电机基础知识及故障分析处理

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目录

1、第一部分电机学基础知识

2、第二部分电机常见机械和电气故障

3、第三部分电机常见故障检测方法

4、第四部分电机管理

5、第五部分电机轴承检测技术—SPMHD

6、第六部分MCA电机静态测试技术

7、第七部分ESA电机动态测试技术

8、第八部分应用案例及新产品介绍

第一部分、电机学基础知识一、关于电机实现电能与机械能相互转换的电工设备总称为电机。机械能电能发电机电动机二、电机的分类电动机交流电动机直流电动机三相电动机单相电动机同步电动机异步电动机他励、并励电动机串励、复励电动机三、直流电机的特点和发展方向优良的调速性能；起动转矩比较大；生产成本较高，价格昂贵；需要使用直流电源；维护要求较高。发展方向：

逐渐被交流电机替代。目前全国电动机总容量中有85％以上是三相异步电动机。四、交流电机特点构造简单；价格便宜；工作可靠；使用维护方便。五、三相异步电动机结构和工作原理1）、笼型电机的各部件

铁心：由内周有槽的0.5mm厚硅钢片叠成，磁路的一部分A----XB----YC----Z三相绕组机座：铸铁或钢板焊接支撑铁心和固定电机硅钢片装有三相绕组的定子2）、定子3）、定子绕组接线盒定子三相绕组的联接方法通常为：BZACXYXAZBYCABCZXYZXYBCAY联结CABZXY联结4）、转子笼型绕线式

转子:在旋转磁场作用下，产生感应电动势或电流,产生旋转力矩转轴转子铁心转子绕组0.5mm的硅钢片叠压笼型转子(1)笼型转子

铁芯槽内放铜条，端部用短路环形成一体。或铸铝形成转子绕组。绕线式转子

同定子绕组一样，也分为三相，并且接成星形。三相转子绕组通常连接成星形，即三个末端连在一起，三个首端分别与转轴上的三个滑环（滑环与轴绝缘且滑环间相互绝缘）相连，通过滑环和电刷接到外部的变阻器上，以便改善电机的起动和调速性能。绕线式转子绕组与外接变阻器的连接

5)、

三相异步电动机的工作原理AXCZBYo旋转磁场的产生AAXZBCYAAXZBCY分析可知：三相电流产生的合成磁场是一旋转的磁场，

即：一个电流周期，旋转磁场在空间转过360°取决于三相电流的相序旋转磁场的旋转方向：结论：任意调换两根电源进线，则旋转磁场反转。AXBYCZ

若定子每相绕组由两个线圈串联，绕组的始端之间互差60°，将形成两对磁极的旋转磁场。C'Y'ABCXYZA'X'B'Z'AXBYC旋转磁场的极对数P旋转磁场的磁极对数与三相绕组的排列有关旋转磁场的转速工频：

旋转磁场的转速取决于磁场的极对数p=1,为2极时0toAXYCBZAXYCBZAXYCBZp=2时0旋转磁场转速n1与极对数p的关系极对数每个电流周期磁场转过的空间角度同步转速旋转磁场转速n1

与频率f1和极对数p有关。可见:三相电动机的工作原理转动原理AXYCBZ定子三相绕组通入三相交流电方向:顺时针

切割转子导体右手定则感应电动势E20旋转磁场感应电流I2旋转磁场左手定则电磁力FF电磁转矩TnF转差率

旋转磁场的同步转速和电动机转子转速之差与旋转磁场的同步转速之比称为转差率。

由前面分析可知，电动机转子转动方向与磁场旋转的方向一致，但转子转速n不可能达到与旋转磁场的转速相等，即异步电动机如果:无转子电动势和转子电流

转子与旋转磁场间没有相对运动，磁通不切割转子导条无转矩因此，转子转速与旋转磁场转速间必须要有差别。三相异步电动机铭牌数据型号

磁极数(极对数p=2)例如：Y132M－4

用以表明电动机的系列、几何尺寸和极数。机座长度代号机座中心高（mm）三相异步电动机电压例如：380/220V、Y/是指线电压为380V时采用Y联结；线电压为220V时采用

