第六节 三相异步电动机的故障处理
一、三相异步电动机的常见故障及处理
三相异步电动机在运行中会发生各种各样的故障，常见的故障及处理方法见表1-82。
表1-82 三相异步电动机的常见故障及处理
（续）
（续）
表1-83 电动机允许振动值
表1-84 电动机轴向允许窜动量
注：向两侧的轴向窜动量，应根据转子磁场中心位置确定。
二、定子绕组接地、短路和断路故障的处理
1.定子绕组接地
（1）接地点的查找 绕组接地点的常用查找方法有：
1）用绝缘电阻表测试：根据电动机的电压等级选择相应等级的绝缘电阻表。对于500V以上的高压电动机，用1000～2500V的绝缘电阻表；对于500V以下的低压电动机，使用500V绝缘电阻表。当测得的绝缘电阻在0.5MΩ以下时，说明绝缘受潮或绝缘变差；若电阻为零，则说明绕组接地。
2）外部检查：若经干燥处理，电动机绝缘电阻仍为零，说明绕组确实接地。可解体电动机，仔细观察绕组有无压伤（如装配不良），有无对地击穿烧焦痕迹。
3）用自耦降压变压器通电检查：自耦降压变压器可用一台废弃的电动机起动用补偿器内的自耦变压器改装而成（见图1-34）。经改装后的自耦变压器接入380V交流电时，可获得76V、152V和228V的三相电源，以供检查时使用。检查时，打开三相绕组的首尾连接线，按图1-35所示方法将电源的一侧接在定子外壳上，另一侧分别接到三相绕组上。通电一定时间后切断电源，用手感温法查出发热的绕组部位，此部位即为接地点。
图1-34 改装前后的自耦变压器
图1-35 查找绕组接地点的示意图
另外，也可用三相或单相较大容量感应式或接触式调压器检查。若用单相调压器，可先检查出哪一相绕组接地，然后对该相绕组加压检查。还可用交流弧焊机检查。
（2）处理方法
1）如果查出的是绕组受潮而不是接地故障，则可以通过干燥处理使之恢复绝缘水平。
2）若为绕组接地，则接地点通常在定子槽口附近，这时较易处理。只要在故障点塞入云母片、绝缘纸或竹片，将绕组与铁心绝缘起来就可。如果上层边绝缘受损，可将槽楔取出，加热（约80℃）使绝缘软化后，取出上层绕组，包扎绝缘带进行局部修理；如果是底槽绕组受损，则应取出一个节距的绕组，进行局部修理。这时需注意，取绕组时切勿损伤匝间绝缘。另外，如果故障处的导线已烧伤或熔蚀，应该换接一段新导线，否则烧伤处易发热烧断。
3）如果接地点位于槽内，一般应更换绕组。
2.定子绕组短路
绕组短路会使电动机冒烟（短跑匝数很少时不冒烟），三相电流不平衡，运转时噪声和振动加剧，严重时电动机不能起动。发现电动机有短路故障时，应立即停机。
（1）短路点的查找 绕组短路点的常用查找方法有：
1）外部检查：使电动机空载运行约20min，观察绕组有无冒烟现象（短路匝数很少时，不冒烟），然后迅速拆卸电动机，手摸绕组探查出较热的绕组，同时观察绝缘物的变色处，找出故障点。
2）用绝缘电阻表测试：测量每两相之间的绝缘电阻，如果阻值很低，说明该两相间有短路现象，再用肉眼认真查找。
3）用短路侦察器检查：如图1-36所示，将侦察器开口部分放在被检查的定子铁心槽口上，侦察器线圈接到规定的交流电源上。如果定子线圈良好，则没有什么反应；如果该线圈短路，即产生电流，观察短路侦察器所接电流表读数的变化，便可探出短路的线圈。
使用此法时应注意：电动机为△形接法时，应将△形拆开口；绕组为多路并联时，应拆开并联支路；电动机为双层绕组时，因被测槽中有两个线圈，它们分隔一个线圈节距跨于左右两边，所以要将短路侦察器在左右两槽口都试一下，以便确定哪个是短路线圈。
