1、, Copyright BMA Advanced Instrument Ltd.,电机基础知识 及故障分析处理,目 录 1、第一部分 电机学基础知识 2、第二部分 电机常见机械和电气故障 3、第三部分 电机常见故障检测方法 4、第四部分 电机管理 5、第五部分 电机轴承检测技术SPMHD 6、第六部分 MCA电机静态测试技术 7、第七部分 ESA电机动态测试技术 8、第八部分 应用案例及新产品介绍,第一部分、电机学基础知识,一、关于电机,实现电能与机械能相互转换的电工设备总称为电机。,机械能,电能,发电机,电动机,二、电机的分类,三、直流电机的特点和发展方向,优良的调速性能； 起动转矩比较大；
2、 生产成本较高，价格昂贵； 需要使用直流电源； 维护要求较高。发展方向：逐渐被交流电机替代。目前全国电动机总容量中有85以上是三相异步电动机。,四、交流电机特点,构造简单； 价格便宜； 工作可靠； 使用维护方便。,五、三相异步电动机结构和工作原理,1）、笼型电机的各部件,铁心：由内周有槽的0.5mm厚硅钢片叠成，磁路的一部分,机座：铸铁或钢板焊接,支撑铁心和固定电机,硅钢片,装有三相绕组的定子,2）、定子,3）、定子绕组,接线盒,定子三相绕组的联接方法通常为：,Y 联结, 联结,4）、转子,转子: 在旋转磁场作用下，产生感应电动势或电流,产生旋转力矩,转轴 转子铁心 转子绕组,0.5mm的硅钢
3、片叠压,笼型转子,绕线式转子,同定子绕组一样，也分为三相，并且接成星形。,三相转子绕组通常连接成星形，即三个末端连在一起，三个首端分别与转轴上的三个滑环（滑环与轴绝缘且滑环间相互绝缘）相连，通过滑环和电刷接到外部的变阻器上，以便改善电机的起动和调速性能。,绕线式转子绕组与外接变阻器的连接,5)、 三相异步电动机的工作原理,旋转磁场的产生,分析可知：三相电流产生的合成磁场是一旋转的磁场， 即：一个电流周期，旋转磁场在空间转过360,取决于三相电流的相序,旋转磁场的旋转方向：,结论： 任意调换两根电源进线，则旋转磁场反转。,若定子每相绕组由两个线圈串联 ，绕组的始端之间互差60，将形成两对磁极的旋
4、转磁场。,旋转磁场的极对数P,旋转磁场的磁极对数 与三相绕组的排列有关,旋转磁场的转速,工频：,旋转磁场的转速取决于磁场的极对数,p=1, 为2极时,p=2时,旋转磁场转速n1与极对数 p 的关系,三相电动机的工作原理,转动原理,A,X,Y,C,B,Z,定子三相绕组通入三相交流电,方向:顺时针,感应电动势 E20,电磁力F,转差率,旋转磁场的同步转速和电动机转子转速之差与 旋转磁场的同步转速之比称为转差率。,由前面分析可知，电动机转子转动方向与磁场旋转的方向一致，但转子转速 n 不可能达到与旋转磁场的转速相等，即,如果:,因此，转子转速与旋转磁场转速间必须要有差别。,三相异步电动机铭牌数据,型
5、号,例如： Y 132 M4,用以表明电动机的系列、几何尺寸和极数。,电压,例如：380/220V、Y/ 是指线电压为 380V 时采用 Y联结；线电压为 220V 时采用 联结。,电动机在额定运行时定子绕组上应加的线电压值。,电流,电动机在额定运行时定子绕组的线电流值。,例如： Y / 6.73 / 11.64 A 表示星形联结下电机的线电流为 6.73A；三角形联结下线电流为 11.64A。,功率与效率,额定功率是指电机在额定运行时轴上输出的机 械功率 P2，它不等于从电源吸取的电功率 P1。,注意：实用中应选 择容量合适的电机，防止出现 “大马拉 小车” 的现象。,功率因数,三相异步电动
