電機(jī)損壞是電機(jī)繞組或軸承的累積溫度超過電機(jī)所能承受的溫度極限造成。當(dāng)電機(jī)出現(xiàn)過載，單相，匝間等故障時(shí)，常會(huì)引起電機(jī)過熱燒壞；由于軸承與各零部件配合，特別是中型低壓大功率電機(jī)，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，各零部件受熱產(chǎn)生變形，使軸承的間隙產(chǎn)生變化，從而造成軸承游隙變小，溫度升高。上述問題如不及時(shí)處理，將會(huì)造成嚴(yán)重的設(shè)備事故。

1   鼠籠式三相異步電動(dòng)機(jī)溫升限度的影響因素和主要部件的溫升限值

溫升是電機(jī)溫度與環(huán)境溫度的溫度差，是電機(jī)設(shè)計(jì)及運(yùn)行中考核的一項(xiàng)重要指標(biāo)，由電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中各部分散熱引起，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定正常電機(jī)的環(huán)境溫度為40℃。溫升限度是電機(jī)在額定負(fù)載下長(zhǎng)期運(yùn)行，達(dá)到熱穩(wěn)定時(shí)，電機(jī)各部件的溫升的允許極限。運(yùn)行中的電機(jī)鐵芯處在交變磁場(chǎng)中會(huì)產(chǎn)生鐵損，繞組通電后產(chǎn)生銅損，還有其它雜散損耗，這些都會(huì)使電機(jī)溫度升高。同時(shí)電機(jī)依靠風(fēng)扇和散熱片也會(huì)散熱，當(dāng)發(fā)熱與散熱相等時(shí)，即達(dá)到平衡狀態(tài)，此時(shí)電機(jī)溫度不再上升，穩(wěn)定在一個(gè)水平上。當(dāng)發(fā)熱增加或散熱減少時(shí)就會(huì)破壞平衡，使溫度繼續(xù)上升，擴(kuò)大溫差，則增加散熱，在另一個(gè)較高的溫度下達(dá)到新的平衡。

對(duì)于正常運(yùn)行的電機(jī)，理論上在額定負(fù)荷下其溫升應(yīng)與環(huán)境溫度的高低無關(guān)，但實(shí)際電機(jī)溫升要受環(huán)境溫度等因素影響。當(dāng)氣溫下降時(shí)，正常電機(jī)的溫升會(huì)稍許減少。這是因?yàn)槔@組電阻R下降，銅耗減少。溫度每降1℃，R約降0.4%。對(duì)自冷電機(jī)，環(huán)境溫度每增10℃，則溫升增加1.5℃～3℃。這是因?yàn)槔@組銅損隨氣溫上升而增加，所以氣溫變化對(duì)大型電機(jī)和封閉電機(jī)影響較大。空氣濕度每高10%，因?qū)岣纳疲瑴厣山?/span>0.07～0.38℃，平均為0.19℃。 海拔以1 000 m為標(biāo)準(zhǔn)，每升100 m，溫升增加溫升限度值的1%。

電機(jī)各部位的溫升限度值，在環(huán)溫40℃的情況下，電機(jī)常用絕緣的允許溫度和電機(jī)外殼允許溫升限值如表1所示，定子鐵芯溫升應(yīng)不超過所接觸的繞組絕緣的溫升限度值。標(biāo)準(zhǔn)普通軸承的溫升限度為55℃，同時(shí)滾動(dòng)軸承溫度應(yīng)不超過95℃，滑動(dòng)軸承的溫度應(yīng)不超過80℃，如果軸承溫度太高會(huì)使油質(zhì)發(fā)生變化和破壞油膜，造成軸承過早損壞。鼠籠轉(zhuǎn)子表面雜散損耗很大，溫度較高，一般以不危害鄰近絕緣為限。

