浅谈三相鼠笼式异步电动机的启动、使用及维护
目 录
HYPERLINK \l "_Toc263685652" 0 引 言 1
HYPERLINK \l "_Toc263685653" 1 三相异步电动机的基本结构和工作原理 1
HYPERLINK \l "_Toc263685654" 1.1 三相异步电动机的基本结构 1
HYPERLINK \l "_Toc263685655" 1.2 三相异步电动机原理 2
HYPERLINK \l "_Toc263685656" 2 三相异步电动机的启动 2
HYPERLINK \l "_Toc263685657" 2.1 三相鼠笼式异步电动机的启动性能要求 2
HYPERLINK \l "_Toc263685658" 2.2 三相鼠笼式异步电动机的各种启动方式 2
HYPERLINK \l "_Toc263685659" 3 三相鼠笼式异步电动机的选用 3
HYPERLINK \l "_Toc263685660" 3.1 三相鼠笼式异步电动机的选用要点 3
HYPERLINK \l "_Toc263685661" 3.2 三相异步电动机的选用步骤 3
HYPERLINK \l "_Toc263685662" 4 三相异步电动机的维护 3
HYPERLINK \l "_Toc263685663" 4.1 在电机启动前应先做好充分的准备和必要的检查工作 3
HYPERLINK \l "_Toc263685664" 4.2 电机安装试运行 4
HYPERLINK \l "_Toc263685665" 4.3 正常运行中的维护 4
HYPERLINK \l "_Toc263685666" 4.4 电机拆装维护 4
HYPERLINK \l "_Toc263685667" 5 三相异步电动机常见故障分析和相应的对策 4
HYPERLINK \l "_Toc263685668" 5.1 三相异步电动机的常见故障分析 4
HYPERLINK \l "_Toc263685669" 5.2 如何及时预防和排除故障 4
HYPERLINK \l "_Toc263685670" 6 结束语 5
HYPERLINK \l "_Toc263685671" 参考文献： 5
浅谈三相鼠笼式异步电动机的启动、使用及维护
摘 要：电机的使用与维护往往被人们所忽略，一台电机能否发挥最大经济效益，延长使用寿命等，正确使用与日常维护是个关键性问题。正确使用和日常维护是异步电动机正常运行时突出的问题，论文主要概述了三相鼠笼式异步电动机的启动方法、选用原则、维护方法和内容，对三相异步电动机的常见故障原因及相应的预防对策做简要的概述。
关键词：三相异步电动机 日常维护 启动方法 故障原因分析 预防对策
0 引 言
电动机是把电能转换成机械能的设备。在机械、冶金、石油、煤炭、化学、航空、交通、农业以及其他各种工业中，电动机被广泛地应用着。而且随着工业自动化程度不断提高，需要采用各种各样的控制电机作为自动化系统的元件，人造卫星的自动控制系统中，电机也是不可缺少的。此外在国防、文教、医疗及日常生活中(现代化的家电工业中)电动机也愈来愈广泛地应用起来。三相异步电动机是一种能实现机电能量转换的电磁装置，由于异步电动机的结构简单、价格便宜、运行可靠、性能良好，因而在生产过程中发挥着极其重要的作用，为生产带来了巨大的方便。在实际生产中三相异步电动机已经成为不可或缺的一部分，又是各种机械设备的主要动力来源，对它进行必要的维护，能够使它稳定而可靠地运行，以减少电机故障的发生，这样有利于提高电动机运行的安全性和可靠性，而加强电动机的日常维护与修理和如何正确启动，是提高运行效率的重要措施之一。在生产企业中，为了能够安全顺利的生产，减少经济损失和保证电机操作人员的人身安全，电机启动前应对电机进行系统的、全面的安全检查和必要维护。理解三相鼠笼式异步电动机的内部结构和启动方法，针对异步电动机的常见故障对相应的维护措施进行概括，进一步完善电动机保护措施，延长电动机的使用寿命有利于企业或个人节省对电动机的资金投入，为电动机维护人员提供参考。
1 三相异步电动机的基本结构和工作原理
