异步电动机电气故障的识别与诊断分析

孟 旭，胡闻嘉

（上海振华重工（集团）股份有限公司，上海 200125）

异步电动机在实际运行阶段极易发生故障问题，电气故障是十分常见的故障类型，由于电机内部存在电路和磁路的耦合情况，因此设备故障诊断涉及的因素较多，与常规机械设备的诊断技术相比，电动机故障诊断技术的应用范围较广。如果异步电动机在运行阶段发生故障问题，需要及时采取有效的诊断措施识别故障类型，明确故障问题以及位置，了解导致故障的具体原因，为后续维修工作的开展提供重要参考依据。

1 异步电动机概述

1.1 运行原理

异步电动机的工作原理主要指将电能转化为机械能，在工作过程中接入三相交流电源，电流通过定子部分的三相对称绕组，在电动机内部间隙位置形成一个旋转磁场，旋转磁场和转速相同，转子的铁心内部具有良导体部件，同时两侧被导电环短接，如果定子部分形成的旋转磁场呈逆时针方向运动，那么导体切割磁场线能够形成感应电动势。异步电动机主要的功能体现在异步转速，如果转子位置为闭合电路，那么电流能够通过铁心中的导体，该过程中感应电动势与流过的电流方向保持一致。

1.2 结构

异步电动机由定子和转子两部分组成，前者为静止部分，后者为转子部分，两者之间存在一定的间隙。定子的主要组成部分包括铁芯、绕组与机壳。其中铁芯是磁路的重要组成部分，形状为圆桶形，由相互绝缘的硅钢片构成，硅钢片之间的绝缘能够减少涡流损失。每一张硅钢片的内圆均设置定子槽，将三相绕组放置其中。硅钢片叠压形成一个整体铁芯，固定在机座中。绕组属于电动机的主要组成部分，由诸多线圈构成，各线圈具有两个有效边，分别放置在两个槽内，导体和铁芯之间有槽绝缘，如果绕组为两层，层与层之间需要具有绝缘。机壳是电动机的主要结构，其作用在于固定与支撑定子铁芯。转子是异步电动机的旋转构件，工作阶段受到机械应力、电磁力以及热应力的作用影响，转子铁芯也是磁路的重要组成部分，形状为圆柱形，由诸多硅钢片构成，与定子铁芯、气隙共同组成完成磁路。表面槽中具有转子绕组，包括笼型与绕线型两种结构形式。通常情况下异步电动机绕组使用鼠笼式绕组。转子导条两端通过端环有效连接。图1为异步电动机结构原理图。

图1 异步电动机结构示意图

2 异步电动机常见电气故障类型

2.1 三相电流不均衡

异步电动机处于额定电压运行阶段，各相三相空载电流的平均值发生偏差的概率低于平均值的9%。如果运行阶段设备发生故障，或者三相电压存在明显的不均衡情况，就会导致设备内出现较大的不平衡电流。导致该故障的主要原因在于电机绕组匝间存在短路情况，对三相电源电压的稳定性造成影响，或者设备三项绕组匝数存在差异以及定子绕组内部线圈的连接方式不合理。

2.2 单相运行故障

异步电动机在实际运行阶段，如果存在一相断路情况，便会导致单相运行故障，也被称作缺相运行。对导致单相运行的原因进行分析，主要原因为熔丝被烧断，导致电机开关触电或者连接导线接头位置存在接触不良情况。如果设备存在该类故障，通常情况下难以正常、稳定运行，并且伴随有一定的噪声。多数情况下设备能够在短时间内正常运行，但是如果未及时进行有效的诊断与处理，将会导致设备烧毁。

2.3 绕组接地故障

绕组接地故障主要指异步电动机任何一点或者一点以上与铁心或者基座由于绝缘不良而导致通路，也被称作碰壳。如果设备绕组机壳、铁心和绕组导体之间具有接触点，或者电机绕组绝缘层受损，均会导致绕组局部温度提高，随着电流的不断增加，最终导致绕组被烧毁。导致该类故障的主要原因在于设备连续运载时间较长，或者由于绝缘在受损情况下受潮以及转子和定子因为摩擦导致绝缘层受损、定子绕组重绕导致铁心受损等。

