低压电动机故障及保护措施探析

王新跃 韦玉柱 马伟东 杨良齐 任 帅

(酒泉卫星发射中心)

0 引言

在现代化企业中, 低压电动机被广泛用作将电能转化为机械能的重要手段。低压电动机在电力、石化等企业应用广泛, 有大量的生产设备和辅助设备使用电动机。电动机工作寿命长短与工作环境有很大关系, 面临着各式各样、复杂多变的环境, 以及频繁的使用也导致了低压电动机故障率较高。

在高温多雨季, 易造成电动机轴承进水、轴承温度升高、机身过热、线圈绝缘性能降低、空开等电气设备老化、电力电缆绝缘开裂等问题。这些问题会影响电动机的持续不间断运行, 对于企业而言, 电动机故障可能对生产装置造成潜在的风险, 并导致严重的次生故障, 给企业带来严重的损失。

1 低压电动机的故障类别

1.1 定子线圈接地故障

定子线圈接地故障是指定子线圈中的一个或多个匝数与电动机外壳或地线发生了不应有的接触连接,导致电流通过接地路径流回大地。这种故障会导致电动机运行不稳定、电动机性能下降, 甚至会引发严重的安全问题。定子线圈接地故障由以下原因导致: 绝缘老化或破损、不良的安装或维护。此外, 湿度过高、灰尘、化学物质等外部环境因素也会侵蚀或破坏定子线圈的绝缘层, 导致接地故障。

1.2 定子断相运转故障

定子断相运转故障是指定子绕组中某个相线圈或多个相线圈发生断开或脱落的故障。这种故障会引起电动机内部电流和磁场的不均匀分布, 导致电动机无法正常运转、不平稳的运行, 致使其他部件产生额外的热量和应力, 最终导致电动机损坏, 对连续生产装置造成潜在风险, 并可能引发其他严重的次生故障。定子断相运转故障由以下原因导致: 绕组老化或损坏、过负荷工作、震动和振动。

1.3 转子运转扫膛故障

转子运转扫膛故障是指电动机的非正常运行导致定子与转子之间发生摩擦, 从而导致其出现转子运转扫膛故障。这种故障会导致轴承在运行过程中会发出异常的响声, 甚至出现窜动、跳动等, 严重时会导致轴承端盖温度异常升高, 进而导致电动机跳闸。可以通过观察电流表的指针情况来对此类故障进行判定:当指针出现不稳定、变化的频率逐渐增快, 机体出现发热、摩擦声响、启动电流较大等情况时表明电动机发生了此类故障。

1.4 定子绕组短路故障

定子绕组短路故障是指定子线圈中导电材料(如导线或绝缘层) 之间出现不应有的直接接触, 导致电流通过短路路径流动。这种故障会导致电动机绝缘性能下降, 出现电动机过热、功率损失增大、运行不稳定、高电流冲击, 甚至会引发严重的安全问题。定子绕组短路故障由以下原因引起: 绝缘老化或破损、绝缘击穿、设计或制造缺陷。

1.5 三相电流不平衡故障

三相电流不平衡故障是指电动机在运行过程中出现的三相电流不均匀。发生此类故障时会出现轻微的振动并伴有局部发热的情况。另外, 电动机在运行过程中声音也会时大时小, 频率变化也较快, 在启动过程中电流显示还会出现低幅度及高频率的情况。三相电流不平衡故障由以下原因导致: 三相电压不平衡、负载过重、定子、转子绕组故障、操作维护不当。

1.6 转子轴承损坏故障

转子轴承损坏故障是指电动机转子轴承发生故障或损坏导致电动机不能正常运行。这种故障会导致电动机运行不稳定、产生异常噪音、振动增加、寿命缩短, 甚至会使电动机停止运行。转子轴承损坏故障由以下原因导致: 长时间运行致使磨损和疲劳、润滑不足、机械应力致使强制振动和冲击、温度过高、不良安装未对中。

2 低压电动机故障产生的原因

2.1 控制回路故障

低压电动机控制回路故障可能由多种原因引起,以下列举了一些常见的故障原因:

2.1.1 电源问题

电压不稳定、线路接触不良、开关故障等控制回路供电电源问题, 会导致电动机无法正常启动或停止。

2.1.2 控制元件故障

断路器、接触器、继电器、开关等控制回路中的元件, 如若发生接触不良、损坏或老化, 会导致电动机无法启动、停止或切换运行状态。

2.1.3 控制信号问题

传感器故障、信号传输线路故障或控制信号处理单元故障引起的控制回路信号传递问题, 会导致电动机无法接收到正确的控制指令。

2.1.4 缺乏反馈回路

某些电动机控制回路需要反馈信号来监测电动机的状态, 如位置、速度或电流反馈。如果缺乏这些反馈信号或反馈回路故障, 可能导致电动机无法实现闭环控制或保护功能。

2.1.5 接线错误

在安装或维修过程中, 控制回路的接线可能出现错误, 例如控制信号线路与电源线路相接或接错, 导致控制信号无法正确传递, 影响电动机的正常运行。

2.2 本体故障

低压电动机本体故障可能有以下几个原因:

