电气维护中的电机故障知识分享

电气维护中的电机故障知识分享-KWZK科威电气

感应电机作为工业世界的支柱，在发电、制造和运输业等各机械领域发挥着至关重要的作用。感应电机最常见的应用场景如：泵、压缩机、鼓风机、风扇、机床、起重机、输送机和电动汽车等。全球产生的总电能的 50% 以上用于电机，感应电机消耗了约 60% 的工业电力 。由于低成本、坚固耐用、功率重量比高以及对各种操作条件的适应性，感应电机在所有行业的部署中的应用范围都稳步提升。感应电机的可靠性至关重要，以确保该后续流程工业的健康持续运行。

然而，感应电机面临的不可避免的热应力、环境变化、机械应力、外部负载变化、电流偏差、润滑不足和密封不良、多尘环境、制造缺陷和自然老化等因素。使得其不可避免的产生一些意外故障。这些故障若在其初级阶段被忽视，极易导致灾难性的电机故障和次生灾害，如流程关闭及严重的人员伤亡，这就带来巨大的经济损失和负面社会效应。

为了避免发生灾难性电机故障的可能性，业界产生对开始退化的感应电机组件进行了早期状态监测和故障诊断的需求。状态监测可在其整个使用寿命期间对感应电机的各种部件进行持续评估。感应电机故障的早期诊断，对即将发生的故障提供足够的警告，为企业提供基于状态的维护和最短停机时间建议。

根据美国电力能源研究中心（EPRI）的报告，感应电机故障中，约53％的故障为机械原因，如轴承故障、不平衡、松动等，约47％为电气故障，其中约10％来源于转子，如铸件缺陷导致的 不平衡气息、断条，约37％源于定子绕组，如图1所示。引起故障的外在因素包括过载、潮湿、润滑不良、 化学污染等，其比例及具体类型如图2所示。

常见电机故障

轴承故障，在实际工程应用中，仅有10%左右的轴承能够达到设计寿命；接近40%的轴承故障都与润滑和污垢有关；30%的轴承故障与安装质量有关系；其它20%左右的故障与轴承的设计制造有关。由于以上原因，轴承可能出现磨损、压痕、断裂、胶合、腐蚀、润滑不良等故障特征。出现以上任何一项异常状态都会使电机振动加大、噪声异常、发热严重。

转子断条故障，载流转子在定子三相电流产生的旋转磁场作用下产生电磁转矩，从而跟随旋转磁场同向旋转。感应电机在频繁启停，负载过重下易产生转子断条故障。当转子出现断条故障时，电流频谱中会感应出相应的频率分量，该分量与气隙磁场相互作用，产生了波动的转矩，在定子绕组中感应电势和感应电流同样产生了同频率的分量。

缺相故障，三相电机缺相故障是指缺一相运行，另外两相串联形成单相运行的状态，如下图所示。缺相状态下运行时，电流明显增大，当负载不变时，电机的铜损和铁损增大、温升提高，不及时处理可能烧坏电机。电机缺相故障主要分为外部供电缺相和内部绕组缺相两种，其中外部供电缺相是主要出现的故障形式。

缺相运行时电机的功率只有三相正常运行时的57.7%，电机由正常运行突然转为缺相运行时，电机属于超负荷状态，电流增大为正常运行电流的1.73倍。

机械松动故障，机械松动主要分为基础松动和机械零部件松动。基础松动的原因有多种，如：安装时地脚螺栓的紧固力不够、基础面的刚度不足和基础变形等。电机由外部电源供电，周期性的提供动力源，设备出现基础松动故障时，电机就会受到周期性的异常振动的激励，从而使整个系统的刚度发生变化。早期的松动故障不易被发现，当基础松动故障加剧时，异常振动幅值增加，严重时可导致零部件之间碰磨或损毁等后果。

常见故障原因

来自 IEEE 的调查显示，51% 的电机故障来自轴承的问题。例如润滑不足或者过度润滑，错误的润滑脂，错位或角度不对中，轴承振动以及过热等。

电机故障的另外一个主要原因是定子绕组问题，大约占比 16%。其特点是短路或开路，这些可能是由反复过载和电机过热引起的，从而导致绕组出现一些问题。

电机制造质量绝对会在电机可靠性和长期寿命方面发挥重要作用。作为维修人员，您可以做任何事情，但是如果电机在出厂时出现质量问题，它仍然可能会过早出现故障。

最基本、最有用的预防性维护技术之一可能是动用您的感官。例如，及时发现电机引线和电线的零件变色，感受电机的强烈振动和外壳上的过热，闻到机器发出的异味或烧焦味，以及聆听是否有过多或异常的噪音等。

热量会“杀死”电机。是什么导致电机发热？可能的因素包括环境温度高、风扇堵塞、冷却通风口堵塞、电机过载超过额定负载等。当然，也包括电机端子的电能质量问题。典型的电能质量问题包括电压不平衡、单相、相位下降或相对接近的非线性负载，它们会导致电压和电流失真，也被称为谐波。

如何防止电机故障？

维护人员的主要目标之一是防止故障。通过适当的电机维护来限制停机时间可以减 轻压力。

首先，我们需要检查一些机械条件。即使电机在安装时对准良好，在运行过程中各种因素也会导致未对准。如果电机本身开始发出一些响亮或奇怪的噪音，请将其关闭并验证对齐。您可以使用简单的直边验证平行对齐。要检查角度偏差，您可能需要一个伸缩式量规，并不是每个人的标准工具箱中都有。

尽管许多感应电机可能相似，但建造质量将决定可靠性和生命周期。电机构造检查可以分析电机构造的质量并就潜在改进提出建议。

其次，需要保持电机轴承的良好润滑。轴承故障是电机故障的主要原因。按照制造商推荐的间隔润滑电机轴承，并确保使用推荐的正确类型和数量的润滑脂。润滑驱动端轴承和非驱动端轴承。在添加润滑脂之前，确保润滑脂块是干净的，以免污染物进入润滑脂。

此外，还要检查风扇是否有障碍物，并确保任何时候都没有杂物进入风扇罩内。然后对于一些电气问题，请随身携带一个万用表来验证您的相间电压。如果您可以接触到电机端子，请检查平衡电压。

如果您将电机安装在接触器上，请定期检查接触器端子是否有积碳或污染物堆积，特别是像传送带或印刷机之类的应用。还要注意接触器上的电弧或随着时间的推移点蚀。如果您可以使用安培计或电流计，还可以使 用它们来验证电机导线上的电流强度。获得安培数读数后，将这些读数与电机铭牌满载安培数进行比较。

在电机断电的情况下，还可以检查电机的绕组电阻。电机应具有平衡的相间电阻。如果电机很热，并且您可能想将绕组电阻与原始制造商的值进行比较，那么您需要让电机冷却一段时间才能进行比较。KWZK科威电气