电机基础理论及检修

电机基础理论及检修Contents第一讲：直流电动机的基本知识第二讲：三相交流电动机的基本知识第三讲：电动机常见故障判断方法及工具使用序第四讲：电动机检修小解及案例分析第五讲：屏蔽电机及湿绕组电机简介序

进行机械能与电能互换的旋转机械称为电机：将机械能转换为电能的电机称为发电机，将电能转换为机械能的电机称为电动机。电动机分为交流电动机和直流电动机。交流电动机又分为异步电动机和同步电动机。异步电动机有单相和三相两种。单相电动机一般为小容量电机。本课程仅涉及直流电动机和三相交流电机中的异步电动机。一、直流电动机的工作原理二、直流电动机的特点及应用三、直流电动机的结构与分类四、直流电动机的铭牌数据五、直流电动机的绕组与转向改变第一讲：直流电动机的基本知识本讲主要内容直流电动机的工作原理

a.电磁感应定律的应用（左手定则）

b.换向器的作用：保证流入的磁极下的电流方向不变（直流电）

c.基本工作原理通过电刷将直流电源加到电动机换向器上，换向器与电枢线圈相连，电枢线圈中流过电流，根据电磁力作用，电枢受磁场作用力转动，由于电刷和换向器的作用，每一极性下的导体中的电流方向始终不变，产生单方向的电磁转矩，使电枢向一个方向旋转，这就是直流电动机的基本工作原理。直流电动机的工作模型NSIIabcdU+–电刷换向片转动方向电枢绕组磁极直流电源电刷换向器电枢绕组直流电动机的结构与分类构造：机座磁极励磁绕组直流电动机结构图换向器转子主要组成部分：定子和转子（电枢）如图，定子组成：机座、主磁极、换向极、端盖、轴承、和电刷等。作用：产生磁场、支撑作用。转子组成：电枢铁心、绕组、换向器和转轴等。

作用：完成能量形式的转换直流电机的结构与分类换向器直流电机整体结构直流电机转子直流电动机的结构与分类分类原理根据励磁线圈和转子绕组的联接关系，励磁式的直流电动机又可细分为：M他励UfIfIaUM并励UIfM串励UM复励U他励电动机：励磁线圈与转子电枢的电源分开。并励电动机：励磁线圈与转子电枢并联到同一电源上。串励电动机：励磁线圈与转子电枢串联接到同一电源上。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。直流电动机的铭牌数据直流电机的额定数据主要有以下几种：1、额定功率PN

（单位：KW）指在额定运行状态下，发电机向负载输出的电功率或电动机轴上输出的机械功率。2、额定电压UN

（单位：V）在额定情况下，电刷两端输出（发电机）或输入（电动机）的电压。3、额定电流IN

（单位：A）在额定情况下，电刷流入或流出的电流。4、额定转速nN

（单位：r/min）在额定功率、额定电压、额定电流时电机的转速。5、励磁方式指主磁极励磁绕组供电的方式以及它与电枢绕组的连接方式。第二讲：三相交流电动机的基本知识本讲主要内容一、三相交流电动机的工作原理二、三相交流电动机的基本结构与分类三、三相交流电动机的铭牌数据四、三相交流电动机的选择与安装三相交流电动机的工作原理人为转动感应电流受力而旋转感生电流闭合线圈磁铁示意图ei三相交流电动机的工作原理转动原理静止的转子与旋转磁场之间有相对运动，在转子导体中产生感应电动势，并在形成闭合回路的转子导体中产生感应电流，其方向用右手定则判定。转子电流在旋转磁场中受到磁场力F的作用，F的方向用左手定则判定。电磁力在转轴上形成电磁转矩。电磁转矩的方向与旋转磁场的方向一致。即产生旋转磁场的条件：一、空间对称的三相定子绕组;二、定子绕组通入三相对称电流。三相交流电动机的工作原理如何产生旋转磁场

