关于电动机故障诊断及其处理方法探研.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2023 年 12 月 22 日 作者简介：袁珠红（1986），江西宜春人，本科学历，机械设计工程师，研究方向为电机结构设计及电磁设计。-161-关于电动机故障诊断及其处理方法探研 袁珠红 江西江特电机有限公司，江西 宜春 336000 摘要：摘要：电动机在现代工业的应用已经变得不可或缺。作为核心的动力设备，它的稳定运行关乎整个生产流程的连续性与效率。然而，无论是设计上的瑕疵、使用中的磨损，还是外部环境的影响，都可能导致电动机出现故障，这些故障不仅带来巨大的经济损失，更有可能对人员稳定构成威胁。因此，对电动机进行有效的故障诊断并采取相应的处理措施，已成为确保生产稳定和提高生产效率的关键。通过深入探讨电动机的常见故障及其成因，结合现代诊断技术的研究，可以为工程师和技术人员提供有力的指导，帮助他们更好地维护电动机，确保其持续稳定地为现代工业服务。关键词：关键词：电动机；故障诊断；处理方法 中图分类号：中图分类号：TM621 电动机已经成为现代工业的核心动力来源，它为各种机械设备提供了所需的动力，从而使生产线能够高效运转。在自动化和数字化日益盛行的今天，电动机不仅仅是提供动力的简单设备，还与先进的控制系统紧密结合，确保各种复杂工艺的精确执行。从重工业的巨大机械到微小的精密仪器，电动机都在其中发挥着不可替代的作用，它的存在大大提高了生产效率，缩短了产品的生产周期，并为创新和研发打开了新的可能性。此外，随着绿色和可持续生产的理念日益受到重视，电动机在节能和减少碳排放方面也起到了至关重要的作用。1 电动机常见故障及其原因 电动机作为工业领域中的关键设备，其稳定性和效率对于生产流程至关重要。然而，在实际应用中，电动机可能会遭遇各种故障，影响其正常运作1。转子断条是其中的一种常见故障。这种故障通常是由于电动机遭受物理冲击、长时间的过载运行或者由于制造时的材料缺陷而产生。当电动机受到强烈的外力冲击时，转子可能会出现断裂；过载运行会导致转子温度上升，从而影响其结构强度；而材料缺陷可能在制造过程中产生，当电动机在高强度下运行时，这些缺陷可能会变得更加明显，导致转子断条。绝缘损坏也是电动机常见的故障之一。绝缘老化是时间与使用的自然结果，随着时间的推移，电动机的绝缘层会逐渐退化和硬化。过热也是导致绝缘损坏的一个关键原因，当电动机长时间运行在高温环境中，或者由于其他原因导致内部温度上升时，绝缘材料会受到损伤。湿度是另一个影响电动机绝缘的因素，高湿度环境导致绝缘材料的退化，从而降低其隔离性能。外部化学影响，如某些腐蚀性气体或液体，也可能侵蚀绝缘层，导致其功能丧失。表 1 电动机故障发生频率与主要原因调查表 故障类型 发生频率 主要原因 原因占比 转子断条 35%物理冲击 12%过载 15%材料缺陷 8%绝缘损坏 40%老化 15%过热 10%湿度 10%外部化学影响 5%轴承损坏 20%磨损 8%润滑不足 7%过载 5%启动失败 5%供电问题 2%控制电路故障 2%机械故障 1%此外，轴承损坏也是电动机中常见的问题。轴承在电动机中的作用是支撑转子并确保其能够平稳旋转。轴承会因为长时间的磨损、润滑油的不足或者电动机的过载运行而损坏。持续的摩擦会导致轴承的损伤，而润滑不足则会加速这一过程。此外，过载运行会导致轴承受到过大的压力，从而加速其磨损速度。启动失败是电动机遭遇的另一个问题。供电问题会阻止电动机获得启动所需的电能。例如，电源电压不足或电源中断都容易导致启动失败。控制电路故障也可能是原因之一，如果电动机的控制电路出现问题，它可能无法接收到启动命令或者无法正确执行。据国际电机与自动化技术研究所(IMATRI)发表的全球工业电动中国科技期刊数据库 工业 A-162-机故障分析与预测报告 2023显示，电动机故障发生频率与主要原因如表 1。