电动机过载运行分析.doc

电动机过负荷的原因分析 蒙海强 北京农业工程大学（100083） 电动机是将电能转换成机械能的设备，在能量转换过程中要损失部分能量，使电动机发热，温度升高。其结果，影响绝缘的寿命和电动机的其它性能。例如，发热使气隙减少，引起附加损耗增加和转矩减小。 按照电动机运行时的发热情况，可把负荷分为长时运行，短时运行和重复短时运行三种基本情况。 长时运行是指电动机运行时间足够长，在运行时间内电动机已达到稳定温升。 短时运行是指在运行内电动机发热尚未达到稳定温升，而在无负荷时间内又足以冷却到周围环境温度。 在异步电动机实际使用时，常常会出现过负荷的现象。长期过负荷或过负荷太严重就会使电动机损坏。电动机过负荷的原因主要有： l电能质量差 非正弦电压，不对称电压，电压和频率偏离额定值过多等是电动机过负荷的普遍原因。 在农业供电中。由于供电设备容量不足，或供电导线截面太小，使电压损失过大，造成负荷电压太低。当供电电压低于额定值时，电动机定子电流和转子电流都增加，使绕组中的铜损增加，致使电动机发热，从而导致绝缘材料过早老化。 当电网电压增加时，电动机的激磁电流增加很多，走子的铜损，定子与转子的铁损也要加大，结果使电动机过热。不对称的电网电压，使电动机内部的基波磁场被削弱，电磁转矩下降。但是负荷的阻力转矩不变，这样，电动机的定子电流将增大导致铜损增加。此外，高次谐波磁场引起定子转子和铁芯中的铁损剧增。电动机发热。 不对称电压过大造成电动机各相电流分配不平衡使某一相绕组有可能过负荷 电网交流电频率增加时，定子和转子电流都增加最后导致绕组中的铜损上升电动机过负荷。 2断相运行 断相运行时，定子绕组过热而烧毁电动机。在实际使用过程中造成断相运行的原因是熔断器熔断，供电导线断开，空气开关、刀闸、磁力起动器触点损坏，电动机出线与接线端子间联线松脱。 3电动机机械故障轴承磨损、严重时使转子与定子相碰，形成附加阻力矩，导致电动机定于电流增加，电动机过热。 4繁重工作制电动机频繁起动、制动、正反转运行、低速运行时间过长等，造成电动机电流过负荷。 5工艺过程中损坏采矿与建筑材料工业，其工艺以生产和运输矿石或沙矿为对象，其工艺过程中负荷往往变化很大。 由此可见，电动机过负荷引起电流增加，损耗增大，绝缘过热。 电动机的额定容量是由绕组绝缘受热条件决定的，而绝缘寿命则由温度决定。但是绝缘寿命不是由年均温度决定，而是由最高温度决定，只要绕组中任何地方的绝缘破坏，就导致电动机的损坏。根据我国标准，绝缘材料的耐热升级分别为Y、A、E、B、F、H、C七个等级。它们的极限温度和允许温升如表1所示 为使绝缘材料在一定温度下工作引起电动机发热的电流就不能长时间超过额定值。在电动机稳定运行区，负荷电流式中 I0空载电流Ie额定电流Me额定转矩M负荷转矩I负荷电流 若负荷电流小于额定电流，绕组绝缘不会过热。在电动机起动和堵转时，情况就不一样了。但在电动机起动时，起动电流是额定电流的57倍，它产生大量的热，由于起动时间短促，几乎不存在传导散热过程，因此大部分热量储存在绕组中，使局部温度迅速上升，过大的热应力导致绕组损坏，又促使绝缘提前老化。堵转时发热最严重。此时电动机要较长时间经受57倍额定电流的作用，电动机急剧发热，温度迅速上升，若不及时切断电源，便会烧坏电动机。因此电动机允许堵转时间，一般为2040S。潜水泵或防爆电动机允许堵转时间为510S。 通用电动机是在周围环境温度低于40时，为连续使用设计的。当环境温度高于40时，为使电动机不致过热而损坏，必须把额定容量降低对于E级绝缘电动机，环境温度较高时电动机允许出力如图1所示、对电动机来说，在规定时间内过负荷是允许的。