2.2.1 绕组故障

绕组老化、绝缘破损、过载运行或外部电磁干扰等会引起电动机内部的绕组发生短路、开路或接触不良等故障问题。绕组故障会导致电动机无法正常运转或产生异常噪音, 甚至会导致电动机烧毁。

2.2.2 轴承故障

轴承由于长期使用、不当维护或进入异物等会发生磨损、脱落或润滑不良等故障问题。轴承故障会导致电动机转动不顺畅、振动增大甚至不能正常工作。

2.2.3 定子或转子故障

由于过载、电流冲击、温度过高或材料质量问题等会造成电动机的定子或转子出现断裂、变形、短路等故障问题。定子或转子故障会导致电动机转动不平衡、失去动力或产生异常热量等问题。

2.2.4 电刷故障

某些类型电动机采用了电刷结构, 长期使用、电刷质量差或外部污染等会造成电刷磨损、断裂或接触不良等故障问题。电刷故障会导致电动机失去励磁或产生火花, 影响电动机的正常运行和缩短工作寿命。

2.3 一次主回路故障

低压电动机一次主回路的故障可能包括以下几个原因:

2.3.1 断路或开路

主回路中电缆损坏、接线端子接触不良、开关等部件受损或松动等会造成主回路出现断路或开路的情况, 导致电流中断无法正常流通。断路或开路会导致电动机无法启动、停止或运行中断。

2.3.2 短路

主回路中电缆或继电器等部件绝缘损坏、接触不良、设备故障或灰尘积聚等会造成电缆或继电器等部件之间的短路, 导致电流在短路点形成高电流回路,造成电流过大或设备过载。短路会导致电动机过热、触发保护装置或引发火灾等严重后果。

2.3.3 过载

主回路中电动机由于负载过重超过了其额定容量或设计范围、工作条件改变或设备损坏等会造成主回路过载。过载会导致电动机过热、电流超限或触发保护装置。

2.3.4 电压问题

由于电网故障、电源电压不稳定或电动机连接错误等会造成主回路中的电压异常, 出现过高或过低情况, 影响电动机的正常运行。电压异常会导致电动机输出功率减小、运行不稳定或损坏绝缘。

3 低压电动机故障判断的基本方法

一般情况下对于低压电动机故障判定的方式主要是采取以下几种措施:

3.1 看

仔细观察电动机在运行过程中电流、转速等是否正常; 观察配电柜显示面板是否有异常信号显示, 电流以及电压值是否在正常的范围内。

3.2 听

在电动机运行过程中听是否发生异常的声响, 进而判定其是否存在缺相、过载、轴承或者转子扫膛等故障。

3.3 摸

一旦电动机相关部位发生故障势必会导致该环节温度急剧升高, 为此, 可以通过手摸感知相关温度来判定相关部位是否发生故障。

3.4 闻

如果电动机出现较为严重的发热或者过载时间较长的问题, 势必会导致相应的绝缘受损从而会发出一股特殊的气味, 为此可以通过闻是否存有气味来判定电动机是否发生故障。

3.5 问

这也是进行电动机故障排除最为重要的一步。通过和相关人员的沟通来了解电动机在运行过程中是否出现异常等情况, 进而可以及时准确地找到故障位置并进行处理。

由于导致电动机故障的原因较为复杂多样, 所以单单通过观察是远远不够的, 为此, 在此基础上还可以通过使用万用表、绝缘电阻表来进行检测。通过认真的检测和分析, 不仅可以精准地找到故障位置还能采取针对性的措施来解决问题, 进而防止故障的再次发生。

4 低压电动机的故障处理

4.1 更换线圈

对定子绕组线圈进行更换, 为了增加其绝缘性还需要进行浸绝缘漆处理。对定子绕组线圈进行拆卸的过程中, 首先要对其线径、跨距以及每匝根数进行精准测量, 并将槽内的杂物进行清理。还要确保更换线圈的参数相同, 下线必须严格按照相关规定进行, 确保定子两端露出的线头相同。整理完形体之后, 将其穿入压线板, 并入主接线时必须严格按照每匝线圈的正确顺序, 与接线端子相连。放置电动机时要注意按照与轴向垂直的方向, 再将其送入到烘干室或者其他热源。预热时要注意温度设定为100℃, 以促使绝缘漆更快更好地渗透。当发现绝缘漆从两段渗透出来时, 再继续烘干4h 左右便可完成, 最后再将转子、端盖安装完毕进行试运行30min 左右, 留作备用即可。若在浸漆运行过程中发生接地或者短路等问题时,要及时更换整体线圈。在未进行浸漆之前, 若出现电流不平衡或者功率降低等问题, 要更换局部的线圈。