三相异步电动机的简图，外部是定子铁心，内部是转子铁心，二者之间是均匀的气隙。定子铁心中嵌放三相定子绕组，每相绕组均只有一个线圈，分别是AX、BY、CZ，三相绕组对称放置，空间互差120°。定子绕组外接三相电源，流经绕组的电流三相对称，相序为A—B—C。SNNSSNSN(a)iAACBXZYiBiC(b)iBiAiCiωt0°90°210°330°定子

转子

风扇

罩壳（非驱动端）端盖（驱动端）

冷空气流三相交流电动机的基本结构与分类三相交流电动机的基本结构与分类三相交流电动机的基本结构与分类结构-定子铁心：由内周有槽的硅钢片叠成。A----XB----YC----Z三相绕组机座：铸钢或铸铁定子铁心的硅钢片使用硅钢片制造铁芯的目的是为了减小涡流损耗。三相交流电机的基本结构与分类结构-转子转子铁心转子绕组转轴风扇等

转子绕组绕线型：对称三相绕组笼型：对称多相绕组笼型异步电动机的转子绕线型异步电动机的转子转子铁心的硅钢片三相交流电机的铭牌数据铭牌注：YR绕线型异步，YB防爆型异步，YQ高起动转矩异步三相交流电动机的铭牌数据1、额定功率PN（单位：KW）指转轴上输出的机械功率。2、额定电压UN（单位：V）：加在定子绕组上的线电压。3、额定电流IN（单位：A）：输入定子绕组的线电流。4、额定转速nN（单位：r/min）。5、额定频率

fN（单位：Hz）：我国工频为50Hz。铭牌参数定义三相交流电动机的铭牌数据6、绝缘等级Y、A、E、B、F、H、C7、接线方法：定子绕组有Y和△两种接法。8．工作方式：连续、短时、断续周期。铭牌参数定义绝缘等级AEBFHCN绝缘材料的允许温度（℃）105120130155180200220电动机的允许温升（℃）607580105125135150三相交流电动机的选择与安装选择电机合理选择电动机关系到生产机械的安全运行和投资效益。可根据生产机械所需功率选择电动机的容量，根据工作环境选择电动机的结构形式，根据生产机械对调速、起动的要求选择电动机的类型，根据生产机械的转速选择电动机的转速。第三讲：电动机常见故障判断方法及工具使用本讲主要内容这一讲主要就电机在日常运行期间的状态监测方法，顺带介绍了几种十分常用的电机巡检工具。判断故障的常用方法我国的中医诊病源远流长，传统四法就是：

与此相对应的是，在电动机运行或故障时，可通过看、听、闻、摸四种方法来及时预防和排除故障，保证电动机的安全运行。判断故障的常用方法一、看

观察电动机运行过程中有无异常，在看这个诊断方法中主要是注意电机在物理方面（外观上）的改变。例如电机地脚螺丝是否松动、风扇罩是否完整，网眼是否堵塞、风扇叶是否完好、散热筋风道是否畅通，是否有漏油现象等。判断故障的常用方法

二、听

电动机正常运行时应该是发出均匀且较轻的“嗡嗡”声，无杂音和特别的声音。若发出噪声较大，包括电磁噪声、轴承杂音、通风噪声、机械摩擦声等，均可能是故障先兆或故障现象。听针是听取电机声音最常用的工具。听头听针判断故障的常用方法三、闻

通过闻电动机的气味也能判断和预防故障。若发现有特殊的油漆味，说明电动机内部温度过高；若闻到很重的糊味或焦臭味，则可能是绝缘层维修网被击穿或绕组已被烧毁。判断故障的常用方法

四、摸

摸电动机的一些部位，感受其温度，亦可以作为判断电机是否故障的依据。在摸的过程中，为确保安全，应用手背去碰触电动机外壳、轴承周围部分，感受是否有温度异常。同时，通过触摸也可以比较直观地感受电机的振动情况，便于对电机运行状况作出判断。Touchit！判断故障的常用方法五、仪表检查