每种电动机都有它的过负荷特性。电动机的允许过负荷特性是指过负荷数量与允许过负荷时间的关系。在过负荷时允许温升=35，电流密度 j=45Amm2情况下的异步电动机允许过负荷特性如图2所示。为了保护过负荷电动机，应根据电动机过负荷特性配备合适的保护。电动机故障分析和处理2008-04-11 09:10 绕组是电动机的组成部分，老化，受潮、受热、受侵蚀、异物侵入、外力的冲击都会造成对绕组的伤害，电机过载、欠电压、过电压，缺相运行也能引起绕组故障。绕组故障一般分为绕组接地、短路、开路、接线错误。现在分别说明故障现象、产生的原因及检查方法。一、绕组接地 指绕组与贴心或与机壳绝缘破坏而造成的接地。1、故障现象 机壳带电、控制线路失控、绕组短路发热，致使电动机无法正常运行。2、产生原因 绕组受潮使绝缘电阻下降；电动机长期过载运行；有害气体腐蚀；金属异物侵入绕组内部损坏绝缘；重绕定子绕组时绝缘损坏碰铁心；绕组端部碰端盖机座；定、转子磨擦引起绝缘灼伤；引出线绝缘损坏与壳体相碰；过电压（如雷击）使绝缘击穿。3.检查方法（1）观察法。通过目测绕组端部及线槽内绝缘物观察有无损伤和焦黑的痕迹，如有就是接地点。（2）万用表检查法。用万用表低阻档检查，读书很小，则为接地。（3）兆欧表法。根据不同的等级选用不同的兆欧表测量每组电阻的绝缘电阻，若读数为零，则表示该项绕组接地，但对电机绝缘受潮或因事故而击穿，需依据经验判定，一般说来指针在“0”处摇摆不定时，可认为其具有一定的电阻值。（4）试灯法。如果试灯亮，说明绕组接地，若发现某处伴有火花或冒烟，则该处为绕组接地故障点。若灯微亮则绝缘有接地击穿。若灯不亮，但测试棒接地时也出现火花，说明绕组尚未击穿，只是严重受潮。也可用硬木在外壳的止口边缘轻敲，敲到某一处等一灭一亮时，说明电流时通时断，则该处就是接地点。（5）电流穿烧法。用一台调压变压器，接上电源后，接地点很快发热，绝缘物冒烟处即为接地点。应特别注意小型电机不得超过额定电流的两倍，时间不超过半分钟；大电机为额定电流的20%-50%或逐步增大电流，到接地点刚冒烟时立即断电。（6）分组淘汰法。对于接地点在铁芯心里面且烧灼比较厉害，烧损的铜线与铁芯熔在一起。采用的方法是把接地的一相绕组分成两半，依此类推，最后找出接地点。 此外，还有高压试验法、磁针探索法、工频振动法等，此处不一一介绍。4.处理方法（1）绕组受潮引起接地的应先进行烘干，当冷却到6070左右时，浇上绝缘漆后再烘干。（2）绕组端部绝缘损坏时，在接地处重新进行绝缘处理，涂漆，再烘干。（3）绕组接地点在槽内时，应重绕绕组或更换部分绕组元件。最后应用不同的兆欧表进行测量，满足技术要求即可。二、绕组短路 由于电动机电流过大、电源电压变动过大、单相运行、机械碰伤、制造不良等造成绝缘损坏所至，分绕组匝间短路、绕组间短路、绕组极间短路和绕组相间短路。1.故障现象 离子的磁场分布不均，三相电流不平衡而使电动机运行时振动和噪声加剧，严重时电动机不能启动，而在短路线圈中产生很大的短路电流，导致线圈迅速发热而烧毁。2.产生原因 电动机长期过载，使绝缘老化失去绝缘作用；嵌线时造成绝缘损坏；绕组受潮使绝缘电阻下降造成绝缘击穿；端部和层间绝缘材料没垫好或整形时损坏；端部连接线绝缘损坏；过电压或遭雷击使绝缘击穿；转子与定子绕组端部相互摩擦造成绝缘损坏；金属异物落入电动机内部和油污过多。3.检查方法（1）外部观察法。观察接线盒、绕组端部有无烧焦，绕组过热后留下深褐色，并有臭味。（2）探温检查法。空载运行20分钟（发现异常时应马上停止），用手背摸绕组各部分是否超过正常温度。（3）通电实验法。用电流表测量，若某相电流过大，说明该相有短路处。（4）电桥检查。