笼型三相异步电动机检测试验分析

2013-03-04陈金刚

防爆电机 2013年4期

关键词：三相绕组定子

王强，陈金刚

(德州恒力电机有限责任公司，山东德州253002)

0 引言

为提高电机质量，保证电机长期安全运行，新出厂电机和维修后的电机，通常要进行静态机械性能检测、电气性能试验、动态机械性能检测和整机外观检查。

1 静态机械性能检测

静态机械性能检测通常是电机主要部件装配完成后、涂漆工序以前，在裸机状态下对电机外观、所装配零部件、外形安装尺寸、带法兰电机法兰面的端径跳、B35 电机的法兰水平等是否符合相关标准、电机转动是否轻快灵活以及其他一些附属部件的检查和测量。

对于成批生产的电机静态机械性能检测的重点是带法兰电机法兰面的端径跳、轴跳和B35 电机法兰安装孔的水平测量。电机的端径跳受零部件平行度、轴承间隙、装配应力等方面影响，装配完成后易造成偏差，对此通过整机车削来保证端径跳，使其在合格范围内。表1 是不同机座号电机的端径跳合格范围。端径跳超差通常会造成电机与配套设备存在应力，轴承运行轨迹轴线与轴承中心线偏斜角过大，致使轴承磨损严重，温升加剧，缩短轴承寿命，严重时轴承抱死。B35 电机的法兰安装孔水平受机座和端盖安装孔、法兰端面孔的影响，装配完成后常会造成法兰安装孔水平偏差超标。对此可在电机法兰装配完成后通过划线打眼来保证其水平，电机法兰安装孔H132 及以下机座号电机水平偏差不大于1.5mm，H160 及以上机座号电机水平偏差不大于2mm。法兰水平超差严重将会造成用户安装困难或无法安装。

表1 不同机座号电机的轴跳和端径跳合格范围

2 电气性能试验

三相异步电动机电气性能试验主要有:三相直流电阻检测;三相绕组对地及三相绕组之间的绝缘电阻检测和耐压检测;定子三相线圈匝间检测;空载电流及损耗检测;堵转电流及损耗检测。

2.1 三相绕组直流电阻检测

直流电阻检测是测量电机定子三相绕组的直流电阻大小及平衡度，判定定子线圈合格与否。此项中常出现的故障为电阻过大、过小或不平衡。同种型号的电机在同一电制下，电阻大小及平衡度一般不应超过5%。电阻过大或过小，一般因线圈为非同一电制或所测型号与实际电机型号不符造成。电阻不平衡一般是线圈焊头虚焊或线圈局部损伤所至。对常规产品，因电阻故障可在后面的电流测试中得到体现，所以绕组的直流电阻可实行抽检。对电流测试不合格的电机，再测量直流电阻，来确认故障是否由直流电阻故障引起。

2.2 三相绕组对地及三相绕组之间的绝缘电阻检测和耐压检测

绕组的绝缘电阻检测和耐压检测是新出品电机或电机维修后的必测项目。绝缘电阻试验是在较低电压下进行的，不会因累积效应而损害电机，所以又称非破坏性试验，主要测试电机绝缘的整体分布缺陷。绝缘耐压试验是测定绕组绝缘在一定的冲击电压下，泄漏电流的大小，试验结果有可能被直接击穿，因而称为破坏性试验，重点测试电机绝缘的局部损伤缺陷。这种试验结果的可信度高，但具有一定风险，而且多次试验，会由于累积效应而对绕组造成一定损害。

绝缘电阻检测和耐压检测都是测试电机的绝缘性能。国家标准规定，热态下电机绝缘电阻≥2 兆欧，冷态下电机绝缘电阻≥30 兆欧。新出厂的电机冷态绝缘电阻一般为200 ～300 兆欧以上，最低要在100 兆欧以上。耐压试验，通常用1 000V+2Ue的交流电压加在电机线圈上，维持1min，看电机泄露电流是否超标。对于散嵌线圈电机，机座号越大泄露电流值越大，H355 及以上的电机泄露电流有时接近100mA。表1 是实际检测过程中根据机座号实测的电机绝缘泄漏电流范围，在耐压测试电机绝缘泄漏电流时可供参考。绕组绝缘电阻值和耐压试验的泄露电流常常互为印证。对于单速电机三相绕组之间及多速电机各独立绕组间要进行绝缘电阻和耐压检测。