表 1   電機(jī)常用絕緣的允許溫度和電機(jī)外殼允許溫升限值

2   引起鼠籠式三相異步電動(dòng)機(jī)定子溫升過高燒壞繞組的原因及預(yù)防措施

在額定負(fù)載下電機(jī)溫升超出銘牌規(guī)定，其外部原因主要是：電網(wǎng)電壓太低或線路壓降太大，輸入電機(jī)的電壓超出額定電壓的5%，負(fù)載太重，長(zhǎng)時(shí)間過載運(yùn)行，電機(jī)與機(jī)械配合不當(dāng)，風(fēng)道不暢；內(nèi)部原因主要是：?jiǎn)蜗噙\(yùn)行、匝間短路、相間短路、定子接地、風(fēng)扇損壞或緊固不牢、風(fēng)道阻塞、軸承損壞，定轉(zhuǎn)子相擦、電機(jī)與電纜接頭發(fā)熱、電機(jī)受腐蝕或受潮等。此外，從理論上講電機(jī)均可正反轉(zhuǎn)，但有些電機(jī)的風(fēng)扇有方向性，如接反，溫升會(huì)超出許多。當(dāng)電機(jī)在額定負(fù)荷下，正常運(yùn)轉(zhuǎn)過程中溫度超過最高工作溫度，致使電機(jī)溫升超過規(guī)定，或溫升雖然未超過規(guī)定，但在低負(fù)荷時(shí)溫升突然增大，說明電機(jī)存在隱患。在額定負(fù)荷下溫升雖未超過溫升限度，但由于環(huán)境溫度超過40℃，而使電機(jī)溫度超過最大允許工作溫度。這種現(xiàn)象說明電機(jī)本身是正常的。解決的辦法是用人工方法降低環(huán)境溫度或減小負(fù)載運(yùn)行。

2.1   電機(jī)過載造成溫升過高繞組燒壞

正常運(yùn)轉(zhuǎn)的電機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，由于電源電壓忽高忽低或被拖動(dòng)負(fù)載的機(jī)械故障，會(huì)引起電機(jī)運(yùn)行電流超過電機(jī)的額定電流，造成電機(jī)發(fā)熱，若不進(jìn)行處理，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，就會(huì)造成電機(jī)溫升超過限值而過載燒壞。這種情況下，電機(jī)三相線圈溫度上升速度隨過流量的增大而加快，隨過流量的減小而減緩。當(dāng)繞組溫度超過絕緣所承受的最高溫度時(shí)，絕緣就會(huì)燒壞，造成電機(jī)線圈損壞，此時(shí)電機(jī)三相線圈均有不同程度的過熱燒壞現(xiàn)象。修理時(shí)需更換整臺(tái)電機(jī)繞組。

2.2   電機(jī)單相運(yùn)行造成溫升過高繞組燒壞

當(dāng)三相異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中缺一相后，電動(dòng)機(jī)仍能繼續(xù)運(yùn)行，但轉(zhuǎn)速下降，轉(zhuǎn)差變大。如圖1所示，當(dāng)電機(jī)為△接時(shí)，電源缺W相后，電機(jī)在U,V相電源下仍繼續(xù)運(yùn)行，其中B、C兩相線圈變?yōu)榇?lián)關(guān)系后與A相線圈并聯(lián)，在負(fù)荷不變的情況下，A相電流過大，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，該相繞組溫度超過允許溫度極限，如不及時(shí)停機(jī)，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行A相線圈就會(huì)燒毀。如圖2所示，當(dāng)三相異步電動(dòng)機(jī)繞組為Y接時(shí)，電源缺相后，電動(dòng)機(jī)可繼續(xù)運(yùn)行，但同樣轉(zhuǎn)速明顯下降，轉(zhuǎn)差變大，磁場(chǎng)切割導(dǎo)體的速率加大，當(dāng)電源缺U相時(shí)，電機(jī)在V，W相下運(yùn)行，B相繞組被開路，A、C兩相繞組變?yōu)榇?lián)關(guān)系，且通過電流過大，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，A、C兩相繞組溫升超過溫升限度，將導(dǎo)致A,C兩相繞組同時(shí)燒壞。如果停止的電動(dòng)機(jī)缺一相電源合閘時(shí)，只會(huì)發(fā)生嗡嗡聲而不能啟動(dòng)，這是因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)通入對(duì)稱的三相交流電會(huì)在定子鐵心中產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，但當(dāng)缺一相電源后，定子鐵心中產(chǎn)生的是單相脈動(dòng)磁場(chǎng)，它不能使電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。因此，電源缺相時(shí)電動(dòng)機(jī)不能啟動(dòng)。但在運(yùn)行中，電動(dòng)機(jī)氣隙中產(chǎn)生的是三相諧波成分較高的橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，所以，正在運(yùn)行中的電動(dòng)機(jī)缺相后仍能運(yùn)轉(zhuǎn)，只是磁場(chǎng)發(fā)生畸變，有害電流成分急劇增大，溫度增高，如不及時(shí)停機(jī)，最終導(dǎo)致繞組燒壞。

