电动机转子故障的分析
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摘要 电动机是工厂的主要运行设备，在实际运行中由于各方面的原因，电动机转子易出现各种形式的故障，为此就电动机转子的故障原因进行全面分析，找出存在的问题。根据电动机转子的不同结构，可采用多种方法进行检测；至于转子绕组的损坏，根据其内部结构，分成几种情况，且根据其各种不同的形状采用相应的方法进行处理，使电动机能够重新安全地运行。
关键词 电动机 转子故障
中图分类号：G718.1 文献标识码：A 文章编号：1002-7661（2016）05-0003-02
我在学校工作的十几年中，很多厂矿送了些电动机到学校进行修理，曾多次出现过转子绕组断路的情况，按时间先后摘录几例：2000年一台给水泵电动机转子绕组开路，铜条刮伤定子端部线棒绝缘；2001年一台工业水泵电动机转子短路环开路；2005年一台供油泵电动机转子开路。从中可见，基本都是380V、200kW以上的低压电动机存在这种问题。因此，检修人员对此类问题必须重点关注，每次对电机大修时，均要对转子绕组作细微检查，做到预防为主。在实际工作中，我们怎样去发现问题以及采取何种对策去进行处理，是一个值得思考的问题，下面简要介绍一下转子故障的检查及相关处理方法。
一、转子故障的原因及检查方法
所有异步电动机转子绕组都是由鼠笼或绕线组成。鼠笼转子绕组又分为铜条焊接和铸铝两种。转子的故障大多发生在鼠笼转子的两端。对于绕线式转子的故障与定子绕组故障检查的方法差不多，比较容易判断和处理，在此不详细讨论。此处主要讨论鼠笼式电动机的检查方法。
1.铸铝转子的检查
电机运行时，根据其声音和电流表的指示可初步判断其情况。当判断为存在故障时，在电机停运后，拆开电机，抽出转子，此时主要检查有无断条、裂纹等缺陷。这是因为故障中断条所占比例较多，而且这种故障一般是浇铸工艺质量差或频繁起动受力过大所造成。对于这种情况用下面方法可查出：（1）定子通入三相低压电流法。将转子慢慢转动，当电流表指针实然下降时，即可判断该处为断条处。（2）转子导条通电流法。给转子加20～30V交流电，在转子上撒铁粉，不吸铁粉处即为断条点，表明此处无电流通过，产生不出电磁场。不过这种方法应尽量少用，因为铁粉难于彻底清干净，电机运行时极易引起接地短路或相间短路。（3）转子断条检查法。如图1所示，若鼠笼条是完好的，因为其等效电阻较小，故副边绕组的端电压值很小，而原边电流却比较大；若鼠笼条有断裂则其电阻相应变大，此时电压值变大，原边电流则相对较小。
2.铜条转子的结构和故障的原因
焊接鼠笼转子是采用成型裸铜导体，两端与铜端环焊接成绕组回路。笼条的截面多种多样，有圆形、矩形、楔形等各种规格。端环通常钻孔后与对应铜条相连接。有些电机没有钻孔，只是表面相连焊，这种情况特别容易因应力、电磁力等产生裂缝。对于2极高速电机，一般由于端环不是整块铜料锻成，其接焊缝焊接不良，在运行中受热应力容易造成开裂。此时，往往还会因铜甩出而刮伤定子绕组的端部绝缘层，引起相间短路或对地短路。铜条断裂大多发生在伸出铁芯端靠近端环焊接处。断裂的一般原因是由于长期受热力和电磁力作用而产生疲劳损伤。比如起动过程中铜条上下温差大，热膨胀不匀；双鼠笼条转子的外笼条铜条密度太大，致使在起动瞬时温升超高；起动时铜条的离心力和切向应力作用使铜条受到朝向铁心槽口方向的冲力；双鼠笼铜条与铁芯配合过松致使铜条在槽内发生振动；冷轧铜条在焊接过程中受热退火不匀而使机械强度降低等等，这些因素均可引起铜条或端环断裂。
3.铜条焊接转子的故障检查
根据上述故障原因，可采用如下的检查方法：（1）采用铸铝转子故障的检查方法和工具。（2）采用另外一种方法，就是根据其电阻的大小来判断的方法。这种方法可直观、准确地测出焊接点的缺陷。检查时把针形插棒直接插入铜条的末端靠近端环附近。在笼条完好的情况下，微欧表测量出的是整个笼条的电阻，当铜条在焊点处断裂时，则微欧表测出的是一条铜条的有效电阻。当该电阻值超过正常值的1.5倍时，就应处理该铜条。
二、绕组的材料
为了对转子绕组有进一步了解，有必要分析一下铜绕组的材料。当异步电动机容量大于100kW时，由于铸铝质量不易保证，常采用铜条绕组，而为了消除齿谐波的影响，把转子槽做成斜槽。大电机转子内外笼条采用不同材料，且二者的作用性质也不同。内笼条为运行绕组，用导电率p较小的紫铜，根据公式R=pI/s，可知电阻与电阻率成正比，ρR，而热量Q=0.2412Rt，Q亦正比例于R，从中可推断出ρRQ，这对于长期运行的转子绕组来讲，热量的降低无疑延长了绕组的运行寿命；外笼条为起动绕组，用导电率较大的青铜或黄铜制成，根据上述分析，外笼条在相同条件下比内笼条发热程度要高，但由于位于转子外侧，与定子之间又有间隙，且间隙大小与电机容量成正比，因此散热比较容易。
三、转子故障的处理
1.铜转子绕组
鼠笼绕组断条是电动机常见故障。断条后电动机虽可空载起动，但当带满负载时其定子电流就会不稳，电流表来回摆动，有时电动机还会发出异声。经用前述方法确定断条后就可进行修理。其修理方法如下：（1）转子铜条的断条故障大部分是铜条和短路环的焊接处脱焊，此时处理起来比较方便，像给水泵电机处理那样，先清理、后银焊。当然，清理并不是一件容易做到的事，因电机运行时间长，转子处灰尘、油渍、青苔等积累较多，因而清理起来相当困难，用手锉、电动磨光机耐心打磨，必须打磨干净，否则无法焊牢。（2）检查出铜条在转子槽中部发生断裂，则应将断裂的铜条完全打出，然后仔细清理铁心槽内的杂物，再根据槽形尺寸裁出适当的新铜条打入槽内，用银焊把它与端环焊接牢固。之后，用环氧树脂填充转子槽内的气隙，使铜条与铁心凝固成一个整体，这样就可有效地防止铜条在槽内振动而引起疲劳断裂。
2.铸铝转子绕组
这种情况修理起来相当困难，只能采用2种方法：（1）送厂家重新浇铸；（2）使整个转子铸铝熔化后，改成铜条绕组。具体处理过程是：在铸铝被全部熔化后，在空出的铸铝槽中，根据槽的形状和大小，把整条紫铜加工成几段长方体，而且其表面积应小于槽面积的2/3，这样就可避免起动时转矩减小、定子电流增大等问题的出现，从而可使电机在满负荷下平稳地运转，紫铜条的长度和宽度必须符合一定的比例，不能使它在槽内有过多的间隙，以免产生振动。紫铜条全部放进槽内后，在两端用短路环连接，焊接成两个小端环，从而组成一个闭合回路。
经上述2种方法处理后的转子，都需要重新校验几何平面并作动力平衡试验，促使转子能在一个中心下均匀地切割磁力线，从而使电机平稳运行，电机从开始出现故障，到找出故障点以及经过多个环节的处理，需花费很多人力和物力才能完成。因此，对此问题必须引起高度重视。