表2 各机座号的电机绝缘泄漏电流范围

2.3 定子三相线圈匝间检测

匝间检测主要测试线圈各匝之间的绝缘性能，以前通常用升高电压为电机额定电压的1.3 倍送电运行3min，看电机是否烧坏，对电机的损害较大，且浪费电能。现在普遍用脉冲波形比较法，看电机线圈波形图，判定电机线圈合格与否，减少了对电机线圈的损伤，并可对局部线圈匝间电机，通过匝间电压冲击打火显示找出故障点，进行局部修理，恢复正常，减少了材料和工时的浪费。

脉冲波形比较法是在一定的峰值电压下，考核电机三相绕组所产生波形图面积差值和绝对差值的大小。对于整机测试，国家标准规定，散嵌定子匝间峰值电压为3 100V，成型线圈峰值电压3 400V，波前时间0.5μs。绝对差值和面积差值的设定没有统一标准，一般根据电机类型和生产工艺来确定。机器绕线和嵌线的定子，绝对差值可放宽至4%-5%，面积差值可放宽至2%-3%，而手工绕嵌的定子或材料不稳定的定子，绝对差值可放宽至8%-10%，面积差值可放宽至3%-4%。根据多次测试经验，考虑线路等各方面因素的影响，一般手工绕嵌的低压定子绕组三相波形重合度绝对差值不超过10%，面积差值不超过8%。有关线圈的各种故障在这一测试过程中都能不同程度地体现出来，便于对线圈存在故障的电机进行局部修理。有些型号的电机定子匝间波形图受转子影响，两极电机最明显。当转子转个方向后，匝间波形有可能恢复正常，这种情况下，转子应转个方向多试几次，不宜盲目下结论。电机匝间绝缘隐患存在一定的不确定性，电机定子在浸漆前做匝间波形冲击试验;整机装配完成后，做匝间波形冲击试验，对比较重要的电机和H315 及以上机座号电机同时做130%的额定电压冲击试验，以保证电机线圈绝缘质量。

2.4 空载电流及损耗检测

空载电流和损耗测试，主要测试电机的定子线圈，在一般正常同型号，同功率情况下，电机的额定电压越高，额定电流越小，相应的空载电流也越小;额定电压越低，额定电流越大，相应的空载电流也越大。连续运转的电机空载电流一般为额定电流的30%-50%，同规格电机空载电流的波动幅度一般为5%-15%，损耗为额定功率的3%-8%，其中小功率电机铜耗占的比重较大，大功率电机铁耗占比重较高;短时运行的起重电机空载电流所占额定电流的比值要大一些;转速越低，空载电流所占额定电流的比值越大，12 极和16 极短时工作制的起重电机，空载电流有时达到额定电流的70%-90%。当电机的空载电流超出标准值上限时，判定为空载电流大。通常造成空载电流大的原因为定转子错位，使定转子的有效利用部分减少;另一种为定转子铁心材质差，叠压松动，造成空载电流大。上述原因造成空载电流大的情况下，空载损耗也增大。如空载损耗正常，只是空载电流偏大，则是由定转子气隙过大或磁路饱和引起。当电机的空载电流超出标准值下限时，判定为空载电流小。造成空载电流小的原因，一般有可能定子为异电制。同一频率下，电压高的定子错当成电压低的定子使用，此时，堵转电流相应也降低，比较明显，更换定子即可解决;另一种为转子外径大，这种情况下，将造成定转子间的气隙减小，电机易造成定转子相擦。此时，堵转电流变化不明显，一般通过车转子解决。空载电流的平衡度一般控制在5%以内，超出5%。即可认定为空载电流不平衡。如果空载电流不平衡是由三相直流电阻不平衡引起，一般为焊头虚焊或电缆头接触不良造成。如果三相直流电阻平衡而空载电流不平衡，一般是部分绕组接错线或嵌错槽造成，也有可能是三相绕组各槽匝数分布不均造成，这种情况下，定子需重新接线或嵌线。另外，鼠笼式转子的材质和槽型对空载电流影响较大，也是试验中应考虑的基本问题。