2.3  電機(jī)匝間造成溫升過高繞組燒壞

繞組匝間短路、相間短路、多速電機(jī)繞組極間短路常造成電機(jī)線圈局部燒壞，由于電機(jī)線圈短路處絕緣損壞，運(yùn)行電流增大，產(chǎn)生熱量增多，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)致使局部溫升限值超標(biāo)，造成電機(jī)燒壞，此種情況屬電機(jī)質(zhì)量問題，初期表現(xiàn)為三相電流不平衡，故障部位溫度高，如果故障點(diǎn)在電機(jī)線圈表面，可通過匝間放電找出故障點(diǎn)進(jìn)行局部修理；否則長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行線圈故障點(diǎn)就會(huì)因過熱而燒壞。如在電機(jī)內(nèi)部，只能通過更換線圈進(jìn)行修理。

2.4  預(yù)防電機(jī)單相和過載造成繞組過熱的保護(hù)措施

無論電動(dòng)機(jī)是靜態(tài)還是動(dòng)態(tài)，缺相運(yùn)行帶來的直接危害就是電機(jī)一相或兩相繞組過熱甚至燒壞。與此同時(shí)，由于動(dòng)力電纜的過流運(yùn)行加速了絕緣老化。特別是在靜態(tài)時(shí)，缺相會(huì)在電機(jī)繞組中產(chǎn)生幾倍于額定電流的堵轉(zhuǎn)電流。其繞組燒壞的速度比運(yùn)行中突然缺相更快更嚴(yán)重。所以我們對(duì)電機(jī)進(jìn)行日常維護(hù)和檢修的同時(shí)，必須對(duì)電機(jī)電源線路進(jìn)行全面的檢修和試驗(yàn)。尤其是要認(rèn)真檢查負(fù)荷開關(guān)、動(dòng)力線路、靜動(dòng)觸點(diǎn)的可靠性。杜絕缺相運(yùn)行。

電機(jī)運(yùn)行過程中預(yù)防繞組過載和缺相運(yùn)行造成線圈溫升超限度而燒壞的直接措施是：在電機(jī)三相繞組中埋置正溫度熱敏電阻，當(dāng)三相繞組中任何一相溫度升高到極限溫度時(shí)，熱敏電阻阻值突變，控制線路動(dòng)作，斷開主電路，電機(jī)停轉(zhuǎn)，故障排除后再送電運(yùn)轉(zhuǎn)，熱敏電阻埋置如圖3所示。

3   鼠籠式三相異步電動(dòng)機(jī)軸承溫升測(cè)量方法及修理措施

       三相異步電動(dòng)機(jī)軸承溫度是電機(jī)溫升考核的另一重要指標(biāo)，特別對(duì)于機(jī)座號(hào)為H355及以上電機(jī)軸承溫升考核更是一項(xiàng)必不可少的項(xiàng)目。對(duì)此，在H355及以上機(jī)座號(hào)電機(jī)的軸承處一般裝有軸承測(cè)溫元件PT100，軸承溫度測(cè)試一般按如圖4所示方法進(jìn)行溫度測(cè)量。

