三相异步电动机定子绕组故障研究

摘要：三相异步电动机定子绕组是三相异步电动机的主要组成部分，也是最易损坏造成故障的部件。本文主要对定子绕组常见故障及其成因、检查方法、修复办法三个方面进行阐述，以期对中高职应用型人才的培养有所帮助，不当之处，欢迎批评指正。

　　关键词：定子绕组,故障,检查,修复

　　1 三相异步电动机定子绕组接地故障

　　三相异步电动机定子绕组的接地故障通常是定子绕组与定子铁芯或定子绕组与电动机机壳间的绝缘损坏而造成的[1]。接地故障使电动机机壳带电，易引发人身触电伤亡事故。同时，接地故障还使定子绕组过电流发热而导致短路，使电动机无法正常运行。

　　1.1 接地故障的原因

　　接地故障产生的原因主要有以下几方面：(1)定子绕组受潮，绝缘电阻降低，绝缘材料失去绝缘作用；(2)绝缘物老化、开裂；(3)定子、转子相擦碰引起绝缘损坏或嵌线时绝缘受损伤；(4)绕组端部与端盖相碰，定子绕组引出线绝缘损坏，壳体相撞。

　　1.2 检查方法

　　1.2.1 观察法。

　　仔细观察定子绕组端部及定子铁芯槽口部分的绝缘有无破裂和焦黑的痕迹，若有，则接地点可能就在此处。

　　1.2.2 兆欧表法。

　　拆开三相绕组间的连接线，将兆欧表两个出线端分别与电动机机壳和电动机绕组相连，以120r/min的速度摇动手柄，测量的绝缘电阻若为0.5MΩ以上，则说明被测绕组绝缘良好；测量的绝缘电阻若在0.5MΩ以下或接近零，则说明被测的绕组已受潮或绝缘很差；测量的绝缘电阻若为0MΩ，则说明被测的绕组已接地；若兆欧表指针摇摆不定，则说明绝缘已被击穿。

　　1.2.3 万用表检查法。

　　拆开三相绕组间的连接线，万用表选R×10k档测量，黑红表笔分别与电动机机壳和三相定子绕组相连，测量的电阻若为0.5MΩ以上，则说明被测绕组绝缘良好；测量的绝缘电阻若在0.5MΩ以下或接近零，则说明被测的绕组已受潮或绝缘很差；测量的绝缘电阻若为0MΩ，则说明绕组已接地[2]。

　　1.2.4 校验灯检查法。

　　拆开各绕组间的连接线，用交流36V电压与36V灯泡串联，逐相测量绝缘状况，电路示意图如图1所示。若灯泡发亮，则说明绕组接地。若灯泡微亮，则说明绕组绝缘击穿接地。若灯泡不亮，则说明绕组绝缘良好；有时灯泡虽不亮，但测试棒接触电动机时出现火花，则说明绕组绝缘尚未击穿，只是严重受潮。

　　1.3 修复方法

　　(1)在接地处填塞新的绝缘材料后，涂刷绝缘漆并烘干处理。

　　(2)接地部件在线槽内部时，一般需更换绕组或采用线圈穿绕修补法更换接地线圈。

　　(3)若绕组受潮，取出转子，把定子故障绕组的表面吹刷干净后，放入烘箱慢慢烘干，绝缘电阻上升到0.5MΩ以上时，浸绝缘漆并再次烘干，防止回潮。

　　2 三相异步电动机定子绕组短路故障

　　2.1 短路故障的原因

　　三相异步电动机定子绕组电流过大、电源电压过高、单相运行、机械损伤、重绕时碰伤绝缘和绝缘老化脆裂等，都可能造成定子绕组短路故障。短路故障有三种情况：匝间短路、绕组对地短路和相间短路[3]。