6、机的功率因数较低，在额定负载 时约为 0.7 0.9。空载时功率因数很低，只有0.2 0.3。额定负载时，功率因数最高。,额定转速,电机在额定电压、额定负载下运行时的转速。,电动机在额定负载时的转矩。,(1）.额定转矩TN,三个重要转矩介绍,额定转矩,(N m),如某普通机床的主轴电机(Y132M-4型) 的额定功率为7.5kw, 额定转速为1440r/min, 则额定转矩为,(2).最大转矩 Tmax,转子轴上机械负载转矩T2 不能大于Tmax ，否则将造成堵转(停车)。,电机带动最大负载的能力。,临界转差率,将sm代入转矩公式，可得,当 U1 一定时，Tmax为定值,过载系数(能力),一般
7、三相异步电动机的过载系数为,工作时必须使T2 Tmax ，否则电机将停转。,电机严重过热而烧坏。,(3）. 起动转矩 Tst,电动机起动时的转矩。,起动时n= 0 时，s =1,Tst与 R2 有关， 适当使R2 Tst 。对绕线式电机改变转子附加电阻R2 , 可使Tst =Tmax 。,Tst体现了电动机带载起动的能力。若 Tst T2电机能起动，否则不能起动。,起动能力,三相异步电动机的制动,(1）、 能耗制动,制动方法,能耗制动 反接制动 发电反馈制动,在断开三相电源的同时，给电动机其中两相 绕组通入直流电流，直流电流形成的固定磁场与 旋转的转子作用，产生了与转子旋转方向相反的 转距（制
8、动转距），使转子迅速停止转动。,(2）、 反接制动,停车时，将接入电动机的三相电源线中的任意两相对调，使电动机定子产生一个与转子转动方向相反的旋转磁场，从而获得所需的制动转矩，使转子迅速停止转动。,(3）、 回馈制动,当电动机转子的转速大于旋转磁场的转速 时，旋转磁场产生的电磁转距作用方向发生变 化，由驱动转距变为制动转距。电动机进入制 动状态状态，同时将外力作用于转子的能量转 换成电能回送给电网。,直流电动机的构造,6. 直流电动机,1） 直流电机的构造与工作原理,定子,转子,机座、 主磁极、 换向极、 电刷装置等,铁心、绕组、换向器,作用是产生磁场和作电机的机械支撑,产生感应电动势实现能量
9、转换的关键部分。,直流电机的主要结构：,他励电动机励磁绕组和电枢绕组分别由两个直流电源供电。,2)、 直流电机的分类,直流电机按照励磁方式可分为他励电动机、并励电动机、串励电动机和复励电动机,并励电动机励磁绕组和电枢绕组并联，由一个直流电源供电。,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。,串励电动机励磁线圈与转子电枢串联接到同一电源上。,第二部分 电机常见机械和电气故障,外界条件对电机运行的影响,电网和电源的影响如电压、频率波动；操作或雷击过电压导致绝缘击穿；谐波分量造成换向困难和交流电机谐波转矩增加等负载性质和负载机械的影响如安装不对中；冲击负载引起的扭振等安装环境和场所
10、的影响环境温度、湿度、海拔高度；使用场所的粉尘、有害气体、盐雾、酸气等地基和基础的影响,一、运行条件引起的电机故障（一）,运行条件引起的电机故障（二）,运行条件引起的电机故障（三）,运行条件引起的电机故障（四）,二、电机的电气故障电机 1、转子常见故障,2、电机转子常见故障,3、电机转子常见故障,4、电机转子常见故障,四、电机故障起因与早期征兆（一）,电机故障起因与早期征兆（二）,电机故障起因与早期征兆（三）,电机故障起因与早期征兆（四）,电机故障起因与早期征兆（五）,电机故障起因与早期征兆（六）,电机故障起因与早期征兆（七）,电机故障起因与早期征兆（八）,电机故障起因与早期征兆（九）,第三部