联结。电动机在额定运行时定子绕组上应加的线电压值。电流电动机在额定运行时定子绕组的线电流值。例如：Y/6.73/11.64A

表示星形联结下电机的线电流为6.73A；三角形联结下线电流为11.64A。功率与效率笼型电机

=72~93％额定功率是指电机在额定运行时轴上输出的机械功率P2，它不等于从电源吸取的电功率P1。注意：实用中应选择容量合适的电机，防止出现“大马拉小车”的现象。功率因数PN

三相异步电动机的功率因数较低，在额定负载时约为0.7~0.9。空载时功率因数很低，只有

0.2~0.3。额定负载时，功率因数最高。额定转速电机在额定电压、额定负载下运行时的转速。P2cosO电动机在额定负载时的转矩。(1）.额定转矩TN三个重要转矩介绍OT额定转矩(N•m)

如某普通机床的主轴电机(Y132M-4型)的额定功率为7.5kw,额定转速为1440r/min,则额定转矩为(2).最大转矩Tmax

转子轴上机械负载转矩T2不能大于Tmax

，否则将造成堵转(停车)。电机带动最大负载的能力。令：求得临界转差率OTTmax将sm代入转矩公式，可得当U1

一定时，Tmax为定值过载系数(能力)一般三相异步电动机的过载系数为工作时必须使T2

<Tmax

，否则电机将停转。电机严重过热而烧坏。sm与R2有关，R2smn。绕线式电机改变转子附加电阻R´2可实现调速。(3）.起动转矩Tst电动机起动时的转矩。起动时n=0时，s=1Tst与R2有关，适当使

R2Tst。对绕线式电机改变转子附加电阻

R´2,可使Tst=Tmax

。Tst体现了电动机带载起动的能力。

若

Tst

>T2电机能起动，否则不能起动。OTTst起动能力三相异步电动机的制动(1）、能耗制动制动方法机械制动电气制动能耗制动反接制动发电反馈制动

在断开三相电源的同时，给电动机其中两相绕组通入直流电流，直流电流形成的固定磁场与旋转的转子作用，产生了与转子旋转方向相反的转距（制动转距），使转子迅速停止转动。(2）、反接制动

停车时，将接入电动机的三相电源线中的任意两相对调，使电动机定子产生一个与转子转动方向相反的旋转磁场，从而获得所需的制动转矩，使转子迅速停止转动。

(3）、回馈制动

当电动机转子的转速大于旋转磁场的转速时，旋转磁场产生的电磁转距作用方向发生变化，由驱动转距变为制动转距。电动机进入制动状态状态，同时将外力作用于转子的能量转换成电能回送给电网。

直流电动机的构造6.直流电动机1）

直流电机的构造与工作原理定子转子机座、主磁极、换向极、电刷装置等铁心、绕组、换向器作用是产生磁场和作电机的机械支撑产生感应电动势实现能量转换的关键部分。直流电机的主要结构：他励电动机励磁绕组和电枢绕组分别由两个直流电源供电。2)、直流电机的分类

直流电机按照励磁方式可分为他励电动机、并励电动机、串励电动机和复励电动机并励电动机励磁绕组和电枢绕组并联，由一个直流电源供电。UUfIaM+_+_If他励IaUM+_If+_IE并励复励电动机励磁线圈与转子电枢的联接有串有并，接在同一电源上。串励电动机励磁线圈与转子电枢串联接到同一电源上。串励UIa+_IfM复励U+_IMIa第二部分电机常见机械和电气故障外界条件对电机运行的影响