　　2.2 检查方法

　　2.2.1 观察法。

　　(1)仔细观察，烧焦绝缘处可能即为短路处；(2)电机空转20min后，拆开端盖用手摸线圈端部，若一部分线圈比临近线圈温度高，可能即为短路处。

　　2.2.2 电桥法。

　　拆开各绕组间的连接线，用直流单臂电桥分别测三相绕组直流电阻，如果三相绕组直流电阻相差5%以上，则电阻小的一相一般为匝间短路相。

　　2.2.3 电流检查法。

　　用钳形电流表分别测三相绕组的空载电流，若三相绕组的空载电流相差5%以上，则空载电流大的一相有匝间短路故障。

　　2.2.4 短路侦察器检查法。

　　短路侦察器是一只铁芯为H形或U形的硅钢片叠装而成的开口变压器，线圈绕在铁芯的凹部。使用时，将侦察器开口部分放在备查的定子铁芯槽口上，并在侦察器线圈上串接一只电流表，再接到侦察器规定电压的交流电源上。侦察器H形铁芯和定子铁芯齿部构成变压器的闭合磁路，侦察器线圈相当于变压器初级，被检查的定子槽内线圈便成为变压器的次极。若槽内线圈无短路，则电流表读数较小；若槽内线圈有短路，则电流表读数就增大；也可用旧钢锯片放在被测线圈另一有效边所在槽口，若被测线圈短路，则此钢片就会产生振动。需要注意的是，电动机为三角形接法时，应将接头拆开；绕组为多路并联时，必须把各支路分开；若被测绕组为双层绕组，则被测槽内有两个线圈，其分别隔一个线圈节距跨于左右两边，这时要将侦察器（或钢片）在左右两槽口都试一下，以便确定短路线圈。

　　2.3 修复方法

　　最容易出现匝间短路的地方是同极同相的两相邻线圈间、上下层两线圈间以及线圈的槽外部分。若能观察出短路点，可用竹楔插入两线圈间，把这两线圈的槽外部分分开，垫上绝缘，加绝缘漆使绝缘恢复；若短路点发生在槽内，且短路较严重，则需要更换部分或全部线圈。

　　3 三相异步电动机定子绕组断路故障

　　3.1 断路故障的原因

　　定子绕组断路故障多发生在电动机绕组的端部、各绕组的接线头和电动机引出线端等处附近。绕组断路故障的原因主要有：(1)制造和修理时不慎弄断；(2)绕组接线头焊接不良，过热后脱开；(3)绕组短路或电流过大，长期过热烧断。

　　3.2 检查方法

　　3.2.1 一般检查方法

　　(1)观察。观察端部是否有碰断现象。

　　(2)校验灯检查法。将指示灯与干电池串联在一起，构成校验灯。将校验灯一端连接某相绕组的首端，校验灯另一端连接此绕组的尾端，若指示灯亮，此绕组无断路；若指示灯不亮，则此绕组断路。三相定子绕组星型连接时，可将校验灯的一端接在绕组中性点N上，另一端依次和三相绕组引出线相接；三相定子绕组为三角型接法的电动机，先将三相绕组断开，后分别通电检查。

　　(3)万用表检查法。三相定子绕组星型连接的电动机，将万用表拨到电阻档上，黑表笔接在绕组中性点N上，红表笔依次接三相绕组首端，测量三相绕组电阻；三相定子绕组为三角型接法的电动机，先将三相绕组断开，后分别测三相绕组电阻。若三相绕组电阻的偏差在允许范围内，说明三相绕组无断路故障，若某相绕组阻值为无穷大，表示该相断路。

　　(4)兆欧表检查法。三相定子绕组星型连接时，拆开三相绕组间的连接线，将兆欧表两个出线端分别与电动机绕组中性点N和电动机三相绕组首端相连，测量三相绕组电阻；三相定子绕组为三角型接法的电动机，先将三相绕组断开，后分别测三相绕组电阻。以120r/min的速度摇动手柄，测量的电阻阻值为无穷大时，表示被测相断路。

　　3.2.2 特殊检查方法。

　　对于中等容量以上的电动机绕组大多是采用多根导线并绕和多支路并联，其中断一根或几根，断一路或几路时，通常用以下两种方法进行检查。

　　(1)三相电流平衡法。三相定子绕组星型连接的电动机，将三相绕组并联后，通入低电压大电流（可用单相交流弧焊机），若三相电流相差5%以上，电流小的一相为断路相；三相定子绕组为三角型接法的电动机，先将三相绕组断开，后逐相测量每相的电流，电流最小的一相为断路相。