1.1 三相异步电动机的基本结构
三相异步电动机的种类很多，但各类三相异步电动机的基本结构式相同的，它们都由定子和转子这两大
图1.1 三相鼠笼式异步电动机结构图
1—轴承；2—前端盖；3—转轴；4—接线盒；5—吊环；6—定子铁心；
7—转子；8—定子绕组；9—机座；10—后端盖；11—风罩；12—风扇
基本部分组成，在定子和转子之间具有一定的气隙。此外，还有端盖、轴承、接线盒、吊环等其他附件，如图1.1所示。
1.2 三相异步电动机原理
当向三相定子绕组中通过入对称的三相交流电时，就产生了一个以同步转速n1沿定子和转子内圆空间作顺时针方向旋转的旋转磁场。由于旋转磁场以n1转速旋转，转子导体开始时是静止的，故转子导体将切割定子旋转磁场而产生感应电动势（感应电动势的方向用右手定则判定）。由于转子导体两端被短路环短接，在感应电动势的作用下，转子导体中将产生与感应电动势方向基本一致的感应电流。转子的载流导体在定子磁场中受到电磁力的作用（力的方向用左手定则判定）[1]。电磁力对转子轴产生电磁转矩，驱动转子沿着旋转磁场方向旋转。
通过上述分析可以总结出电动机工作原理为：当电动机的三相定子绕组（各相差120度电角度），通入三相对称交流电后，将产生一个旋转磁场，该旋转磁场切割转子绕组，从而在转子绕组中产生感应电流（转子绕组是闭合通路），载流的转子导体在定子旋转磁场作用下将产生电磁力，从而在电机转轴上形成电磁转矩，驱动电动机旋转，并且电机旋转方向与旋转磁场方向相同。
2 三相异步电动机的启动
2.1 三相鼠笼式异步电动机的启动性能要求
异步电动机接入电源，转子从静止状态转到稳定状态运转的过程，称为启动过程。异步电动机的启动性能主要有以下几个方面：启动时启动电流要小；启动时启动转矩要足够大；启动过程时间要短；启动设备简单，操作方便，易维护；启动时消耗的能量要少[2]。
2.2 三相鼠笼式异步电动机的各种启动方式
在众多生产领域中，由于三相异步电动机具有结构简单、运行可靠、维修简便、价格适宜等特点,在电力拖动机械中有 90% 以上是由三相异步电动机驱动的[3]。
2.2.1 全压启动
将电动机的定子直接接入电网，电机定子可获得电网的全电压，称之为电动机的全压启动，全压启动又称直接起动，是指按照电动机铭牌上规定的接法所要求的额定电压直接加于电动机上。全压启动的优点是启动转矩大，启动时间短，启动装置价格便宜，启动方法简单操作方便，但缺点是启动电流大（约为额定电流的4～7倍，部分电机甚至高达8～12倍），对电动机、电网及机械设备有一定冲击故只适用于小容量的电动机一般10KW及以下电动机均采用直接启动。因此是否能直接启动应满足以下条件:一是生产机械是否允许拖动电机直接启动,这是先决条件；二是电动机的容量应不大于供电变压器容量的10%～15%；三是启动过程中的电压降ΔU应不大于额定电压的15%。
2.2.2 降压起动
在启动时降低三相异步电动机的电源电压，等到电动机转速升高到接近额定转速后，再将电源电压增加到额定电压。降压启动的目的是减小启动电流，但由于电动机的电磁转矩与定子相电压的平方成正比，在降压启动的同时也减小了电动机的启动转矩，因此这种启动对电网有利，但对被拖负载的启动不利，适用于对启动转矩要求不高的场合。常用三相异步电动机的降压启动方式有星—三角降压启动、自耦变压器降压启动、定子串接电抗器启动。
2.2.2.1 星—三角降压启动
对于正常运行时定绕组采用三角形接法的电动机，启动时采用星形接法，等到电动机转速升高到接近额定转速后再切换成三角形解法投入正常运行，称为星—三角降压启动。采用星—三角降压启动时启动电流、启动转矩均分别下降为三角形接法的1/3。星—三角启动器是降压启动中结构最简单、成本最低的一种，然而它的使用受到限制，只适用于正常运行时定绕组采用三角形接法的电动机；同时启动过程有两次电流冲击（星—三角切换也会产生电流和转矩的尖脉冲冲击），设备故障率高，需要经常维护，不宜用于频繁启动设备上，而且由于启动转矩降为直接启动的1/3，只能用在空载或轻载启动设备。
2.2.2.2 自耦变压器降压启动