2.4 绕组短路故障

设备绝缘损坏后会发生绕组短路故障，电流在短时间内迅速提升，导致设备无法正常、稳定运行。导致该情况的主要原因为设备运行欠电压、过电荷、机械损伤以及缺相运行。如果绕组存在短路故障情况，电流不断提升形成高热，严重影响设备绝缘，最终对电动机造成损害。

3 异步电动机电气故障诊断流程

3.1 先清洁后检查

异步电动机多数故障均由工作环境差导致，在诊断故障的过程中，首先需要对设备进行全面清理，排除因污染因素导致的故障，之后进行有效检测。比如输入电压接线柱接触不良导致打火、线圈脏污导致匝间绝缘下降等。

3.2 先机外后机内

诊断异步电动机电气故障的过程中，首先需要从机外入手，逐步对内部进行深入检查。如果异步电动机处于待修状态，首先需要对输入电压是否正常进行检查，查看插头、连接线、插座是否存在问题。确认一切正常无误后，对设备本身进行检查，能够避免诊断的盲目性，减少损失，同时能够为维修工作提供保障。

3.3 先静态后动态

静态主要指在切断设备电源时进行检查，主要检查插头接触情况、电机绕组接头是否断线以及焊接不良、线圈是否烧黑以及变色等。动态主要指设备处于通电状态下进行检查。只有完成静态检查后方可进行动态检查，切勿盲目通电，避免导致故障范围扩大，对现场作业人员的人身安全造成威胁。

4 异步电动机电气故障常用诊断方法

4.1 直观检查法

该方法是诊断异步电动机故障最为简单的方法，同时也是维修时必须使用的方法，主要通过工作人员通过自身的直观感觉，通过观察、触摸、听、闻等基本方式检查设备的故障情况，进而发现与排除故障。其中观察主要指观察设备的故障情况，如电容器是否存在漏液、鼓起、炸裂等情况、机械部件是否存在脱落、松动、磨损、断裂等情况、各接头是否运行良好、连接是否合理、是否存在断线以及通电过程中设备是否存在打火、冒烟等情况。“听”主要指明确设备运行阶段是否存在异常声响。异步电动机正常运行阶段，滚动轴承均存在均匀连续的嗡嗡响声，滑动轴承的声音非常小，不存在杂声。如果滚动轴承缺油，存在异常响声，主要原因可能为轴承钢圈断裂或者轴承内部含有其他杂物，轴承零件存在磨损情况。严重的杂声能够通过听觉直观感受，轻微的杂声可以将螺丝刀抵在轴承外盖，耳朵贴近螺丝刀木柄判断故障位置。“闻”主要指在设备处于通电状态下明确其是否存在焦糊味，如果存在不正常的气味，需要及时关闭电源，避免故障加重。触摸主要指对设备螺丝进行触摸，查看其是否存在松动情况，或者用手触摸设备外壳，查看其是否过热，如果外壳温度较高，需要及时切断电源，避免故障范围扩大。

4.2 电压法

电压法是异步电动机电气故障的常用诊断方法，多用于检测设备的输入电压，对三相异步电动机来说，通常情况下任意两相之间的电压约为380 V，对单相异步电动机来说，通常情况下其输入电压约为220 V，如果检测时无电压或者差异较大，需要进一步检查输入电路。

4.3 电阻法

电阻法是异步电动机维修的主要方法之一。通过万用表的欧姆档对电机绕组的电阻值进行检测，能够及时判断绕组是否存在开路或者短路等情况。对三相异步电动机来说，三相绕组的电阻值差异较小，对单相异步电动机来说，因为起动原理存在不同，主绕组与副绕组的电阻值存在一定的差异。

4.4 电流表法

通过万用表对异步电动机的电流进行检测，或者采用钳型电流表进行检测，结合检测所得电流值与设备的额定电流进行对比，为工作人员分析设备内部绕组故障提供参考依据，及时了解故障原因。

4.5 替换法

主要指使用性能良好的器件替换疑似故障器件，如果故障消除，说明被替换器件确实存在故障，反之则需要进一步诊断、判断。通常情况下替换法能够有效检查设备器件是否发生故障，并且结果准确，难以判断的情况较为罕见。