4.2 电焊车削

电焊车削的过程中, 必须要将轴径和端盖内孔进行堆焊处理, 并以此为基础, 通过车床进行加工。在实际开展焊接作业之前, 要将轴径和端盖内孔进行预热。在进行电焊和车削时, 务必确保安全, 遵循正确的操作程序和安全规范, 佩戴适当的个人防护装备。针对轴径和端盖内孔材质性质使用合适的电焊设备和车削工具。此外, 请务必使用经过培训和有经验的工人进行操作, 以确保工作的质量和效果。对于电动机的故障处理, 特别是涉及到对电动机内部部件的修复或更改, 应在专业的电气工程师或维修人员的帮助和指导下进行操作。这样可以确保故障处理过程安全可靠, 并避免对电动机产生进一步的损坏或其它故障。

4.3 胶接锈蚀

胶接锈蚀是指电动机内部连接部件的接头或接线端子发生氧化或腐蚀, 导致接触不良。胶接锈蚀会导致电流传输不畅、电压降低, 甚至引起设备故障或停机。

处理胶接锈蚀的方法:

1.清洁。首先, 断开电动机的电源, 并在确保安全操作的情况下, 使用适当的清洁剂和工具, 将胶接部位进行彻底清洁。可以使用刷子、布或棉签等工具进行清洁, 去除氧化层、锈蚀物或污垢。

2.防护。在清洁后, 可以考虑在胶接部位涂抹一层保护剂或防锈剂, 以避免进一步的氧化或腐蚀。选择适合的产品, 根据厂家说明进行使用, 并确保等待保护剂完全干燥再操作电动机。

3.重接。如果胶接部分已经严重受损或无法修复, 则需要采取措施对胶接进行重接。可以使用压接或焊接方法重新连接导线或终端。重接时, 确保选择合适的工具和材料, 并按照标准操作程序进行操作。

4.定期维护。为避免未来的胶接锈蚀问题, 定期进行电动机的维护和检查非常重要。定期检查接线端子、连接器和导线, 检查是否有腐蚀或氧化现象并及时做好清洁。

5 降低电动机故障维修率的措施

5.1 严格把控采购环节确保电动机质量过关

企业在进行电动机采购时需要严格把控的重要环节就是质量, 要将电动机质量从源头上进行把控。选择电动机生产厂家时, 必须要确保其证件齐全, 严禁贪图一时小利而选择无三包的贴牌货, 要以企业的经济效益为重, 这是采购人员的职责操守。同时要全方面检测采购电动机的轴承、绝缘材料等, 以确保电动机的质量。还要对电动机进行重复多次的试验, 以试验结果为依据, 除了要进行电动机电阻检测和空负荷运行试验, 还要进行带负荷运行试验。经过以上层层筛选过后, 才能确保电动机的质量, 坚决抵制假冒伪劣产品, 确保为企业的经营发展提供良好的设备基础。

5.2 成立专职状态监测机构

针对电动机状态监测方法不成熟、不及时的问题, 应建立电动机状态监测站, 制定合理的监测管理制度, 并对监测数据进行整理分析, 形成振动值、温度和电流曲线图, 以便直观、清晰、科学的分析电动机运行情况。同时, 也为电动机的维护和性能规划提供可靠依据。各班组定期检查各电动机运行的监测状态, 确保将状态监测制度和包机制度落到实处。车间应将监测组和电动机操作人员上报的操作安全风险通知相关人员, 并及时组织电动机检查和维护, 以确保有的放矢, 同时避免后续问题的发生。

5.3 加强员工培训

首先对员工进行电动机检修方面的技术培训, 提高电动机检修工作的质量, 以确保电动机的正常运行。同时, 还要进行电动机监测仪器使用和数据采集及分析的课程培训, 确保员工能够充分利用仪器设备, 对电动机进行实时、定期监测, 及时对检测、采集的数据进行有效分析。

其次, 对员工进行电动机操作与维护知识的强化培训, 将电动机维护与故障检修排除作为考核点之一。要求各班组按照维护保养制度定期对电动机进行保养, 以提高员工评估电动机故障、准确诊断电动机故障和检修维护的能力。同时, 还要进行电动机控制方面的培训, 使相关从业人员熟悉电动机控制的各个方面, 如自启动、自动控制、变频控制和多级控制,以及常规控制, 提高故障处理的准确性和效率。

6 结束语

低压电动机作为将电能转化为机械能为设备提供动力的核心部件, 在诸多行业中应用广泛, 使用频率较高, 由于各种因素的影响导致其在使用过程中会出现各种类型的故障, 本文通过对低压电动机常见故障分析, 提出降低故障率的可行措施, 为低压电动机科学运行、规范化管理提供合理参考。