2.5 堵转电流及损耗检测

堵转电流和损耗检测，主要是检测电机的转子。通常要求堵转电流平衡度不超过5%，否则，即可判定为堵转电流不平衡，排除定子原因和线路影响，即为转子有缺陷，转子断条或缩孔。堵转电流大，为定转子气隙小，通常车转子以解决。堵转电流小，为定转子气隙大，通常更换转子以解决。堵转电流和空载电流常常互为印证，定子线圈缺陷往往在堵转电流和空载电流方面同时表现出来，堵转电流表现不明显，空载电流表现明显;转子缺陷，堵转电流表现比较明显，空载电流表现不明显。

3 动态机械性能检测

动态机械性能检测是测试电机在运转过程中的噪声、振动和其他各零部件间的配合是否在规定范围内，从而确认电机在负载运行时的机械性能能否得到保证。

3.1 电机噪声故障

电机噪声一般分为机械噪声、轴承噪声和电磁噪声。机械噪声为电机在装配过程中各配合件间存在应力或电机静止部分与旋转部分相擦造成。配合件间存在应力产生的噪声表现为起动或停止时声音异常，或运行过程中间歇性声音异常，一般通过敲击端盖能起到一定作用，彻底消除需通过更换或重新装配零部件消除应力。静止部分与旋转部分相擦产生的噪声比较明显，主要分为扫镗、扫槽绝缘和轴承卡子扫轴承外小盖三方面，这时需拆开电机进行确认并修理，消除相擦的现象。轴承噪声较大、刺耳，声音一直持续不变，有金属摩擦声，噪声较明显，一般通过加润滑脂或更换轴承解决。电磁噪声为电机定转子间气隙不均造成的一种涡流声，对有些电机由于技术工艺的限制，允许有一定的电磁噪声，但不允许超过电机本身的噪声限值。同时应注意检测有电磁噪声的电机是否存在定转子相擦的现象。这种情况下，通常通过更换转子或端盖，调整定转子气隙来降低电磁噪声。

3.2 电机振动故障

电机在振动较大的情况下，可人为感觉出来。对振动要求较高的客户，一般用振动仪进行测试。正确的测试方法参照GB 10068—2008《旋转电机振动限值及测试方法》，判定在刚性基础上不同中心高电机的振动是否合格。引起电机振动的原因有机械和电磁两方面的原因。机械振动的原因可以从三个方向的振动值简单判断:水平振动大，转子平衡度差;垂直振动大，安装找正不到位;轴向振动大，轴承装配质量欠佳。4 极以上多极数电机一般不会因为电机制造质量问题引起振动，振动常见于2 极电机。

电磁振动方面的故障主要有三相电压不平衡，电机单相运行，三相电流不平衡，各相电阻电抗不平衡，电机不对称运行，电机绕组接线错误等。针对电磁方面造成的振动，应从电源入手开始检查，检查三相电压是否平衡。用钳形电流表测量三相电流是否平衡，有没有存在单相运行。若测量时发现三相电流不平衡，且表针摆动时高时低，说明转子有笼条断裂现象，此时应更换转子。

3.3 其他动态机械故障

电机抱轴的原因有两方面:一是因为轴承内盖或外盖和轴的间隙过小;二是因轴承内外小盖紧偏所致，运行过程中转子轴与内外小盖摩擦发热膨胀，造成内盖或外盖和轴研死。电机抱轴一般发生在电机运行的开始阶段(3min 之内)，电机经修理轴承内外小盖后，轴承仍可用。轴承抱死一般发生在电机运行一段时间(30min)之后，这是由于电机运行过程中产生热量，各部件温度不同，膨胀量产生差异，轴承受有害轴向或径向力后，轴承的轴向或径向游隙减小，轴承过热造成损坏。