机修钳工高级技师论文（设计）
三相异步电机的维修与保养
一． 课题来源
电机作为人们生活中的主要动力装置，早就成为了生活的必需品。众所周知，每个产品都有自己的使用时限，电机也不例外。而电机在我们生活中所担当的重要地位使得电机的安全成为了至关重要的问题。作为用电器和各种机械的动力源，在长时间的使用之后，电机可能会老化、受潮。根据使用方法和使用的地点，可能还会受热、受侵蚀、甚至有异物侵入。这些问题，都会对电机造成一定的损害。而电机本身如果过载，欠压过压，都会引起电机绕组故障。这不仅会对影响电机的使用效率，也会对我们的人身安全造成一定的威胁。电机修理在这个时候就显得尤为重要。
电机的用途极广，我们的电扇、电冰箱、电脑，处处都有电动机，不论是汽车上，还是工厂里。只要是需要动力的地方，就一定会出现电机的身影。这不仅让电机出现问题的几率增加，也给我们的生活带来了很多的困扰。因此，电机维修除了保证电机的正常工作外，也给我们带来了巨大的经济效益。
二． 电机的工作原理及组成
（一）基本原理
电动机是一种旋转式电动机器，它将电能转变为机械能，它主要包括一个用以产生磁场的电磁铁绕组或分布的定子绕组和一个旋转电枢或转子。在定子绕组旋转磁场的作用下，其在电枢鼠笼式铝框中有电流通过并受磁场的作用而
图1-1 三相异步电机结构图
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使其转动。这些机器中有些类型可作电动机用，也可作发电机用。通常电动机的作功部分作旋转运动，这种电动机称为转子电动机;也有作直线运动的，称为直线电动机。
（二）基本结构
1.定子(静止部分) 1）定子铁心
作用：电机磁路的一部分，并在其上放置定子绕组。
构造：定子铁心一般由0.35~0.5毫米厚表面具有绝缘层的硅钢片冲制、叠压而成，在铁心的内圆冲有均匀分布的槽，用以嵌放定子绕组。 定子铁心槽型有以下几种：
半闭口型槽：电动机的效率和功率因数较高，但绕组嵌线和绝缘都较困难。一般用于小型低压电机中。
半开口型槽：可嵌放成型绕组，一般用于大型、中型低压电机。所谓成型绕组即绕组可事先经过绝缘处理后再放入槽内。
开口型槽：用以嵌放成型绕组，绝缘方法方便，主要用在高压电机中。 2）定子绕组
作用：是电动机的电路部分，通入三相交流电，产生旋转磁场。
构造：由三个在空间互隔120°电角度、队称排列的结构完全相同绕组连接而成，这些绕组的各个线圈按一定规律分别嵌放在定子各槽内。 定子绕组的主要绝缘项目有以下三种：(保证绕组的各导电部分与铁心间的可靠绝缘以及绕组本身间的可靠绝缘)。
(1)对地绝缘：定子绕组整体与定子铁心间的绝缘。 (2)相间绝缘：各相定子绕组间的绝缘。
(3)匝间绝缘：每相定子绕组各线匝间的绝缘。 电动机接线盒内的接线：
电动机接线盒内都有一块接线板，三相绕组的六个线头排成上下两排，并规定上排三个接线桩自左至右排列的编号为1(U1)、2(V1)、3(W1)，下排三个接线桩自左至右排列的编号为6(W2)、4(U2)、5(V2)，将三相绕组接成星形接法或三角形接法。凡制造和维修时均应按这个序号排列。 3）机座
作用：固定定子铁心与前后端盖以支撑转子，并起防护、散热等作用。
构造：机座通常为铸铁件，大型异步电动机机座一般用钢板焊成，微型电动机的机座采用铸铝件。封闭式电机的机座外面有散热筋以增加散热面积，防护式电机的机座两端端盖开有通风孔，使电动机内外的空气可直接对流，以利于散热。 2.转子(旋转部分) 1）三相异步电动机的转子铁心
作用：作为电机磁路的一部分以及在铁心槽内放置转子绕组。
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构造：所用材料与定子一样，由0.5毫米厚的硅钢片冲制、叠压而成，硅钢片外圆冲有均匀分布的孔，用来安置转子绕组。通常用定子铁心冲落后的硅钢片内圆来冲制转子铁心。一般小型异步电动机的转子铁心直接压装在转轴上，大、中型异步电动机(转子直径在300~400毫米以上)的转子铁心则借助与转子支架压在转轴上。
2）三相异步电动机的转子绕组 作用：切割定子旋转磁场产生感应电动势及电流，并形成电磁转矩而使电动机旋转。
构造：分为鼠笼式转子和绕线式转子。
(1)鼠笼式转子：转子绕组由插入转子槽中的多根导条和两个环行的端环组成。若去掉转子铁心，整个绕组的外形像一个鼠笼，故称笼型绕组。小型笼型电动机采用铸铝转子绕组，对于100KW以上的电动机采用铜条和铜端环焊接而成。 (2)绕线式转子：绕线转子绕组与定子绕组相似，也是一个对称的三相绕组，一般接成星形，三个出线头接到转轴的三个集流环上，再通过电刷与外电路联接。 特点：结构较复杂，故绕线式电动机的应用不如鼠笼式电动机广泛。但通过集流环和电刷在转子绕组回路中串入附加电阻等元件，用以改善异步电动机的起、制动性能及调速性能，故在要求一定范围内进行平滑调速的设备，如吊车、电梯、空气压缩机等上面采用。 3.三相异步电动机的其它附件
1、端盖：支撑作用。
2、轴承：连接转动部分与不动部分。
3、轴承端盖：保护轴承。
4、风扇：冷却电动机。
三．电机的分类
（一）按工作电源分类
根据电动机工作电源的不同，可分为直流电动机和交流电动机。其中交流电动机还分为单相电动机和三相电动机。
（二）按结构及工作原理分类
据电动机按结构及工作原理的不同，可分为直流电动机，异步电动机和同步电动机。
1.同步电动机
还可分为永磁同步电动机、磁阻同步电动机和磁滞同步电动机。 2.异步电动机
可分为感应电动机和交流换向器电动机。 3.感应电动机
又分为三相异步电动机、单相异步电动机和罩极异步电动机等。 4.交流换向器电动机
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又分为单相串励电动机、交直流两用电动机和推斥电动机。
5.直流电动机
按结构及工作原理可分为无刷直流电动机和有刷直流电动机。 有刷直流