测量个绕组直流电阻，一般相差不应超过5%以上，如超过，则电阻小的一相有短路故障。（5）短路侦察器法。被测绕组有短路，则钢片就会产生振动。（6）万用表或兆欧表法。测任意两相绕组相间的绝缘电阻，若读书极小或为零，说明该二相绕组相间有短路。 （7）电压降法。把三绕组串联后通入低压安全交流电，测得读书小的一组有短路故障。（8）电流法。电机空载运行，先测量三相电流，在调换两相测量并对比，若不随电源调换而改变，较大电流的一相绕组有短路。4.短路处理方法（1）短路点在端部。可用绝缘材料将短路点隔开，也可重包绝缘线，再上漆重烘干。（2）短路在线槽内。将其软化后，找出短路点修复，重新放入线槽后，再上漆烘干。（3）对短路线匝少于1/12的每相绕组，串联匝数时切断全部短路线，将导通部分连接，形成闭合回路，供应急使用。（4）绕组短路点匝数超过1/12时，要全部拆除重绕。三、绕组短路由于焊接不良或使用腐蚀性焊剂，焊接后又未清除干净，就可能造成壶焊或松脱；受机械应力或碰撞时线圈短路、短路与接地故障也可使导线烧毁，在并烧的几根导线中有一根或几根导线短路时，另几根导线由于电流的增加而温度上升，引起绕组发热而断路。一般分为一相绕组端部断线、匝间短路、并联支路处断路、多根导线并烧中一根断路、转子断笼。1.故障现象 电动机不能启动，三相电流不平衡，有异常噪声或振动大，温升超过允许值或冒烟。2.产生原因（1）在检修和维护保养时碰断或制造质量问题。（2）绕组各元件、极（相）组和绕组与引接线等接线头焊接不良，长期运行过热脱焊。（3）受机械力和电磁场力使绕组损伤或拉断。（4）匝间或相间短路及接地造成绕组严重烧焦或熔断等。3.检查方法（1）观察法。断点大多数发生在绕组端部，看有无碰折、接头出有无脱焊。（2）万用表法。利用电阻档，对“Y”型接法的将一根表棒接在“Y”形的中心点上，另一根依次接在三相绕组的首端，无穷大的一相为断点；“”型接法的短开连接后，分别测每组绕组，无穷大的则为断路点。（3）试灯法。方法同前，等不亮的一相为断路。（4）兆欧表法。阻值趋向无穷大（即不为零值）的一相为断路点。（5）电流表法。电机在运行时，用电流表测三相电流，若三相电流不平衡、又无短路现象，则电流较小的一相绕组有部分短断路故障。（6）电桥法。当电机某一相电阻比其他两相电阻大时，说明该相绕组有部分断路故障；（7）电流平衡法。对于“Y”型接法的，可将三相绕组并联后，通入低电压大电流的交流电，如果三相绕组中的电流相差大于10%时，电流小的一端为断路；对于“”型接法的，先将定子绕组的一个接点拆开，再逐相通入低压大电流，其中电流小的一相为断路。（8）断笼侦察器检查法。检查时，如果转子断笼，则毫伏表的读数应减小。4.断路处理方法（1）断路在端部时，连接好后焊牢，包上绝缘材料，套上绝缘管，绑扎好，再烘干。（2）绕组由于匝间、相间短路和接地等原因而造成绕组严重烧焦的一般应更换新绕组。（3）对断路点在槽内的，属少量断点的做应急处理，采用分组淘汰法找出断点，并在绕组断部将其连接好并绝缘合格后使用。（4）对笼形转子断笼的可采用焊接法、冷接法或换条法修复。四、绕组接错绕组接错造成不完整的旋转磁场，致使启动困难、三相电流不平衡、噪声大等症状，严重时若不及时处理会烧坏绕组。主要有下列几种情况：某极相中一只或几只线圈嵌反或头尾接错；极（相）组接反；某相绕组接反； 多路并联绕组支路接错；“”、“Y”接法错误。1、故障现象 电动机不能启动、空载电流过大或不平衡过大，温升太快或有剧烈振动并有很大的噪声、烧断保险丝等现象。2、产生原因误将“”型接成“Y”型；维修保养时三相绕组有一相首尾接反；减压启动是抽头位置选择不合适或内部接线错误；新电机在下线时，绕组连接错误；旧电机出头判断不对。