（2）处理方法
1）如果烧损不严重，可以用修补匝间绝缘的方法处理，即在损坏处包缠绢带、涂绝缘漆、垫绝缘物等；如果烧损严重，则应更换绕组。
图1-36 用短路侦察器检查绕组短路故障
2）整个极相组短路时（通常由连接线处短路造成），可将绕组加热至60～80℃，使绕组绝缘软化，然后撬开引线处，将黄蜡管重新套到接近槽部，或用绝缘纸垫好。
3）绕组间短路时，如果短路点在端部，可用绝缘纸垫好。
4）绕组匝间短路时，往往电流很大，会将几匝导线烧成裸线。这时可将定子放进烘箱加热至80℃左右，使电动机的绝缘基本软化，然后把故障线圈翻出槽外，在槽口以外将短路线圈的两端剪断，一根根地拉出坏线。待将全部坏线圈拉出后，若是单层绕组，则清理线槽，换上新的绝缘纸；若是双层绕组，原来的槽内绝缘不必清除，下层用复合绝缘纸卷成圆筒放进去，然后用相同线径的漆包线在两槽间穿绕到原来匝数，如穿不进，少穿几匝也行（但对电动机输出功率会有一定影响）。在穿线时，必须把漆包线线头锉圆、打光，以免在穿线时损坏别的线圈绝缘。穿线完毕，将接头连接、焊牢，并做好绝缘处理，必要时做一次空载试验，最后对穿绕绕圈进行局部浸漆干燥。如果短路的匝数少于槽内总匝数的30%，则不必再穿补新导线，只需将原来的绕组接通即可。当然这样做会使电动机出力受到很大影响。这只适于电动机容量有很大余量的情况下应急处理。
3.定子绕组断路
（1）断路点的查找 绕组断路点的常用查找方法有：
1）用万用表测试：用万用表欧姆挡测定三相绕组的直流电阻，阻值大的一相即为故障相（高压电动机三相绕组的直流电阻相差不应超过平均值的±2%），再对绕组分段进行检查（以极相组接头处分段），便可查出故障绕组。
2）用自耦降压变压器通电检查：按前面介绍的绕组接地故障中的用自耦降压变压器通电检查的方法，将定子绕组通电一段时间后，由于断路的绕组没有通电回路，所以只要找出没有明显温升的绕组，便可以区别出断路的绕组。用这种方法查找多路并联的断路线圈十分方便。
（2）处理方法
1）如果断路发生在引线或引线接头处（特别是接线端子根部易折断），则较易修理；如果高压电动机个别线圈断股发生在接头处，应用银焊焊接好，或换备用线圈。
2）如果断线发生在槽内，应先将绕组加热至60～80℃，将故障线圈翻出槽外，放入一根截面相同的绝缘导线（高压电动机可换备用线圈），将接头引至槽口以外的端部连接，焊接好后再作绝缘处理。对于高压电动机，每包一层绝缘带应涂刷一次绝缘漆，最后包扎一层白纱带作为保护层，外部涂刷气干漆，烘干后还需进行耐压试验。
三、转子故障的处理
1.笼型转子断条故障的处理
（1）转子断条故障现象及其产生的原因 转子断条会使电动机起动困难，电动机运转时发出强烈的周期性电磁噪声和振动，三相电流表指针摆动，电动机带负载能力降低，转速下降。
产生转子断条的原因有：制造质量差；电动机起动频繁；操作不当；频繁作正反转运行等造成剧烈冲击而致使转子损坏。
（2）转子断条的检查方法
1）外观检查法：拆开电动机，若发现转子某处有烧黑的痕迹，则说明此处断条。也可以通过观察电流表指针有无摆动、电动机转速和带负载能力降低等加以判断，然后抽出转子，寻找断路点。
2）电流检测法：用三相调压器对定子绕组施加低压电源进行检查（额定电压为交流380V的电动机可施加交流100V左右的电压）。在一相中串入一只电流表，用手使转子慢慢转动，如果转子笼条是完好的，则电流表只有均匀的微弱摆动；如果转子断条，则电流表就会出现指针突然下降的现象。