5 异步电动机电气故障诊断方法的应用

5.1 定子绕组接地

诊断方法：（1）观察法。绕组接地故障多发生在绕组端部与槽口位置，对该部位进行严密观察，查看是否存在破裂、焦黑痕迹，如果存在则说明故障点位于此。（2）通过试电笔进行检查，使设备处于通电状态，通过试电笔触碰设备外壳，如果是单笔氖管发亮，表明绕组存在接地情况。（3）通过万用表进行检查，将其旋转至R×10 kΩ档，将1只表笔接于设备外壳，另一只表笔接触三相绕组的接线端，哪相绕组偏转至“0”，表明该相存在绕组短路情况。（4）通过兆欧表进行检查，将其接于设备外壳与绕组构成的电路中，对绝缘电阻进行检测。认真观察兆欧表显示数值，如果为0，表明绕组接地；如果数值超过0而低于0.5 MΩ，表明绕组受潮，需要烘干后再进行检测，同时观察绝缘电阻是否上升，如果并未上升，表明绝缘或绕组受损。最后，在具体诊断过程中，需要结合异步电动机的电压等级合理选择兆欧表，比如说380 V的电机需要采用500 V的兆欧表。

5.2 定子绕组短路

诊断方法：（1）观察法。将设备拆开对定子绕组的外观、颜色进行观察，如果短路点发生于绕组端部，需要对机械受损位置与短路点进行认真观察，通常情况下短路点存在黑色烧焦痕迹，颜色较深。如果用手触摸黑点位置，能够发现绝缘漆发脆，甚至已经碎裂。（2）触摸法。根据绕组短路后发热的原理，通过手感明确短路的具体位置。首先使异步电动机处于通电状态，使其空载运行10 min左右，之后断电，将电机迅速拆开，取出转子，用手触摸定子绕组的各部位，如果某处的温度明显高于其他部位，表明短路点在该部位。（3）通过万用表或者兆欧表进行诊断。使用兆欧表能够有效判断相间短路情况，诊断过程中，拆开电动机绕组头尾接线头，通过万用表或者兆欧表对相间电阻进行检测，如果数值较低或者为零，说明为短路相。（4）电阻测量法。通过万用表或者电桥对三相绕组的电阻值进行检测，将数值与正常数值进行对比，电阻较小的绕组存在短路故障。工作人员需要及时明确短路点，如果短路匝数较多，需要及时更换绕组。

5.3 转子笼条断条

诊断方法：（1）观察法。首先需要抽出电机转子，对转子铁芯表面进行认真观察，尤其是转子的端环和导条的交接位置，如果存在青蓝色的过热变色情况，表明该位置便是断条位置。（2）铁粉检查法。使用二次测额定电流超过10 A的单相变压器和容量大致相同的单相调压器以及交流电流表进行检测，转子的两端环接变压器的二次侧，之后缓慢增加调压器二次侧的输出电压，同时对电流表进行认真观察，如果变压器二次侧电流为10 A，及时停止调整，该过程中电压约为变压器一次额定电压的5%～10%。同时转子导条中大量电流经过，在周围形成磁场，将一些细铁粉洒在导条上，正常情况下导条边缘能够均匀吸附铁粉，断条上铁粉十分稀少或者没有。（3）短路检查法。将接通的220 V交流电源与串有电流表的短路侦察设备放置于铁芯槽口位置，顺沿转子铁芯外圆缓慢移动，如果电流表数值存在突然变小的情况，表明被检测槽内存在断条故障。对该故障来说，可以更换相同型号与规格的转子，试运行阶段如果设备负载性能、转速、声音等方面均表现正常，表明被更换的转子存在断条故障。如果断裂位置在端环或者槽外的其他位置，需要将断裂纹凿成V形槽，通过气焊焊平。如果断条较多，需要对全部铜条进行更换处理。

6 结束语

综上所述，电气故障是异步电动机的主要故障类型，如果发生电气故障，将会导致设备运行失常、定子绕组烧毁，造成严重的损失。因此为了确保异步电动机的安全稳定运行，需要采取科学合理的诊断措施及时诊断故障，排除隐患。异步电动机电气故障的识别与诊断方法较多，工作人员需要结合实际情况制定合理的诊断方案，同时不断积累经验，充分掌握故障原因，这样才能提高诊断效果，为后续维修提供保障。