3.检修方法（1）滚珠法。 如滚珠沿定子内圆周表面旋转滚动，说明正确，否则绕组有接错现象。（2）指南针法。如果绕组没有接错，则在一相绕组中，指南针经过相邻的极（相）组时，所指的极性应相反，在三相绕组中相邻的不同相的极（相）组也相反；如极性方向不变时，说明有一极（相）组反接；若指向不定，则相组内有反接的线圈。（3）万用表电压法。按接线图，如果两次测量电压表均无指示，或一次有读数、一次没有读数，说明绕组有接反处。（4）常见的还有干电池法、毫安表剩磁法、电动机转向法等。4.处理方法（1）一个线圈或线圈组接反，则空载电流有较大的不平衡，应进厂返修。（2）引出线错误的应正确判断首尾后重新连接。（3）减压启动接错的应对照接线图或原理图，认真校对重新接线。（4）新电机下线或重接新绕组后接线错误的，应送厂返修。（5）定子绕组一相接反时，接反的一相电流特别大，可根据这个特点查找故障并进行维修。（6）把“Y”型接成“”型或匝数不够，则空载电流大，应及时更正.根据三相交流绕组绕损症状判别故障产生的原因在电动机修理工作中，只要细心观察其损坏的症状，便可找出损坏的原因及部位，从而能准确快速地予以修复。 （1）电机绕组端部的l3或23的极相绕组烧黑或稍变为深棕色，而其余的一相或两相绕组完好无损或稍微烤焦，这是由于单相运行造成的。而造成单相运行的原因是线路和电机引线联接不妥。 （2）在线圈的端部，有几匝、一卷或一极相绕组烧焦，而短级部分以外的本相或其他二相线圈较好，或稍微烤焦，这是由匝间短路引起的烧损。造成匝间短路的主要原因是导线本身维修网绝缘受损或线圈组间联线绝缘套管没有处理好而短路，这都是电机质量问题或端部碰伤，或设计并联路数多，使组间电压过高导致组间击穿，选用导线时线径太细，端部机械强度差；或线径太粗，不易弯曲整形，使绝缘层损伤造成匝间短路。 （3）短路处熔断很多导线，附近有很多的熔化铜屑，其他线圈组或另一端部没有烤焦现象，这种烧损由相间短路而引起。相间短路通常是端部相间绝缘薄膜、漆布或双层线圈的层间垫条没有垫妥，在电机受热或受潮的情况下，绝缘性能下降，导致击穿而形成相间短路，或由组间联线套管处理不妥，不了解塑料套管的耐热性较差，而把它应用在电机绕组上，因电机发热、塑料熔化，连线间短路。 （4）槽底或槽口有明显的烧伤现象。这是因接地引起的，由于制造质量差，在铁芯槽口线圈直线部分到端部转角处有急转弯，使槽绝缘受压而挤破，或槽口绝缘未封妥，成竹楔与导线直接接触，受潮后竹楔下降而接地。也可能是电机机械加工质量差，定、转子铁芯同心度差，造成定、转子铁芯相擦而产生高温，烧焦槽绝缘而接地，还有高温或受潮，电机长期高温运行，使槽绝缘烤焦、老化发脆或严重受潮，击穿槽绝缘而接地。 （5）三相绕组全部均匀焦黑，这是过载造成的。过载的原因有：端电压太低，接线不符合要求，使用不当，轴承损坏，轴套咬死，负荷重，选型不当，起动时间过长，制造质量差等。避免电动机烧毁的措施 电动机在运行中避免烧毁，除了运行前采取必要的各种技术保护措施外，最有效、最实际的防止方法是进行正确的技术维护。主要有以下6点。 1经常保持电动机的清洁 电动机在运行中，进风口周围至少3米内不允许有尘土、水渍和其他杂物，以防止吸人电机内部，形成短路介质，或损坏导线绝缘层，造成匣间短路，电流增大，温度升高而烧毁电动机。所以，要保证电动机有足够的绝缘电阻，以及良好的通风冷却环境，才能使电动机在长时间运行中保持安全稳定的工作状态。 2保持电动机经常在额定电流下工作 电动机过载运行，主要原因是由于拖动的负荷过大，电压过低，或被带动的机械卡滞等造成的。若过载时间过长，电动机将从电网中吸收大量的有功功率，电流便急剧增大，温度也随之上升，在高温下电动机的绝缘便老化失效而烧毁。