3）用断条侦察器检查：将电动机拆开，取出转子，用电磁感应法测定转子断条位置。如图1-37所示，把断条侦察器跨在一根笼条上，再把一段钢锯条放在笼条上面。如果笼条是完好的，断条侦察器会在笼条中感应出电流，并使钢锯片发生振动；如果锯片不振动，则说明断条侦察器所跨的这根笼条已断裂。然后再寻找断裂点。如果用肉眼不能发现裂痕，可将断条侦察器和钢锯片放在原处，将一根导线的一端贴在端环上，另一端贴着笼条往前移动。当移到某一点时，若钢锯条发生振动，则说明断裂点已被导线短路，此处即为断裂点。
4）用铁粉检查：在转子两端环上通入低压大电流，将铁粉撒在转子表面。由于电流通过笼条产生磁力线，磁力线将吸引铁粉。如发现某一根笼条周围铁粉很少，则该处即为断条。检查方法如图1-38所示。图中，T1为0～250V单相调压器，T2为升流器，额定电压为220V/1.5V，二次电流为300～400A。
图1-37 用断条侦察器检查转子断条示意图
图1-38 用铁粉检查转子断条
（3）处理方法 根据断条的不同情况，采取不同的修理方法。
1）如果是铜条，并且断条发生在端部（槽内部分不易断裂），可在断裂处打成坡口，用银焊焊接。焊接前应用耐火石棉等物用水浇湿后将铁心保护好，以免高温烧伤铁心。
2）如果是铸铝转子，可在断裂处钻孔，并用丝锥铰上螺纹，拧上与笼条相同材质（铝）的螺钉，把断裂处连接上。
3）如果是铸铝转子，且断条较多不能使用，可将铝条熔化后再重新铸铝或换为纯铜条。熔铝前先车掉两端的铝端环，用夹具将铁心夹紧。熔铝的方法可以用工业烧碱（氢氧化钠）来腐蚀铝条，将转子浸入浓度为10%～30%的碱液中，然后将碱液加热到80～100℃。直至铝条熔化为止（一般需经7～8h），然后取出转子用水冲洗，并立即投入到浓度为0.25%的工业用冰醋酸溶液中煮沸，以中和残余碱液，再放入开水中煮沸1～2h，取出后用水冲洗后再烘干。处理时注意碱液对人身健康的影响，加强劳动保护。
也可用煤炉等将转子加热到700℃左右将铝条熔化，然后将槽内及铁心内的残铝清除干净。
如果用铜条代替铝条，铜条截面积应占槽面积的70%左右（不要把槽塞满，否则会造成起动转矩小，而电流增大等情况），两端用短路环焊牢。对于小型转子，可将铜条伸出铁心两端打弯，然后采用纯铜堆焊；对于大、中型电动机，应加铜短路环，环的截面积不应小于铝短路环的70%，铜条和短路环的焊接用银焊。
转子焊接好后要做静平衡试验。对要求振动小、转速高或转子轴向较长的电动机，还要做动平衡试验。
2.绕线转子的故障及处理
绕线转子绕组的结构、嵌线等都与定子绕组相同，所以故障检查的方法可参考定子绕组故障的检查方法。
（1）钢线部分修理 绕线转子端部绕组用钢线或无纬玻璃丝带绑扎，通常易发生导体绝缘破损、钢丝短路以及钢线散落、断裂、开焊、甩开等故障。
转子端部绑线的结构如图1-39所示。绑扎线与绕组之间填有绝缘材料，以免由于膨胀收缩或机械力作用而擦伤绕组绝缘。
转子绕组端部扎钢丝打箍工作可以在车床上进行，也可以在简易木制机械上进行，如图1-40所示。
图1-39 转子端部绑线的结构
图1-40 简易扎钢丝打箍示意图
电动机转子绑线钢丝的弹性极限应不低于160kg/mm2（1569MPa）。钢丝拉力按表1-85选择。拉力过大，易损伤绝缘；拉力过小，易使钢丝箍脱落。