11、分 电机常见故障检测方法,1、绝缘电阻测试,目的：验证绝缘状况是否满足运行基本要求判断绝缘损伤、受潮、老化状态 （必要时测试吸收比、极化指数） 方法：使用兆欧表、绝缘测试仪、MCA系列检测仪 （按电压等级选用）,电机故障检测传统方法,2、引出线头尾检查,目的： 交流电机引出线头尾确定 判断电机绕组接线是否正确 方法：使用万用表、毫伏表、相序测试仪等,3、直流电阻测试,目的： 检查定、转子绕组(含接触电阻)是否对称 运行中数据有无变化 数据是否符合要求 方法： 使用电桥、直阻仪、微欧计（现场判断也可用万用表、 MCA系列检测仪）,4、电感测试,目的： 检查绕组是否对称或存在故障 判断转子有无断条
12、 运行中数据有无变化 数据是否符合要求 方法： 使用电压电流法、电感测试仪、 MCA系列检测仪,5、片间电阻测试,目的： 检查直流电机电枢绕组是否存在故障 检修后绕组是否满足要求 检查电枢绕组与换向器、升高片之间的焊接是否良好 方法： 使用毫伏表、片间电阻测试仪、电枢综合测试仪、匝间测试仪 （尽可能采用恒流电源）,6、极性、刷位测试,目的： 检查直流电机各磁极间联接是否正确 检查串激线圈联接是否正确 确定换向极极性 确定换向极和电枢的连接 交流电机引出线头尾的检查 直流电机电刷中性线位置的测定 方法： 使用毫伏表、电枢综合测试仪,7、介电强度试验,目的： 检查相间、对地绝缘介电强度是否满足要求
13、 交接试验和预防性试验 方法： 使用调压器、升压变压器、过流保护电路等 （选择合适的试验设备容量，注意操作安全）,8、泄漏试验,目的： 检查对地绝缘是否满足要求 判断绝缘是否老化 交接试验和预防性试验 方法： 采用泄漏试验设备 （注意操作安全）,9、匝间耐冲击电压试验,目的： 检查线圈匝间绝缘是否良好 检查首尾线圈匝间绝缘是否满足过电压冲击要求 对比判断接线有无错误 方法： 使用匝间试验仪,10、空载试验,目的： 检查三相电流是否平衡 判断空载电流是否满足要求 判断接线是否有误 检查转速和机械部件装配是否正常 （必要时测定空载损耗） 方法： 采用调压机及配套设备 （不推荐直通方式）,11、短时
14、升高电压试验 （不推荐）,目的： 考核线圈匝间绝缘情况 方法： 采用调压机及配套设备 （选择合适的试验设备容量）,12、堵转试验,目的： 检查堵转电流是否平衡与符合设计要求 判断异步机转子是否有断条情况 （必要时测定短路损耗） 方法： 采用调压机及配套设备,13、温度测试,目的： 检查电机部件温升是否正常 开展预知监测 方法： 使用温度表、点温计、红外测温仪、热成像仪 （不能触及的内部、高压、旋转部件应使用红外测温仪或热成像仪）,14、振动测试,目的： 检查振动值是否符合要求 判断装配质量 检查轴承状态 方法： 使用振动测试、冲击脉冲分析仪器及传感器,电机修理单位试验项目与故障判定,绝缘电阻 直流电阻的不平衡度 匝间耐冲击电压试验 相间、对地介电强度 空载电流不平衡度 堵转电流不平衡度 转速 振动 噪声,直流电阻 空载电流 空载损耗 堵转电流 堵转损耗 转矩、效率、功率因素 转差率 温升,根据测试结果直接判定的试验项目：,根据测试结果和容差、相同电机、历史数据对比判定的试验项目：,