2 电动机故障诊断技术 2.1 传统的诊断方法 在电动机故障诊断的历史中，传统的方法已经被广泛应用了数十年。首先，视觉检查作为最直观的方法之一，技术人员会对电动机的外部进行全面观察，查找任何明显的损坏、污渍、烧焦或其他不正常的迹象2。这种方法，虽然简单，但在初步确定故障原因时尤为重要。接着，听觉和触觉检查同样是诊断过程中不可或缺的部分。经验丰富的维护人员可以通过听电动机运行时的声音变化，例如异常的噪音或振动，来初步判断故障位置或原因。同时，通过手触或者使用特定的工具，如振动传感器，可以感知到电动机运行时的振动或温度异常，这往往意味着机器内部可能存在某种问题。最后，电气测试为故障诊断提供了更为深入的技术支持。通过对电动机的电气参数，如电压、电流、电阻等进行测量和分析，技术人员可以更准确地定位故障，例如绝缘损坏、线圈短路或其他相关问题。尽管现代技术为我们提供了更高效和精确的故障诊断方法，但这些传统的方法仍然是现场工程师在日常维护和修复中经常使用的重要工具，其价值不可忽视。2.2 现代诊断技术 随着技术的不断进步，电动机故障诊断领域也迎来了一系列现代化的技术和方法。振动分析已经成为电动机故障检测中最为关键的工具之一。通过高精度的传感器捕获电动机运行时的微小振动，并利用先进的数据分析软件对这些振动数据进行深入分析，可以精确地检测出轴承损坏、不平衡或其他潜在问题。这种技术不仅可以准确地定位故障，还可以预测故障发生的可能性，从而提前进行维护，避免更大的损失。而热成像技术，使用红外摄像机捕捉电动机运行时的温度分布图，能够直观地展示出电动机的热点位置。任何超出正常范围的温度升高都可能是故障的前兆，例如绝缘老化、电流不均匀等问题。这种技术在检测绝缘问题或散热问题上具有明显的优势。另外，电机电流签名分析（MCSA）为电动机故障诊断带来了革命性的改变。通过对电动机运行时的电流波形进行分析，MCSA 可以检测出各种隐藏的问题，如转子断条、电源品质问题等。该技术在不停机的情况下，即可完成对电动机的全面检测，大大提高了维护效率和准确性。下面是传统诊断方法与现代诊断技术的准确率与效率对比表见表 2。表 2 传统诊断方法与现代诊断技术的准确率与效率对比表 传统诊断方法 现代诊断技术 诊断技术类型 视觉检查 听觉/触觉检查 振动分析 电机电流签名分析 准确率(%)70 75 90 95 效率(分钟)20 15 10 5 3 电动机故障的处理方法 3.1 转子断条的处理 转子断条是电动机中常见的故障之一，通常由物理冲击、过载或材料缺陷所引起。对于这一故障，焊接和更换是两种最主要的修复方法。焊接是一个经济且高效的解决方式，特别是当转子断条的位置容易接触并且损坏程度不严重时3。专业的电机维修人员会使用高强度的焊料对断条进行修复，恢复其导电性，确保电机重新正常工作。然而，如果转子的损坏程度过重或者影响到其他部分，单纯的焊接可能不能确保电机的长期稳定运行。在这种情况下，更换转子成了一个更为可靠的选择。虽然更换转子的成本相对较高，但它能确保电动机恢复到最佳的工作状态，并减少未来再次出现同样故障的风险。除了修复方法，预防措施同样关键。首先，定期对电动机进行维护和检查，确保其工作在稳定的负载范围内，可以显著降低过载导致的转子断条风险。其次，避免电动机在恶劣的工作环境中运行，例如高湿度、高温或有腐蚀性物质的环境，可以减少由于材料缺陷而引发的断条。最后，对于已经出现转子断条的电动机，及时采取措施进行修复，避免故障扩大，是确保电机长期稳定运行的关键4。3.2 绝缘损坏的处理 绝缘损坏是电动机中经常遭遇的问题，可能由多种因素导致，包括材料的自然老化、过热、湿度以及外部化学物质的影响。一旦电动机的绝缘层出现损坏，它将无法有效隔离电流，可能导致短路或其他严重故障。为了解决这一问题，重绕是一个常见的修复方法。