利用仪表测量电机的温度、振动、电流等数据是判断电机状态的重要手段。电机日常巡检过程中常用仪表有点温计（红外测温仪）、测振仪和钳形电流表。

点温计测振仪钳形电流表场地和工具的准备工欲善其事必先利其器电机口线知识

拆回电机解体大修前，必须仔细检查口线的状态，在拆除口线时要做好记录方便回装。电机解体前的电气试验绝缘电阻试验绝缘电阻测试仪分为手摇式和电动式两种，手摇式摇表的工作要点是匀速摇动，保持每秒摇两转，380V电机用500V摇，绝缘电阻不小于0.5MΩ。电机解体前的电气试验三相绕组直阻试验直流电阻测试仪中比较老旧有单桥和双桥直流电阻测试仪，单桥的接线分内接和外接两种，测量范围是1-9999000欧姆，不过对于绕组电阻在0.0001-10欧姆的电机，一般使用双桥测试仪测量，它们的测量精度都是0.2%。双桥单桥电机解体前的电气试验三相绕组直阻试验这是目前较先进的快速直阻测试仪，是取代直流单桥、双桥的高精度换代产品。这种仪器具有电流量程可选择、测速快、精度高、显示直观、抗干扰能力强、体积小、耗电量小、测试数据稳定可靠、不受人为因素影响等优点，同时还具备了自动消弧功能。电机解体前的电气试验三相绕组直阻试验标准(Rmax-Rmin)/Rmin≤2%或Rmax/Rmin≤1.02%

在日常检修工作中，电机检修工人通常采用如下计算公式计算电机绕组直阻的不平衡度：(Rmax-Rmin)/Ravg≤2%电机绕组直阻不平衡度标准计算公式电机全面解体要点：按部就班、做好标记、分类归放→→→5.卸下前轴承外盖；6.卸下前端盖；7.卸下风叶罩；8.卸下风叶；电机全面解体要点：按部就班、做好标记、分类归放→→→9.卸下后轴承外盖；10.卸下后端盖；11.抽出转子；12.最后用拉具拆卸前后轴承及轴承内盖。解体后定子检修铁芯有无损伤、磨损、生锈、过热、开裂等异常现象，铁芯在外壳内应不松动、无轴向位移槽楔应无断裂、脱落、枯焦、松动现象线圈端部绝缘应无过热、老化、损伤，绑扎应完好齿口无损伤、毛刺解体后转子检修铁芯应无磨损、生锈、损坏、过热、开裂、变形轴颈应无碰伤、划痕、高点、变形等风扇应无变形、损坏、开裂现象轴承的检修在核电站的低压电机解体大修中，轴承一般都是预防性更换。新轴承外观检查时内外环应无裂纹，滚子及轨道应无麻点、锈蚀，保持架应完整，无裂纹、锈蚀、铆钉应紧固，与内外环应无直接接触；用手盘轴承外圈，轴承外圈转动灵活，应无滞塞。对新轴承必须先洗（工业酒精或VDR）才能再加热安装，加热应控制在80至100℃，严禁超过110℃。轴承的检修轴承及轴承盖内腔加润滑油（若有封油盖，只须给轴承盖加入少许润滑脂），转速大于1000rpm的加1/2容积，小于1000rpm加2/3容积。高温少油修后试验和空载试验电机的修后试验和修前试验方法、试验数据要求均相同(绝缘电阻≥0.5MΩ，三相绕组直阻不平衡度≤2%)，且修后数据应不能比修前数据差。电机空载试转：电机空载运转不少于30分钟，用听针诊断电机运转状况应正常，用电流卡表测量空载电流，用红外线测温仪测量电机本体和负侧端盖的温度，用测振仪测量电机的振动情况，所得数据应满足规程要求。电机故障典型案例分析下面就工作中遇到的比较典型的情况，也是电机故障中最为常见的实例进行介绍，希望能为大家带来更为直观的电机检修感受。事例1：#1机B闭式泵电机故障技术分析电机在运行期间，定子引出线绝缘皮在温度和湿度急剧变化的影响下，发生老化脱落。导致氧化后的铜线电阻微量增大和该相绕组电流微量增大，致使此引出线端发热量增大温度升高。金属的温度越高越容易被氧化，如此恶性循环，引出线最终熔化断裂。电机在缺相负载不变的情况下，定子电流会显著增大，发热量增大，在没有更强散热的时候，使电机本体温度剧烈升高。电机内部的高温破坏了内部的绝缘，使内部定子绕组平衡遭到严重破坏，进一步增大了电机的发热量，最终造成电机绝缘严重损坏。原因分析：检修措施：由于电机绕组绝缘受到严重影响采取了更换电机这一措施。事例1：#1机B闭式泵电机故障技术分析加强巡视，保障电机通风畅通，冷却可靠；定期检查电机本体温度、振动和运行声音并做记录，对电机运行状况进行分析总结；对电机口线状况定期检查，发现电机定子引出线老化，被氧化，即时处理，保证电机定子三相直阻大小合格，三相平衡。在湿度明显增大的情况下，检查电机绝缘，使绝缘合格，否则即时处理。预防措施：事例2：