電機(jī)軸承溫升超限值的原因與電機(jī)各零部件的配合密切相關(guān)，關(guān)鍵零部件的尺寸直接影響軸承的運(yùn)行時(shí)的間隙。高度重視機(jī)械加工質(zhì)量，軸承安裝質(zhì)量，總裝環(huán)境的清潔，以保證軸承在良好的狀態(tài)下運(yùn)行，這些都是避免電機(jī)軸承溫升過高的良好做法。一般來說，軸承的內(nèi)、外套在軸和軸承室之間不應(yīng)發(fā)生有害的相對(duì)滑動(dòng)，但從目前通用軸承與零件間隙尺寸公差設(shè)計(jì)來看，當(dāng)軸承室實(shí)際尺寸正好在下偏差時(shí)，容易導(dǎo)致過盈量大的緊配合。電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，轉(zhuǎn)子產(chǎn)生感應(yīng)電流，溫度升高，熱量通過軸傳到軸承內(nèi)圈和軸承本身，運(yùn)轉(zhuǎn)過程中滾動(dòng)摩擦產(chǎn)生熱量，導(dǎo)致軸承溫升增高，軸承溫度升高后，內(nèi)外圈均膨脹，外圈膨脹受到軸承室的限制，致使軸承的徑向游隙縮小，即使是選用大游隙軸承，這樣的配合也會(huì)使軸承內(nèi)外套幾何形狀變壞，使軸承的噪聲和振動(dòng)變大，溫度增高。將軸承外圈與軸承室的配合由緊配合改為有微小間隙配合，保證軸承有充分的工作游隙，軸承無噪聲，同時(shí)軸承溫升降低。軸承外圈與軸承室的配合由緊配合改為微小間隙配合后，電機(jī)開始運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，外圈會(huì)跟著軸承同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)。此時(shí)，可在自由端軸承外壁與軸承室內(nèi)壁外側(cè)位置加工一U型槽，槽內(nèi)放一合適的滾珠，采用滾珠定位法固定軸承外圈。為防止軸承外圈在軸承室內(nèi)產(chǎn)生有害的軸向竄動(dòng)，可加一波形彈簧片，對(duì)軸承外圈產(chǎn)生一個(gè)軸向的預(yù)壓力，將抵消造成軸向竄動(dòng)的力，消除軸承噪聲。但必須保證軸承外圈在波形彈簧墊的作用下，能夠在軸承室中自由移動(dòng)，否則轉(zhuǎn)子受熱膨脹后，軸承的軸向游隙變小或消失。將引起軸承溫升增高或抱死。另外，軸承是比較精密的部件，需要清潔的潤(rùn)滑，只有良好的潤(rùn)滑，電機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，軸與軸承間隙形成負(fù)壓，油由間隙被吸入，形成油膜，產(chǎn)生油楔，在軸承內(nèi)將軸托起，防止軸承內(nèi)外圈與軸承滾動(dòng)體間彼此硬性接觸，保證電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。所以要求軸承安裝現(xiàn)場(chǎng)必須嚴(yán)格清潔，潤(rùn)滑油中不能混入雜質(zhì)，避免在這個(gè)環(huán)節(jié)軸承發(fā)熱。

引起軸承溫升高的原因包括：潤(rùn)滑不足或潤(rùn)滑脂過多；潤(rùn)滑脂中夾有雜物；轉(zhuǎn)動(dòng)部分與靜止部分相擦；軸承走內(nèi)圈或走外圈（軸承與端蓋配合過松或過緊），V1電機(jī)后端軸承受軸向力，前端軸承不到位。這時(shí)必須停止運(yùn)轉(zhuǎn)，采取必要的修理，改進(jìn)措施。對(duì)于中型低壓大功率電機(jī)來說，由于定轉(zhuǎn)子長(zhǎng)度均在一米以上，所以需要考慮定轉(zhuǎn)子溫度升高后的膨脹量問題，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)電機(jī)的冷卻方式，不同材料的膨脹系數(shù)，考慮機(jī)殼與轉(zhuǎn)子膨脹量因溫升的差異造成的不同。避免電機(jī)溫度增高以后，軸承間隙趨向于零的現(xiàn)象發(fā)生，保證軸承始終在良好的狀態(tài)下運(yùn)行。總之，在電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，測(cè)試軸承本身或其它與之關(guān)聯(lián)的重要部件溫度時(shí)，如果在運(yùn)轉(zhuǎn)條件不變的情況下，任何溫度的驟變均可表示與軸承配合的零部件存在問題或軸承發(fā)生故障，需立刻停轉(zhuǎn)，進(jìn)行修理。

4            結(jié) 論

電機(jī)過熱是電機(jī)燒壞的直接原因，無論是定子線圈的過載，單相，匝間，還是軸承溫度過高，若能及早發(fā)現(xiàn)，提前預(yù)防，都能避免故障的進(jìn)一步發(fā)展。所以對(duì)電機(jī)定子和軸承溫度的測(cè)量監(jiān)控是電機(jī)維護(hù)的重要項(xiàng)目。對(duì)中型低壓大功率電機(jī)通常在定子線圈中埋置熱敏電阻，軸承處加裝PT100軸承測(cè)溫元件進(jìn)行溫度監(jiān)控，從而對(duì)電機(jī)實(shí)行實(shí)時(shí)在線運(yùn)行溫度監(jiān)控。