表1-85 扎钢丝预加的拉力
选择钢丝时应尽量和原来的直径相同，匝数、宽度和排列布置也应尽量和原来的一样。
在扎钢丝前应先在绑扎部位包扎2～3层白纱带，再卷上1～2层青壳纸和一层云母。纸板宽度应比扎线宽10～30mm。为了使钢丝扎紧，可在钢丝下面每隔一定间距放置一块铜片。当该段钢丝扎好后，将铜片两端弯到钢丝上，用锡焊牢。钢丝的首端和尾端均应放在此处，以便由铜片卡紧焊牢。
（2）转子端部并接头铜套开焊的修理 先用绝缘电阻表检查转子绕组对地和绕组对钢丝的绝缘电阻。如符合要求，只需重新焊接开焊的铜套或更换部分烧坏的铜套即可。为了使接触良好，在铜套之间再敲入挂锡铜楔，以填塞上下层导体间的空隙。
（3）集电环部分的修理 当电源容量和使用条件允许的话，为了简化修理工作，可以把绕线型转子改为笼型转子，即把绕线转子绕组两端伸出铁心外的端部切断，使绕组成为笼条似的铜条，导线两端应伸出槽外20mm。然后把导线的伸出端朝一个方向敲弯，彼此重叠贴紧，再用铜条焊接成两端短路环，最后到车床上将短路环两端面车平，并校准转子的平衡。用此法修理，会使转子电流略微升高，起动转矩有所下降。最好是清除转子绕组，按前面介绍的方法换入新铜条。
四、定子、转子铁心故障的处理
铁心发生故障，会使涡流增大，铁心局部过热，影响电动机正常运行。
1.铁心的常见故障
铁心的常见故障有：因定子绕组短路或接地弧光烧伤铁心，使硅钢片局部短路；硅钢片间绝缘损坏而造成短路；紧固不良和电机振动造成铁心松弛；拆除旧绕组时因操作不当而损伤铁心，大修时不慎被机械力损伤等。
2.铁心的修理
当因绕组短路或接地弧光烧伤铁心，但不严重时可用以下方法修理：先把铁心清理干净，除去灰尘和油污，将已烧损熔化了的局部硅钢片用小锉锉掉，打磨平整，消除片与片熔化在一起的缺陷。再将定子铁心靠近故障点附近的通风槽片取出，使修理时硅钢片有一定的松动余地，然后用钢片剥开故障点上的硅钢片，将被烧伤硅钢片上的碳化物清除干净，再涂以硅钢片绝缘漆，插入一层薄云母片，最后将通风槽片打入，保持铁心紧固。
如果铁心在槽的齿部烧伤，只要把熔化在一起的硅钢片锉掉即可。如果影响到绕组的牢固性，则可用环氧树脂修补烧缺部分的铁心。
当铁心齿端轴向朝外张开和两侧压圈不紧时，可在两块钢板制成的圆盘（其外径略小于定子绕组端部的内径）中心开孔，穿一根双头螺栓，将铁心两端夹紧，然后紧固双头螺栓，使铁心恢复原形。槽齿坯斜时可用尖嘴钳修正。
铁心中间松弛时，可在松弛部位打入硬质绝缘材料，并涂以沥青油漆（462号漆）。
五、轴承和转轴故障的处理
1.轴承故障及处理
一般电动机运行3～5年后，轴承就有可能受到损伤，所以在电动机解体大修时，都要对轴承进行认真检查和修理。
轴承损坏后，电动机在运行中会出现轴承部过热现象，并发出异常噪声，严重时电动机不能运行。检查轴承内部的缺陷时，用手迅速推动外圈，视其旋转情况便可大致判断。如果是逐渐减速而自行停止，转动时平稳，无振动、摇摆或倒退现象，滚动声轻微，指触感觉溜滑细腻，说明该轴承良好。如果转动时发出杂声并振动、摇摆，停止时像制动一样很突然，甚至倒退反转，说明该轴承有缺陷，不能再用。
（1）轴承损坏的原因分析 轴承过早磨损的原因及其预防措施见表1-86。
（2）修理方法 轴承损坏时可按以下方法进行修理：
1）轴承的清洗、加油及拆装，请见本章第五节七项。
