毁绕组。 相应对策：尽可能避免频繁启动，特别是高压电机。保证被拖动设备和电机的振动值在规定范围内。第五章 绕组烧毁（或过热）的原因及对策 如果出现电动机一相或两相绕组烧坏（或过热），一般都是因为缺相运行所致。在这里不作深刻的理论分析，仅作简要说明。 当电机不论何种原因缺相后，电动机虽然尚能继续运行，但转速下降，滑差变大，其中b、c两相变为串联关系后与a相并联，在负荷不变的情况下，a相电流过大，长时间运行，该相绕组必然过热而烧毁。 三相异步电动机绕组为y接法的情况：电源缺相后，电动机尚可继续运行，但同样转速明显下降，转差变大，磁场切割导体的速率加大，这时b相绕组被开路，a、c两相绕组变为串联关系且通过电流过大，长时间运行，将导致两相绕组同时烧坏。 这里需要特别指出，如果停止的电动机缺一相电源合闸时，一般只会发生嗡嗡声而不能启动，这是因为电动机通入对称的三相交流电会在定子铁心中产生圆形旋转磁场，但当缺一相电源后，定子铁心中产生的是单相脉动磁场，它不能使电动机产生启动转矩。因此，电源缺相时电动机不能启动。但在运行中，电动机气隙中产生的是三相谐波成分较高的椭圆形旋转磁场，所以，正在运行中的电动机缺相后仍能运转，只是磁场发生畸变，有害电流成分急剧增大，最终导致绕组烧坏。 相应对策：无论电动机是在静态还是动态，缺相运行带来的直接危害就是电机一相或两相绕组过热甚至烧坏。与此同时，由于动力电缆的过流运行加速了绝缘老化。特别是在静态时，缺相会在电机绕组中产生几倍于额定电流的堵转电流。其绕组烧坏的速度比运行中突然缺相更快更严重。所以在我们对电机进行日常维护和检修的同时，必须对电机相应的mcc功能单元进行全面的检修和试验。尤其是要认真检查负荷开关、动力线路、静动触点的可靠性。杜绝缺相运行。第六章 三相异步电动机维护保养（一）启动前的准备和检查（1）检查电动及启动设备接地是否可靠和完整，接线是否正确与良好。（2）检查电动机铭牌所示电压、频率与电源电压、频率是否相符。（3）新安装或长期停用的电动机启动前应检查绕组相对相、相对地绝缘电阻。绝缘地那组应大于0.5兆欧，如果低于此值，须将绕组烘干。（4）对绕线型转子应检查其集电环上的电刷装置是否能正常工作，电刷压力是否符合要求。（5）检查电动机转动是否灵活，滑动轴承内的油是否达到规定油位。（6）检查电动机所用熔断器的额定电流是否符合要求。（7）检查电动机各紧固螺栓及安装螺栓是否拧紧。上述各检查全部达到要求后，可启动电动机。电动机启动后，空载运行30分钟左右，注意观察电动机是否有异常现象，如发现噪声、震动、发热等不正常情况，应采取措施，待情况消除后，才能投入运行。启动绕线型电动机时，应将启动变阻器接入转子电路中。对有电刷提升机构的电动机，应放下电刷，并断开短路装置，合上定子电路开关，扳动变阻器。当电动机接近额定转速时，提起电刷，合上短路装置，电动机启动完毕。（二）行中的维护（1）电动机应经常保持清洁，不允许有杂物进入电动机内部；进风口和出风口必须保持畅通。（2）用仪表监视电源电压、频率及电动机的负载电流。电源电压、频率要符合电动机铭牌数据，电动机负载电流不得超过铭牌上的规定值，否则要查明原因，采取措施，不良情况消除后方能继续运行。（3）采取必要手段检测电动机各部位温升。（4）对于绕相型转子电机，应