电网和电源的影响

如电压、频率波动；操作或雷击过电压导致绝缘击穿；谐波分量造成换向困难和交流电机谐波转矩增加等负载性质和负载机械的影响

如安装不对中；冲击负载引起的扭振等安装环境和场所的影响

环境温度、湿度、海拔高度；使用场所的粉尘、有害气体、盐雾、酸气等地基和基础的影响一、运行条件引起的电机故障（一）运行条件原因引起故障电源条件电网电压缓慢波动起动困难、转速不稳、过热操作过电压定子绝缘击穿高次谐波谐波转矩增加、绕组铁心过热、换向恶化运行条件引起的电机故障（二）运行条件原因引起故障负载条件经常过载电机过热、轴承损坏、换向不良起动次数过多异步机过热、断条负载机械振动轴承损坏、换向不良冲击负荷转子结构部件松动、疲劳；轴扭振连续、重载起动阻尼绕组开焊、笼型绕组断条运行条件引起的电机故障（三）运行条件原因引起故障环境条件高温过热、绝缘老化低温霜冻有害气体结构件、绝缘腐蚀；氧化膜异常高湿度绝缘吸潮、击穿低湿度电刷噪声、氧化膜不易建立海拔>1000m允许温升降低、换向困难粉尘、油雾绝缘电阻降低、电刷磨损加剧运行条件引起的电机故障（四）运行条件原因引起故障基础条件不对中振动大接触不良接头处局部发热轴承绝缘接地轴电流座脚螺丝松机座振动基础振动机座振动吊装碰撞绝缘局部损伤二、电机的电气故障电机