　　(2)电桥检查法。用电桥测量三相绕组的电阻，如果阻值相差大于5%，则电阻大的相为断路相。

　　3.3 修复方法

　　(1)断路处在铁芯槽外部时，分清导线端头，将断裂的导线联结焊牢，包好绝缘，并浇上绝缘漆烘干即可。

　　(2)如是引出线断裂，则应更换引出线。

　　(3)如是匝间短路、接地等故障引起绕组烧断，则需要更换绕组或用穿绕修补的办法更换故障线圈。

　　4 三相异步电动机个别线圈损坏后的穿绕修补

　　个别线圈损坏需要更换，可用穿绕修补法进行修复：穿绕时先将绕组加热到80～100℃，使绝缘软化，然后敲出槽楔，剪断损坏线圈的两端，将导线从槽内逐根抽出；原来的槽绝缘可不动，另用一层6520聚脂薄膜绝缘纸卷成圆筒，塞进槽内；用与原来导线规格、型号相同的导线一根一根地在槽内来回穿绕到尽量接近原来的匝数，最后按原来的接线方式接好线，焊好后进行浸漆干燥处理。

　　5 三相异步电动机定子绕组接错嵌反时的检修

　　5.1 定子绕组接错与嵌反的情况

　　定子绕组接错与嵌反有三种情况：(1)某极相组中一只或几只线圈嵌反或头尾接错；(2)极相组接错；(3)绕组外部接线接反。

　　5.2 定子绕组内部接线错误检查

　　5.2.1 观察法。

　　拆开电动机，按接线图检查定子每相有无错接之处。

　　5.2.2 钢球检查法。

　　将电动机转子取出，用一粒钢球放在定子铁芯内圆面上，当定子通入三相低电压时，若钢球沿定子内圆周表面上旋转滚动，说明定子绕组接线正确；若钢球不滚动，则说明绕组有接错现象。

　　5.2.3 极性检查法。

　　将低压直流电（3～6V）通入某相绕组，用指南针沿铁芯槽逐槽移动检查。若绕组无接错嵌反，则指南针顺次经过每一极相组时就南北交替变化；若指南针经过邻近的极相组时指向相同，表示极相组接错；若指南针经过同一极相组时，指向交替变化，则极相组中有个别线圈嵌反，这时可对故障部分的连接线或过桥线进行纠正；若指针方向不明显，可适当提高电源电压。

　　5.3 定子绕组头尾接反检查

　　一般情况下，主要采用万用表检查法检查定子绕组头尾是否接反。具体来说，将三相绕组任意接成并联，用毫安档进行测试，用手转动电动机转子，如万用表指针不动，说明绕组首尾端接线正确；反之首尾接反。

　　结语

　　三相异步电动机定子绕组的短路故障发生快、发热快，并伴有冒烟现象，还可闻到焦臭味。定子绕组某相断路，会造成电动机缺相运行，带负荷的能力会降低；若电动机满载运行，运行电流会增大，运行时间过长，将烧毁定子绕组。缺相运行的电动机，停机后不能再启动。断路故障若为定子绕组两路并联电路中的一路，电动机可以启动，但三相电流将严重不平衡，电动机的电磁转矩将变小，带不动负荷，且会产生噪声和振动。电动机故障直接影响电动机的运行安全，给生产带来不必要的的困扰。电机操作检修人员应加强电动机的日常维护，从电动机表现出来的异常现象入手，先假定可能发生故障的原因，再结合必要的检测结果，逐步分析淘汰，最终找出故障点，排除故障，尽最大努力保证电动机的正常安全运行。

　　参考文献
　　[1]汤蕴璆，罗应立，梁艳萍.电机学[M].北京：械工业出版社，2008.
　　[2]李发海，朱东起.电机学[M].北京：清华大学出版社，2007.
　　[3]人力资源和社会保障部教材办公室.电机与变压器[M].5版.北京：中国劳动社会保障出版社，2014.