因此，电动机在运行中，要注意经常检查传动装置运转是否灵活、可靠；连轴器的同心度是否标准；齿轮传动的灵活性等，若发现有滞卡现象，应立即停机查明原因排除故障后再运行。 3经常检查电动机三相电流是否平衡三相异步电动机，其三相电流任何一相电流与其他两相电流平均值之差不允许超过10%，这样才能保证电动机安全运行。如果超过则表明电动机有故障，必须查明原因及时排除。 4检查电动机的温度要经常检查电动机的轴承、定子、外壳等部位的温度有无异常变化，尤其对无电压、电流和频率监视及没有过载保护的电动机，对温升的监视更为重要。电动机轴承是否过热，缺油，若发现轴承附近的温升过高，就应立即停机检查。轴承的滚动体、滚道表面有无裂纹、划伤或损缺，轴承间隙是否过大晃动，内环在轴上有无转动等。出现上述任何一种现象，都必须更新轴承后方可再行作业。 5观察电动机有无振动、噪声和异常气味 电动机若出现振动，会引起与之相连的负载部分不同心度增高，形成电动机负载增大，出现超负荷运行，就会烧毁电动机。因此，电动机在运行中，尤其是大功率电动机更要经常检查地脚螺栓、电动机端盖、轴承压盖等是否松动，接地装置是否可靠，发现问题及时解决。噪场声和异味是电动机运转异常、随即出现严重故障的前兆，必须随时发现开查明原因而排除。 6保证启动设备正常工作电动机启动设备技术状态的好坏，对电动机的正常启动起着决定性的作用。实践证明，绝大多数烧毁的电动机，其原因大都是启动设备工作不正常造成的。如启动设备出现缺相启动，接触器触头拉弧、打火等。而启动设备的维护主要是清洁、紧固。如接触器触点不清洁会使接触电阻增大，引起发热烧毁触点，造成缺相而烧毁电动机；接触器吸合线圈的铁芯锈蚀和尘积，会使线圈吸合不严，并发生强烈噪声，增大线圈电流，烧毁线圈而引发故障。 因此，电气控制柜应设在干燥、通风和便于操作的位置，并定期除尘。经常检查接触器触点、线圈铁芯、各接线螺丝等是否可靠，机械部位动作是否灵活，使其保持良好的技术状态，从而保证启动工作顺利而不烧毁电动机。电动机启动困难或不能启动的原因和处理方法故障原因和处理方法如下： （1）某一相熔丝断路，缺相运行，且有嗡嗡声。如果两相熔丝断路，电动机不动且无声。找出引起熔丝熔断的原因排除之，并更换新的熔丝。 （2）电源电压太低，或者是降低起动时降压太多。是前者应查找原因；是后者应适当提高起动压降，如用的是自耦减压起动器，可改变抽头提高起动电压。 （3）定子绕组或转子绕组断路，也可能是绕线转子电刷与滑环没有接触，应检查修复。 （4）定子绕组相间短路或接地，可用兆欧表检查。 （5）定子绕组接线错误，如误将三角形接成星形，或将首末端接反，应检查纠正。 （6）定子与转子铁心相擦。 （7）轴承损坏或被卡住，应更换轴承。 （8）负载过重，应减小负载。 （9）机械故障，被带作业机械本身转动不灵活，或卡住不能转动。 （10）皮带拉得过紧，摩擦加剧，应调整皮带松紧度。 （11）起动设备接线有错误或有故障，检查纠正，排除故障。电动机温升过高或冒烟的原因和处理方法（1）当电压超过电动机额定电压10%以上，或低于电动机额定电压5%以上时，电动机在额定负载下容易发热，温升增高，应检查并调整电压。 （2）三相电源电压相间不平衡度超过5%，引起三相电流不平衡，使电动机额外发热，应调整电压。 （3）一相熔丝断路或电源开关接触不良，造成缺相运行而过热，应修复或更换损坏的元件。 （4）绕组接线有错，误将星形接成三角形，或误将三角形接成星形，在额定负载下运行，都会使电动机过热，应检查纠正。 （5）定子绕组匝间或相间短路或接地，使电流增大，调损增加而过热。若故障不严重，只需重新加包绝缘，严