#3机凝结水泵A电机轴承故障分析2011年8月5日上午，运行人员发现#3机凝结水泵A电机运行过程中轴承出现声音异常，检修人员立即赶到现场进行确认。现场检查发现轴承发出了异常的“咝咝”声，且电机振动较大。

故障描述：检修人员办理工作票对电机进行解体。电机修前试验结果表明其直阻绝缘合格。解体后发现电机驱动端轴承润滑脂已过热变质；对轴承进行清洗后，检查发现轴承保持架有铜锈蚀剥离现象。锈蚀剥落事例2：

3#机凝结水泵A电机轴承故障分析驱动端端盖轴承室磨损黄色粉末脱落的槽楔

电机驱动端端盖轴承室因轴承外圈出现位移，造成磨损。

电机定子绕组端部有大量黄色粉末，解体后进一步检查发现部分定子槽楔有松动，另有几处靠近槽口的已脱落。事例2：

3#机凝结水泵A电机轴承故障分析

电机完成检修后，修后试验数据合格。电机空载运行2小时，轴承温度正常、运行声音均正常、振动合格，恢复就位。防范措施：1、严格按照检修规程进行电机的检修，做好新轴承检查以及各部件之间配合间隙的测量，对超标部件应进行处理；2、根据电机的运行条件来选用符合要求的润滑油（脂）；3、检查润滑油（脂）存储环境，避免在高温、高湿环境下存放润滑油（脂）；优化预防性检修大纲，定期对润滑油（脂）进行取样分析，并定期更换润滑油（脂）；定期检查轴承室油封完好程度，防止环境中水汽进入轴承室。4、电机在大修时，应对定子槽楔进行全面的紧力检查，对出现松动的槽楔应进行重新紧固处理。事例3：

#1炉渣斗溢流水泵A电机绝缘低处理技术分析

2013年10月8日，#1炉渣斗溢流水泵A电机启动前测试绝缘电阻仅为0.3MΩ，低于0.5MΩ的标准，不满足电机启动要求，要求检修人员进行处理。

电机在运行工作中会受到环境中的潮气影响，导致电机中绝缘部件的强度降低，此外，由于电机自身在长期运行过程中的受热老化影响也会逐渐降低自身的绝缘强度。故障描述：原因分析：事例3：