通过这种方法，电动机的绕线会被完全拆除并用新的绝缘材料替代。此外，使用高品质的绝缘材料也是关中国科技期刊数据库 工业 A-163-键。高品质的绝缘材料不仅能提供更长的使用寿命，还能抵抗各种恶劣条件，如高温、湿度和化学腐蚀。仅仅依赖修复措施是不够的，预防措施同样重要。环境控制是预防绝缘损坏的一个关键策略。确保电动机运行在一个干燥、凉爽的环境中可以显著减少由湿度和过热引起的绝缘问题。此外，定期检查也是确保绝缘完好无损的必要手段。通过定期检查，可以及时发现和处理绝缘老化或微小损伤的迹象，从而避免更大的故障。此外，对于经常暴露于化学物质或湿度的电动机，选择专门设计用于这些特殊环境的绝缘材料是明智的5。3.3 轴承损坏的处理 轴承在电动机中起着至关重要的作用，支撑着旋转部分并确保其顺畅运转。然而，由于各种原因，如磨损、润滑不足或过载，轴承可能出现损坏。一旦轴承损坏，电动机的效率将受到严重影响，甚至可能导致整机停机。对于损坏的轴承，更换是最直接且有效的修复方法。使用新的、高品质的轴承可以确保电动机再次恢复到最佳运行状态。但在某些情况下，仅仅对轴承进行润滑也可以延长其使用寿命，特别是当轴承仍然处于良好状态，但仅仅因为润滑不足而导致的轻微磨损时。要确保轴承长期稳定运行，仅依赖修复方法是不够的。定期的维护和检查是预防轴承损坏的关键。这不仅可以及时发现轴承的早期磨损迹象，还可以确保电动机始终保持适当的润滑状态。此外，选择合适的润滑油也不可忽视。确保电动机轴承的正常运行不仅需要及时的修复，还需要细致的预防措施。通过结合更换、润滑、定期维护和正确选择润滑油，可以大大降低轴承损坏的风险，从而确保电动机的长期稳定运行。3.4 启动失败的处理 启动失败是电动机中常见的故障之一，可能由多种原因导致。首先，供电问题是最常见的故障源。无论是断电、供电不稳还是电压问题，都可能导致电动机无法正常启动。为了解决这一问题，需要对供电系统进行全面检查，确保电源线路、接头和开关都处于良好状态，并且供电稳定。其次，控制电路故障也可能导致启动失败。控制电路是电动机启动和停止的核心部分，任何故障都可能导致机器无法正常工作。在这种情况下，修复或替换故障的电路元件是至关重要的。此外，机械故障，如卡滞、损坏的部件或其他物理障碍，也可能妨碍电动机的正常启动。这需要对电动机的所有机械部分进行检查，确保它们都能自由移动并处于良好工作状态。只有修复方法是不够的，预防始终比治疗更为重要。为了预防启动失败，定期进行电气测试是非常必要的。这可以及时发现和修复供电和控制电路中的任何潜在问题，从而避免未来的故障。同时，机械部分也需要定期检查，以确保所有部件都处于最佳工作状态，没有磨损或损坏的迹象。4 结束语 随着科技的迅速进步和工业 4.0 的到来，电动机在各个领域的应用将更加广泛和高效。故障诊断和处理技术也将继续发展，融合更多的智能技术和远程监控功能，使得故障检测更加精确、快速。与此同时，新材料和先进制造技术的应用可能会大大提高电动机的耐用性和效率。预计在不远的未来，电动机将更加智能化，自我诊断和自我修复的功能也将逐渐成为现实。这不仅将减少停机时间和维护成本，还将为工业生产带来巨大的经济效益。无疑，电动机技术的持续创新将为未来的工业革命铺设坚实的基石，引领全球进入一个更加高效、绿色和可持续的发展时代。参考文献 1王超群,焦斌,张玉龙.基于改进胶囊网络的三相异步电动机故障诊断方法研究D.上海:上海电机学院,2022.2孟凡奇,胡继胜.高恩芹牵引异步电动机故障诊断D.大连:大连交通大学,2020.3问天宇,袁丽英.基于深度学习的异步电动机故障诊断方法研究D.哈尔滨:哈尔滨理工大学,2020.4秦庆霞.三相异步电动机故障诊断J.防爆电机,2020(02):52-54.5高佳华,郑晓亮.基于谐波法的异步电动机故障诊断研究D.淮南:安徽理工大学,2019.