2）清除锈斑。若轴承外表面有锈斑，可用0号砂布擦拭，然后用汽油清洗干净。滚珠或滚道上如有轻微锈斑，可不必管它；若锈蚀较严重，可将其浸在煤油中1～2h，然后用手沿正、反方向拨动轴承外圈多次，利用滚珠与滑道的相互摩擦除去锈斑，再在煤油中清洗干净，尔后再用手拨动轴承外圈转动多次，直到把锈斑彻底清除干净为止。
表1-86 轴承过早磨损的原因及其预防措施
（续）
3）轴承内、外圈不平行时，应清洗止口，用对称同步方法将全部端盖螺栓旋入机座螺孔内并拧紧。
4）当轴承内、外圈两端面不在同一平面上时，如果是外圈向外突出，可把轴承内盖止口车短；若是外圈向内突出，可把轴承内盖止口加长，也可采用O形垫圈加固。
5）深沟球轴承的径向游隙要求见表1-87，当超过允许值时，应更换新轴承。
表1-87 深沟球轴承（圆柱孔）的径向游隙 （单位：μm）
（续）
6）当轴承出现失圆、碎裂、严重磨损等不可修理的故障时，应更换新轴承。
2.转轴故障及处理
电动机在长期运行中，由于机械力的作用、转轴本身材质的影响、解体大修及拆装轴承等，都有可能造成转轴弯曲、轴颈划伤、轴伸断裂以及磨损尺寸超过允许范围等故障。
转轴的修理可分为转轴弯曲的修理和转轴断裂的修理两类。
（1）转轴弯曲的修理 当转轴弯曲程度不十分严重时，可用下列方法修理；将转子抽出，对转子的弯曲部分适当加热（注意温度不可过高，以免转轴退火影响其机械强度），然后用铁锤敲打校平直。此方法适用于低速电动机。如果将校直了的转子装入定子内腔后还有互相摩擦现象，则需拿到车床上进行校正。
对于容量较大的电动机，不能用上述方法处理，而只能在车床上车平校正。
（2）转轴断裂的修理 对于中、小型电动机，可按下列方法修理。
方法一（更换整根转轴）：将整根断轴从转子铁心中取出，按断轴的实样测绘制图，并按转轴所需材料强度的要求备料（一般可选用普通碳素钢），经车床粗加工、热处理调质、车床二次加工后将转轴压入转子铁心中，再车削全部尺寸，然后在转磨床上进行轴承挡及轴伸挡磨削加工，最后整机装配完成。该方法修理时间长，不利于生产要求。
方法二（拼接法）：一般断轴位置常在转轴外伸部分前轴承位置处，用此法修理简单。先将断轴转子从定子内取出，测量出轴的全长以及外伸部分前轴承挡、轴承挡至转子铁心的长度和直径，绘制一份供车削加工时用的草图。选取一根能满足车削加工所需尺寸的坯料（一般为45号碳素钢），最好选用经过热处理调质的钢材。
将断轴的转子装上车床，把断轴原轴承挡削平，然后进行加工，并把拼接圆钢压入断轴接孔内，如图1-41所示。再用电焊焊接拼接口，待电焊接口自然冷却后，将转轴送到车床上加工全部尺寸。如无磨床设备，只要车床能保证光洁度在
范围内就可以了。最后，移至铣床铣键槽。
六、绕线转子异步电动机集电环、电刷故障的处理
绕线转子异步电动机通过集电环及电刷将转子绕组与外电路连接在一起。3个集电环之间以及集电环与转轴之间均彼此绝缘。中、小型异步电动机的集电环如图1-42所示。集电环材料为青铜、黄铜、磷铜或低碳钢等。常用的电刷有石墨、电化石墨或金属石墨等。
图1-41 1.5kW电动机转轴拼接示意图
图1-42 紧圈式集电环结构
1.集电环、电刷的常见故障及处理
绕线转子异步电动机最容易出故障的部位就是集电环与电刷。现将集电环与电刷的常见故障及处理方法列于表1-88。
表1-88 绕线转子异步电动机集电环、电刷的常见故障及处理方法
（续）
电刷下火花的等级见表1-89。
表1-89 电刷下火花的等级