#1炉渣斗溢流水泵A电机绝缘低处理技术分析直流焊机加热法除湿机除湿法其它除湿法1、根据电机所处环境，选择具有合适防护型式的电动机；2、注意电机安装位置，必要情况下抬高基础，安装换气扇排潮；3、室内电机应创造良好的通风条件；4、加强电机的日常巡检和维护，对闲置不用的电机定期通电，加强电机密封等。防范措施：第五讲：屏蔽电机及湿绕组电机简介本讲主要内容

本讲就主泵屏蔽电机和KSB主泵湿绕组电机做简要介绍。主泵屏蔽电机

反应堆冷却剂主泵为美国EMD公司设计的立式单级高惯量电动屏蔽泵。与泵联为一体的屏蔽电机为N-10086-A1系列，为单绕组，4级，3相，密封，屏蔽套式感应电机，其转子与定子均由各自的屏蔽套封闭与一回路介质隔绝。

主泵由外置变频器启动和维持运行，通过外置热交换器和电机定子冷却水夹套对主泵电机进行冷却。主泵屏蔽电机参数数值参数数值设计压力（MPa）17.1泵入口管嘴内径（mm）660设计温度（℃）343泵出口管嘴内径（mm）559额定流量（m3/h）17886电压（V）6900额定压头（m）111.3频率（Hz）60±0.5额定功率（MW）5.52（7401HP）电机绕组的绝缘等级N级（200℃）泵转速/正常状态（rpm）1787（60Hz下）总高（m）6.69转动惯量（Kg·m2）695.3可拆卸部份长度（M）5.993设冷水流量（m3/h）136.3电机直径（M）2.04电机冷却水温度（℃）16-35（℃）总重量/电机和泵壳（kg）83687.3表1主泵主要技术参数主泵主要技术参数总体而言，主泵由泵体和屏蔽电机两部分组成，主泵的水力部件(包括泵壳、叶轮、导叶以及吸入口等部件)直接安装在电机单元上，除泵壳外其他水力部件与屏蔽电机构成主泵可拆卸部件。主泵屏蔽电机由于定子、转子间隙充满一回路冷却剂，为将定子、转子同一回路冷却剂隔绝开，设置了定子屏蔽套和转子屏蔽套。屏蔽套只提供密封功能，其强度依靠其背部的支撑件提供。由于屏蔽电机的损耗高，发热严重，定子屏蔽套使定子成为一个封闭区域，造成定子铁芯和绕组的冷却只能靠温度梯度产生的热传导散热。绕组端部由于散热困难，成为温度场的热点。由此可见，AP1000主泵电机的冷却措施及温升控制是保证正常运行的关键。作为解决措施，一方面，电机绕组采用较高的绝缘等级(N级，200℃)，另一方面，通过有效的冷却来降低电机各部分的温度。主泵屏蔽电机技术规格书中规定N级绝缘的MWST（电机定子绕组表面最高温度）限值为200℃，而屏蔽电机主泵在EMD试验时MWST超过预期，有人提出质疑后，该温度限值又改为220℃。

目前世界上还没有在绝缘温度220℃和6.9kV电压下运行的N级绝缘达到或超过60年寿命的业绩，因此对于220℃的限值和能够超过60年寿命的结论还应保留质疑的态度。主泵屏蔽电机除了由迷宫式密封（位于转子与热屏之间）阻隔泵壳腔内的高温冷却剂和电机腔内的低温冷却剂进行热交换外，电机冷却功能由三个冷却回路来实现。

通过冷却系统的有效工作使电机腔内的冷却剂温度保持在80°C以下，定子绕组中的最高温度不大于180°C，以此保证绕组绝缘的性能和寿命。主泵屏蔽电机电机冷却回路示意图主泵外部冷却器为解决上述情况，不得不采取变频调速，低速启动主泵，才可大大降低启动电流和冷态工况下电机功率，并能最大限度缩小电机的容量和尺寸，才能在蒸汽发生器下封头有限的空间安装主泵机组。

此外，变频调速还有调速性能优越，可以实现无级平滑调速及节能的优点。主泵电机为什么采用变频调速？为什么用60Hz电源？