将电动机的定子通过有级调整电压(一般有65%和80%两挡抽头)的自耦变压器接至电网的降压启动方式称之为电动机自耦降压启动。采用自耦降压启动时（电源供给的）起动电流和起动转矩均降为直接起动时的倍(为自耦变压器的变比)。其优点是启动性能好，启动电压可以选择，而且同样的启动电流下可以拖动较大的负载以适应不同负载的要求。缺点是需要加一台有抽头的自耦变压器，设备体积大、价格高；启动时间长；在电压转换瞬间会产生尖峰电流和尖峰转矩且只能直接停止电机运行；不能连续启动，且要消耗较多有色金属，故障率高，维修费用高。故适用于较大负载起动（比半载略重，比额定负载轻）。
2.2.2.3 定子串电阻或电抗器降压启动
三相异步电动机启动时，在电动机定子电路串入电阻或电抗器使加到电动机定子绕组端电压降低，减少了电动机上的启动电流。这种启动方法虽然比星形/三角形启动性能好，比自耦变压器降压启动设备价格低。
但由于电阻上有热能损耗，用电抗器则体积、成本较大，同时启动时电能损耗较大，此法很少用。
2.2.3 三相鼠笼式异步电动机的软启动
“软启动”方法是按照预先设定的模式控制启动过程中的电压，由一个较低的值平滑地上升到全压，使电机轴上的转矩匀速增加，从而达到启动特性变软。现阶段常用软启动有磁控软启动器和电子式软启动器，
磁控软启动器是利用控磁限幅调压原理，平滑改变启动过程电机定子绕组电压,实现电机无冲击平稳启动，这种方法同时可实现软停车。其特点是结构简单，便于维护，价格低，但其起控电压在200V左右，用户不可调整，也会有电流冲击，体积较大。
随着电力电子技术的发展，利用晶闸管斩波技术生产的新型电子式软启动器越来越得到广泛应用。电子式软启动器的主回路一般都采用晶闸管调压电路，调压电路由六只晶闸管两两反向并联组成，串联于电动机的三相供电线路上；当启动器接收到启动指令后，输出晶闸管的触发信号，通过控制晶闸管的导通角，使启动器按所设计的模式调节输出电压，以控制电动机的启动过程。当启动完成后，一般启动器将旁路接触器吸合，短路掉所有晶闸管，使电机直接投入电网运行，以避免不必要的电能损耗。目前电子软启动器有限流软启动、电压斜坡启动、电压控制启动等几种启动方式。电子式软启动器结构简单，较传统的降压启动器具有无触点、无噪声、质量轻、体积小、启动电流及启动时间可控制，启动过程平滑等优点，并且维护工作量小，节能效果显著。
软启动更适用于生产设备精密、不允许有冲击的生产设备。严格地讲，启动转矩要求小于额定转矩50%的拖动系统，才适合使用软启动器解决启动冲击问题；对于需重载或满载启动的设备，若采用软启动，不但达不到减小启动电流的目的，反而会增加成本，若操作不当，还有可能烧毁启动器。
3 三相鼠笼式异步电动机的选用
三相异步电动机是目前工农业生产中使用最广泛的一种电动机，在电网的总负载中，异步电动机的容量约占整个动力负载的85%，可见三相异步电动机应用及其广泛，是一种主要的动力源。在此，要特别强调合理选择电动机的额定功率，如额定功率选择过大，不仅造成设备投资费用增加，而且电动机长期处于低效率低功率因数点运行，是很不合理很不经济的。
3.1 三相鼠笼式异步电动机的选用要点
三相鼠笼式异步电动机的选用要点可根据机械负载特性、生产工艺、电网要求、建设费用、运行费用等综合指标，合理选择电动机的类型；根据机械负载所要求的过载能力、启动转矩、工作制及工况条件，合理选择电动机的功率，使功率匹配合理，并具有适当的备用功率，力求运行安全、可靠而经济；根据使用场所的环境，选择电动机的防护等级和结构形式；根据生产机械的最高机械转速和传动调速系统的要求，选择电动机的转速；根据使用的环境温度，维护检查方便、安全可靠等要求，选择电动机的绝缘等级和安装方式；根据电网电压、频率、选择电动机的额定电压以及额定频率。
3.2 三相异步电动机的选用步骤
选电动机类型→选电动机容量→校核启动转矩最大转矩→等效发热校核→经济性综合指标校核→电动机机械特性与负载特性对比→电动机电压等级与频率→决定[4]
4 三相异步电动机的维护
4.1 在电机启动前应先做好充分的准备和必要的检查工作