1、转子常见故障笼型异步机转子偏心、断条、绕组过热绕线型异步机转子偏心、转子匝间短路、开焊、绕组过热2、电机转子常见故障大型同步电动机（高压、强制通风；全压、降压、准同步、变频起动）绕组端部松动、绝缘磨损、转子结构部件松动、脱落、阻尼绕组开焊、端环接触不良中型同步电动机（多为凸极结构、自带风扇；阻尼绕组直接起动）转子结构部件松动、集电环磨损3、电机转子常见故障大型直流电动机换向恶化、结构部件松动和断裂、绝缘电阻受环境影响而降低中小型直流电动机换向器与电刷磨损快、绝缘电阻低4、电机转子常见故障交流调速同步电动机转子结构部件松动、扭振现象、失步造成阻尼绕组过热、堵转造成绕组单相过热交流调速异步电动机转子偏心、转子结构部件松动四、电机故障起因与早期征兆（一）部位故障起因早期征兆机座机座振动设计不良；安装不当；强迫机械振动振动加大机座带电制造问题；安装不当温升增加、绝缘热分解冷却介质流失管道堵塞；软管破裂；泵故障湿度增加、温升增加、绝缘热分解接地绕组绝缘破损；绕组绝缘过低；带电导体碰壳机座带电、放电电机故障起因与早期征兆（二）部位故障起因早期征兆定子铁心铁心松动压装不紧；机械振动；压紧部件失效；铁心风道压条损坏起动和运行噪声大、绝缘磨损、振动加大局部过热定、转子相擦；制造与安装中铁心绝缘局部损坏局部温升增加、绝缘热分解老化电机故障起因与早期征兆（三）部位故障起因早期征兆定子绕组绝缘局部破损安装、运行中撞坏局部放电绝缘磨损定子绕组松动；绕组端部支撑环设计、制造不当；绕组端部绑扎不紧；槽楔松动；铁心松动；电机振动端部振动加大、泄漏电流增加、局部放电增加绝缘受污染冷却空气湿度过高；冷却空气过滤不好；轴承漏油；风路和端罩漏风绝缘电阻下降、泄漏电流增加连接线损坏焊接不良；振动；电流过大放电绝缘裂纹端部固定不良；机械振动；温度过高，湿度过低绝缘电阻下降、泄漏电流增加、局部放电增加电晕铁心出口处电位梯度过大；绝缘层间间隙制造工艺缺陷暗处能看到电晕现象、绝缘电腐蚀绕组窜位槽楔松；线圈与槽有间隙；端部绑扎不紧；绑扎垫块脱落匝间短路端部固定不好；机械碰撞使绕组变形；绕组松动；制造缺陷三相电流不对称、振动、有短路匝线圈温升高电机故障起因与早期征兆（四）部位故障起因早期征兆转子铁心、支架松动冲击负荷使键连接松动；制造缺陷振动支架开裂冲击负荷；轴系扭振噪声、焊缝开裂不平衡匝间短路或断条；转子零部件脱落；转子绕组或端环移位振动、噪声与定子相擦偏心产生的单边磁拉力；轴承磨损振动、温升增加、电流摆动电机故障起因与早期征兆（五）部位故障起因早期征兆转子绕组接地绝缘损伤；过热振动、放电匝间短路绝缘损伤；过热；污垢积存电流摆动、三相阻抗不平衡、振动、热分解断条、开焊设计、制造缺陷；焊接不良；长期过载；起动次数频繁电流摆动、起动困难、振动、滑差增加、换向火化加大电机故障起因与早期征兆（六）部位故障起因早期征兆轴承温度高润滑不良；轴瓦间隙过小发热带电接地不好；轴电压过高轴电流、轴瓦和轴颈上出现电火花产生麻点振动滚动轴承内、外圈和滚动体损坏；滑动轴承油膜振荡振动漏油密封失效润滑油渗漏、润滑脂溢出电机故障起因与早期征兆（七）部位故障起因早期征兆换向器环火换向恶化；维护不良；云母间存在导电粉末换向火花拉长或条状片间闪络变形云母材料收缩；片间压力降低；拉紧螺杆松电刷跳动、换向火花大表面烧伤换向不良换向火花大磨损换向火花；冷却空气多尘埃；长期低电刷电密运行；电刷材质不合适换向器出现轴向波浪度升高片断裂振动大；轴系扭振换向火花大电机故障起因与早期征兆（八）部位故障起因早期征兆滑环磨损火花大、电刷压力过大；电刷材质不合适；环境尘埃多表面出现烧黑和沟纹火花大电刷材质不合适；电流分配不均匀；电刷工作状态不良；电流过大；冷却不良电刷下火花绝缘不良绝缘表面碳粉、油污粘结绝缘电阻低松动绝缘材料收缩滑环位移、偏摆电机故障起因与早期征兆（九）部位故障起因早期征兆电刷机构烧毁环火换向火花拉长、片间闪络电刷磨损快换向火花大；材质不合适；换向器表面状态不好；换向器变形碳粉多、电刷消耗量大电刷不均匀火花维护不当，电刷压力不均匀；电刷材质不均匀个别或少数电刷下火花电刷抖动湿度过低；电刷润滑性能不好电刷噪声第三部分电机常见故障检测方法1、绝缘电阻测试目的：验证绝缘状况是否满足运行基本要求判断绝缘损伤、受潮、老化状态（必要时测试吸收比、极化指数）方法：使用兆欧表、绝缘测试仪、MCA系列检测仪（按电压等级选用）电机故障检测传统方法2、引出线头尾检查目的：交流电机引出线头尾确定判断电机绕组接线是否正确

方法：使用万用表、毫伏表、相序测试仪等3、直流电阻测试目的：检查定、转子绕组(含接触电阻)是否对称运行中数据有无变化数据是否符合要求方法：使用电桥、直阻仪、微欧计（现场判断也可用万用表、MCA系列检测仪）4、电感测试目的：检查绕组是否对称或存在故障判断转子有无断条运行中数据有无变化数据是否符合要求方法：使用电压电流法、电感测试仪、MCA系列检测仪5、片间电阻测试目的：检查直流电机电枢绕组是否存在故障检修后绕组是否满足要求检查电枢绕组与换向器、升高片之间的焊接是否良好方法：使用毫伏表、片间电阻测试仪、电枢综合测试仪、匝间测试仪（尽可能采用恒流电源）6、极性、刷位测试目的：检查直流电机各磁极间联接是否正确检查串激线圈联接是否正确确定换向极极性确定换向极和电枢的连接交流电机引出线头尾的检查直流电机电刷中性线位置的测定方法：使用毫伏