注：若直流电动机，则表中集电环改为换向器。
2.集电环内套与电动机轴配合间隙过大的处理
若集电环内套与电动机轴配合间隙过大，运行时固定刷架的螺杆会振动得很厉害，集电环容易烧毁。按照规定，转速在1000r/min以下的集电环，径向振动不应超过0.1mm；高于1000r/min时，不应超过0.05mm。集电环在轴向的窜动不应大于集电环宽度的3%，在特殊情况下不应大于5%。
修理方法：先卸下集电环，用砂布将电动机轴打磨干净，用汽油洗净油污，然后用环氧树脂与铁粉拌匀的胶液涂在轴的表面，晾干后进行车削加工。把车床的刀架卸下安装在现场，把电动机转子引线短接，卸去联轴器螺栓，起动电动机，利用电动机的自转进行车削加工，把动配合间隙缩小到0.1～0.15mm。装上集电环，再进行现场外圆同心度加工，加工完毕后再用油石精磨集电环。然后装上研磨好的电刷，空载运行30min，使电刷与集电环接触良好。最后装上联轴器螺栓，带负荷运行，并观察刷架固定螺杆的振动情况。
七、用粘接剂修理电动机端盖裂纹
电动机端盖裂纹可用铁锚牌101聚氨酯胶修理。具体操作步骤如下：
1）钻止裂孔。用汽油清除裂纹线周围的污秽。找出裂纹线的始末端，并用手电钻在始末端点钻ϕ3mm止裂孔各一个，不要钻穿，留壁厚约1mm，以防胶液漏出。
2）开V形槽。用角磨机沿裂纹线开出90°的V形槽至止裂孔。槽底深度为端盖厚度的40%为宜。
3）清洁V形槽粘接面。先用棉丝浸酒精粗擦，后用脱脂棉签蘸丙酮彻底擦拭粘接面。
4）选胶。选用铁锚牌101甲、乙两组分聚氨酯胶，体积比为甲∶乙=2∶1。
5）调胶与填胶。按配比将胶在玻璃器皿中彻底拌匀，然后沿着V形槽将胶倒满，胶要略高出端盖表面，再用塑料铲加力压平、压实、压紧。
6）固化。用灯泡加热或电热吹风加热，温度控制在100°C左右，2h后即完全固化。
7）修整粘接面。先用锉刀，后用砂布，把高出端盖表面的粘接剂锉去磨平，使粘接剂与端盖表面齐平。
八、高压电动机定子绕组烧断的抢修
高压电动机因使用日久或在环境恶劣的场所使用，定子绕组端部容易发生短路事故。对于烧断的绕组可按以下方法进行检修。
1）首先解体电动机，用洗衣粉加热水配成洗涤液，彻底清洗端部油污，绝缘缝隙内的污物用棕刷刷洗干净。定子绕组清洗到露出绝缘层本色，再用热水冲去残余的洗涤剂，然后将电动机定子在烘房内烘干（加热温度为100°C左右）。
2）用电工刀清理烧焦部分的绝缘层，使其露出新的绝缘层表面，并削出坡口，以增加爬电距离，用蘸有无水酒精的软白布擦拭干净。
3）将烧断的引线头补焊好，焊口锉平，修理平整。并检查连接是否正确。
4）用无碱玻璃纤维带（20mm×0.17mm）半叠包扎，边包扎边在玻璃纤维带上涂抹配好的环氧树脂胶，包扎到增加绝缘部分的尺寸达到要求为止。包扎时要拉紧玻璃纤维带，严防产生气泡。
环氧树脂和玻璃纤维带都具有很高的耐热性能和防潮、防腐蚀性能，绝缘强度和机械强度都较高，完全可以满足电动机定子绕组绝缘要求。环氧树脂胶的配比见表1-90。
表1-90 环氧树脂胶的配比（质量比）
5）将端部所有引出线加包一层白纱带，并均匀涂敷一层环氧树脂胶进行保护。
6）在室温下固化8～12h，绝缘层表面喷两遍风干灰磁漆。
7）按照大修耐压试验标准，先用2500V绝缘电阻表测量定子绕组对地（对电动机外壳）绝缘电阻，应不小于500MΩ，然后进行工频耐压试验。对额定电压大于6kV的高压电动机，在9kV电压下进行试验，时间为1min。