新安装或放置三个月以上的电机，在使用前必须对其安全性能、电气性能和机械性能进行检查。首先，检查电动机和启动设备接地是否可靠和完整，接线是否正确与良好，电动机铭牌所示额定电压，额定频率是否与电源电压、频率相符合，并且检查电动机所用的熔断器的额定电流是否符合要求。其次，检查绕组绝缘电阻，打开接线盒用 500V 以上的兆欧表测量绕组与机座之间的绝缘电阻，阻值应 >5MΩ，拆开接线端子连接片测量各绕组间的绝缘电阻，阻值应 > 10M Ω，如果上述测量过程中有一项阻值严重偏低，则应拆开电机查找原因，如无故障点说明电机受潮应进行烘烤驱潮[5]，所以只有测量电机绝缘合格后方能安装使用。最后，检查电机安装是否合格，用手转动转轴看转子是否灵活，有无不正常的摩擦、卡阻、窜轴或异常的声响。同时应检查各部分紧固螺丝是否上紧，联轴器或皮带轮是否安装校正好。
4.2 电机安装试运行
电机在安装前，先检查启动电路、保护电器是否正常；熔断器选用是否合适，各电器接点螺丝是否牢固。如无问题，接通电机电源空载启动，观察运转方向是否合符设备要求。如方向相反，关闭电源后。把电机接线板电源进线任意二根位置互换后再启动，正常后将电机带上负载试运行。如通电后电机不转或转速过低，有异常哼声应立即断电，如通电时间稍长，极有可能烧毁电机绕组，甚至损坏控制电路。这时应仔细检查不能启动的原因，如缺相、卡阻、绕组短路等故障，待排除故障后方能重新试运行，连续启动的次数要控制在 4 次以内，避免让过大的启动电流产生的高温积累，烧毁电机烧组绝缘[6]。
4.3 正常运行中的维护
三相异步电动机运行时，不定时对电机进行相应的检查和维护，需要做到以下几点如：电动机在正常运行时的温升不应该超过容许的限度，运行时应经常注意监视各部分温升情况。监视电动机负载电流，电动机发生故障时大多会使定子电流剧增，使电动机过热，较大功率的电动机应装有电流表监视电动机的负载电流，负载电流不应超过铭牌上所规定的额定电流值；监视电源的电压和频率变化。电源电压和频率的过高或过低，三相电压的不平衡造成的电流不平衡，都可能引起电动机过热或其他不正常现象，故其变动范围不应超过GB755-65《电机基本技术要求》的规定。还要注意电动机的气味、振动和噪声。温度过高会使绕组发出焦味，机械故障会很快反映为振动和噪声，因此在闻到焦味或者发现不正常的振动或碰擦声、特大的嗡嗡声或其他杂声时应立即停电检查。检查轴承发热及漏油情况，更换润滑油。一般在更换润滑油时，将轴承及轴承盖用煤油清洗，然后用汽油洗干净[7]。滚动轴承润滑脂不宜超过轴承室容积的70%。最后还应该注意保持电动机内部的清洁，不允许有水滴、油污以及杂物等落入电动机内部，电动机的进风口和出风口必须保持畅通无阻。
4.4 电机拆装维护
从设备上拆卸电机时，对装配有特殊要求的部位应作好标记，并保存好拆下的零件。在拆取转子时一定要注意，勿使转子擦伤定子绕组绝缘，观察电机轴承有无磨损，润滑油是否变质、干涸。用手握住轴承外圈前后抖动，看其是否松晃过大。转动轴承外圈，观察有无卡阻或异常声响，如正常可不用拆卸，用煤油或柴油清洗轴承。如果轴承有问题，可用拉具拆除轴承；绕组内部接线，离心开关的焊接点等不得弄错或断开，不准碰破绕组绝缘，保护好离心开关的动作间隙，确保其触头正常动作，其触点有火花烧斑时，可用细破布轻轻打磨[8]。对铝壳电机应注意避免重击，保护好电机端面止口，切勿将机壳、端盖上的散热筋损坏，以保持良好的散热条件。风扇叶不能碰弯碰断，轴承及转轴不得有机械损伤等。如遇到转轴与轴承配合过紧或锈死，可采用加热的方法解决，更换轴承时最好将轴承预先加热，同时注意在安装轴承时，应将轴承有型号的一面朝外有利今后查对更换。最后转动转子看是否旋转灵活，有无扫膛松晃；轴承有无杂音，螺丝安装是否牢固，然后装上风叶、风罩。可用兆欧表测量绕组绝缘电阻，接通电源试机，用钳形表测三相电流是否平衡。
5 三相异步电动机常见故障分析和相应的对策
5.1 三相异步电动机的常见故障分析
故障现象一：电动机不能起动，而且没有任何声音。原因：保险丝熔断；起动器掉闸；电源没有电。
故障现象二：电动机不能起动，有嗡嗡的响声。原因：电源线一相断线，或保险丝有一相熔断，或电动机有一相绕组断线；定子与转子之间的空气间隙不正常，使定子与转子相碰；轴承损坏；被带动机械卡住。