可分为永磁直流电动机和电磁直流电动机。电磁直流电动机又分为串励直流电动机、并励直流电动机、他励直流电动机和复励直流电动机。永磁直流电动机又分为稀土永磁直流电动机、铁氧体永磁直流电动机和铝镍钴永磁直流电动机。
（三）按起动与运行方式分类
根据电动机按起动与运行方式不同，可分为电容起动式单相异步电动机、电容运转式单相异步电动机、电容起动运转式单相异步电动机和分相式单相异步电动机。
（四）按用途分类
可分为驱动用电动机和控制用电动机。
驱动用电动机又分为电动工具（包括钻孔、抛光、磨光、开槽、切割、扩孔等工具）用电动机、家电（包括洗衣机、电风扇、电冰箱、空调器、录音机、录像机、影碟机、吸尘器、照相机、电吹风、电动剃须刀等）用电动机及其它通用小型机械设备（包括各种小型机床、小型机械、医疗器械、电子仪器等）用电动机。
控制用电动机 又分为步进电动机和伺服电动机等。
（五）按转子的结构分类
根据电动机按转子的结构不同，可分为笼型感应电动机（旧标准称为鼠笼型异步电动机）和绕线转子感应电动机（旧标准称为绕线型异步电动机）。
（六）按运转速度分类
根据电动机按运转速度不同，可分为高速电动机、低速电动机、恒速电动机、调速电动机。
低速电动机又分为齿轮减速电动机、电磁减速电动机、力矩电动机和爪极同步电动机等。
调速电动机除可分为有级恒速电动机、无级恒速电动机、有级变速电动机和无级变速电动机外，还可分为电磁调速电动机、直流调速电动机、PWM变频调速电动机和开关磁阻调速电动机。
异步电动机的转子转速总是略低于旋转磁场的同步转速。
同步电动机的转子转速与负载大小无关而始终保持为同步转速。
四．故障分析
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。如今分别说明故障现象、产生的原因及检查方法。
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(一).绕组接地
指绕组与铁芯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，读数很小，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60——70℃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
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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）.绕组断路
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
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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
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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。
五．三相异步电机的维修实例
我厂是一座小型机械企业，厂内电动机百余台，由于设备老化，近年来故障频繁，电机运转时转子有火花出现，电流表读数增大致热继电器动作。电机无法正常运行，严重影响正常生产。
三相异步电机工作原理：三相异步电机是感应电机，定子通入电流以后，部分磁通穿过短路环，并在其中产生感应电流。短路环中的电流阻碍磁通的变化，致使有短路环部分和没有短路环部分产生的磁通有了相位差，从而形成旋转磁场。通电启动后，转子绕组因与磁场间存在着相对运动而感生电动势和电流，即旋转磁场与转子存在相对转速，并与磁场相互作用产生电磁转矩，使转子转起来。
（一）故障现象
据了解，近年电机常表现出无力带动机械部分运转，转子部分连续不断地出现火花，后继电器动作停机，查实电机转子Y点连接处发生断裂，造成停机待修。每次故障均送厂家检修，维修时间长，影响了生产的连续性。
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（二）原因分析
经过反复观察和探索，原因分析如下：
（1）部分机械老龄化，起动和运行往往都是超负荷形成大电流、温度高的现象。
（2）减速箱带动磨筒的大小齿轮有磨蚀迹象，运行时产生比较大的振动。
（3）受到减速箱振动的影响，联轴器与联轴胶均有不同程度的磨蚀。 （4）转子Y点除连接点外，没有其它固定点。
综合上述原因，磨机电机转子Y点断裂，应是由于联轴器将负荷部分的机械振动引入到Y点，而造成电机转子线圈与Y点连接处断裂。
（三）改进思路
造成Y点与转子联接处断裂的根本原因是振动，而由振动引起的相互应力，则由Y点铜环与转子线圈的3个连接处分担，于是我们设置多个Y点铜环的固定点。从而分担连接处受到的应力，这样就能使连接处所受应力大大减小，杜绝连接处断裂的发生。
（四）改进方法
从2010年8月分别对5台电机转子Y点改进：
（1）将磨机电机Y点连接端端盖吊离，露出转子Y点整体。
（2）取一块100mm×20mm铜板，两端各钻一个5mm小孔，用螺丝锁在转子线圈与Y点铜环连接处，加锡紧密连结。
（3）在转子铁心对称4点上各钻一能固定10mm螺丝小孔。
（4）取50mm×20mm铜板4块成工字形两端各钻孔，一端固定在转子铁心对称4点上，另一端垂直与Y点铜环固定。
（五）效果
经过1年多的生产实践，5台电机转子Y点的改进，收到显著的效果，基本消除了这个故障，且花费仅35元／台，改造时间也仅为半日左右。由此也节约了大笔外送修理费用，并由于消除了电机故障引起的生产不连续现象，使企业减少了不应有的损失。
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