故障现象三：电动机起动时保险丝熔断。原因：定子线圈一相反接；定子线圈短路或接地；轴承损坏；传动皮带太紧；被带动机械卡住；起动时误操作。
故障现象四：电动机起动后转速较低。原因：电源电压过低；将三角形接线的电动机接成星形；定子线圈短路；转子的短路环、笼条断裂或开焊；电动机过负荷。
故障现象五：电动机温度过高，但电流没有超过额定值。原因：环境温度过高；电动机通风道堵塞；电动机油泥、灰尘太多影响散热。
故障现象六：电动机在运行中有爆炸声。原因：线圈暂时接地；线圈暂时短路。
5.2 如何及时预防和排除故障
观察电动机运行过程中有无异常，可从以下几个方面进行判断：
5.2.1 眼看
下面几种情况可以通过肉眼观察判断电机是否存在故障：定子绕组短路时，可能会看到电动机冒烟；电动机严重过载或缺相运行时，转速会变慢且有较沉重的“嗡嗡”声；电动机正常运行，但突然停止时，会看到接线松脱处冒火花、保险丝熔断或某部件被卡住等现象；若电动机剧烈振动，则可能是传动装置被卡住或电动机固定不良、底脚螺栓松动等；若电动机内接触点和连接处有变色、烧痕和烟迹等，则说明可能有局部过热、导体连接处接触不良或绕组烧毁等。
5.2.2 耳听
电动机正常运行时应发出均匀且较轻的“嗡嗡”声，无杂音和特别的声音。若发出噪声太大，包括电磁噪声、轴承杂音、通风噪声、机械摩擦声等，均可能是故障先兆或故障现象。对于电磁噪声，如果电动机发出忽高忽低且沉重的声音，则原因可能有以下几种：
首先定子与转子间气隙不均匀，此时声音忽高忽低且高低音间隔时间不变，这是轴承磨损从而使定子与转子不同心所致。 其次三相电流不平衡，这是三相绕组存在误接地、短路或接触不良等原因，若声音很沉闷则说明电动机严重过载或缺相运行。 最后铁芯松动，电动机在运行中因振动而使铁芯固定螺栓松动造成铁芯硅钢片松动，发出噪声。
对于轴承杂音，应在电动机运行中经常监听。其监听方法是：将螺丝刀一端顶住轴承安装部位，另一端贴近耳朵，便可听到轴承运转声。若轴承运转正常，其声音为连续而细小的“沙沙”声，不会有忽高忽低的变化及金属摩擦声。若出现以下几种声音则为不正常现象。如：轴承运转时有“吱吱”声，这是金属摩擦声，一般为轴承缺油所致，应拆开轴承加注适量润滑脂。其次若出现“唧哩”声，这是滚珠转动时发出的声音，一般为润滑脂干涸或缺油引起，可加注适量油脂；或者出现“喀喀”声或“嘎吱”声，则为轴承内滚珠不规则运动而产生的声音，这是轴承内滚珠损坏或电动机长期不用，润滑脂干涸所致[9]。
若传动机构和被传动机构发出连续而非忽高忽低的声音，可按照以下情况来进行处理：若周期性“啪啪”声，为皮带接头不平滑引起；或者周期性“咚咚”声，为联轴器或皮带轮与轴间松动以及键或键槽磨损引起；又或者不均匀的碰撞声，则为风叶碰撞风扇罩引起[10]。
5.2.3 鼻闻
通过闻电动机的气味也能判断及预防故障。若发现有特殊的油漆味，说明电动机内部温度过高；若发现有很重的糊味或焦臭味，则可能是绝缘层被击穿或绕组已烧毁。
5.2.4 手摸
摸电动机一些部位的温度也可判断故障原因。为确保安全，用手摸时应用手背去碰触电动机外壳、轴承周围部分，若发现温度异常，其原因可能有以下几种： 通风不良，如风扇脱落、通风道堵塞等；过载，致使电流过大而使定子绕组过热；定子绕组匝间短路或三相电流不平衡；频繁启动或制动。若轴承周围温度过高，则可能是轴承损坏或缺油所致。
6 结束语
总之，掌握电动机工作的原理和启动方法，合理地选择和使用电动机，将会大大降低电厂的功率损耗，提高电机的功率因素，使电动机的效率得到最大的发挥。对电动机进行正确的维护，有利于电动机稳定和可靠运行，减少常见故障发生，延长电动机的使用寿命。电机在运行中故障种类很多，有些故障现象虽然很相似，但产生的原因却不一样。因此，只有深刻理解和掌握电机发生故障的真实原因，才能迅速采取有效对策排除电机故障，并且采取有效措施，及时消除或减少因各种故障而烧损电动机的情况，避免给企业造成更大的经济损失，有效地保证电力系统的稳定。
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