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摘要：电机在整个轨道交通机械系统中起着举足轻重的作用，一旦电机发生故障就会影响整个系统的正常运行。本文以庞巴迪4EBA 4040异步电动机为例，简单介绍三相交流异步电动机的运行原理，结合常见故障类型和检修试验项目，提出了维护预防措施，以利于提高电机运行的可靠性。
关键词：电机；结构；故障；试验；预防
0 引言
当今世界，城轨行业发展迅速，各国拥有百万以上人口的大都市，大都通过修建地铁来缓解交通紧张状况。三相异步电动机作为将电能转化为机械能的重要设备在城轨行业担当着重要角色，而当三相异步电动机出现问题时，直接会影响地铁的正常运行。且不说电动机的维修费用从几千元到上万元不等，因电动机故障引起运行中断，造成的间接损失更是无法估量的。那么三相异步电动机的故障有哪些？该如何预防？检修要做哪些试验？本文以庞巴迪4EBA 4040异步电动机为例分析如下：
1 结构及工作原理
1.1 结构
庞巴迪4EBA 4040异步电动机属于三相交流异步电动机，该类型电机的两个基本组成部分为定子和转子，此外还有端盖、风扇等附属部分。其中定子由定子铁心、定子绕组和机座组成；转子由转子铁心、转子绕组和转轴组成。
1.2 工作原理
如果在定子绕组中通入三相对称电流，则定子内部产生某个方向转速为n的旋转磁场。这时转子导体与旋转磁场之间存在着相对运动，切割磁感线而产生感应电动势，在感应电动势的作用下，闭合的转子绕组内有电流通过。转子电流与旋转磁场相互作用产生电磁力F。该力对转轴形成了电磁转矩T，其作用方向同旋转磁场旋转方向一致，故使转子按旋转磁场方向转动。
2 常见故障类型
2.1 定子绕组故障
2.1.1 绕组接地
是指定子绕组与定子铁心或者电机的外壳之间形成连通。此时如果保护接地做的不到位，将会使得电机的外壳带电，容易造成事故；同时，绕组发热容易造成短路烧毁。
产生原因：电机使用过程中受潮；长时间的过载运行；受到雷击；定子过热绕组部分的绝缘老化或损坏；制造或检修工艺不良等。
2.1.2 绕组短路
是指电机定子绕组匝间或是不同绕组之间的绝缘破损而造成的短路现象。当出现短路时，电机在运行过程中会出现声音和振动异常，且三相电流不平衡，严重时会导致电机不能启动。
产生原因：电机的电源电压变动较大；长时间的进行过载运行；制造或检修工艺不良等。
2.1.3 绕组断路
指的是电机定子绕组线路上有断开点的现象。如果绕组单相有断路，将会造成电机缺相运行，三相电流不平衡，此时极易造成电机的烧毁。
产生原因：电机的定子绕组部分短路或是接地造成绕组过热而断开；定子绕组受外力过大而断开；绕组接头存在虚焊等焊接问题导致电机在运行一段时间后接头断开等。
2.2 转子绕组故障
2.2.1 绕组断裂
此类故障出现在鼠笼型转子中，庞巴迪4EBA 4040异步电动机的转子属于此类范畴。此时，将会使得电机很难正常启动，启动后电机在运行时也会出现周期性电磁噪音与振动异常，导致电机负载性能下降，严重影响电机的正常运行。
产生原因：电机频繁启动、操作不当致使转子受到剧烈冲击；电机转子绕组质量差等。
2.3 轴承等配件故障
2.3.1 轴承故障
当轴承出现故障时，将会造成电机轴承侧温度异常、电机振动异常，严重时会导致电流升高，轴承烧毁。
产生的原因：轴承严重缺油或油脂变质；轴承腔内有异物、所加油脂有杂质；轴承装配不当；轴承的制造质量不过关等。
2.4 铁心故障
出现铁心故障时，会导致铁心故障部位温度升高过热，并产生较为严重的涡流。铁心出现故障后会对电机产生严重的危害，需要及时进行维修排除。
产生原因：其他故障烧伤铁心，使得铁心局部短路；铁心紧固不良，当电机振动时造成铁心松动；机械力损伤等。
3 检修试验
综合考虑到该类型电机的运行环境及常见故障类型等，用户提出了严格的电机修理技术修理条件，其中就包括电机试验项目的完善，包括噪声试验及温升试验等。以下是该电机的主要检修试验项目：
3.1 通用试验项目
3.1.1 入厂试验项目
包括：电机外观检查、绕组对机座及相互间绝缘电阻测定、定子绕组冷态直流电阻测定、空转、振动试验等。
3.1.2 例行试验项目
在入厂试验项目的基础上增加了：温升试验、转子堵转试验、空载试验、电机对地耐电压试验。
其中，温升试验按连续定额进行，试验电流为实际运用的逆变器或输出波形相似的电源。电压1150V，功率220KW，频率58Hz。用停车测直流电阻法测量定子绕组温升，转子铜端环在停车后立即测量并记录。在通过平均温升计算及修正后，得出最终结果。定子绕组温升和转子铜端环温升≤180K，轴承温升≤55K。
3.2 其它实验项目
主要有：噪声试验、最大转矩测定、短时过转矩测定等。
其中，噪声试验属于新增项目。在噪声试验时，要求电机在额定转速下运行，用噪声仪测量电机噪声A计权，最终合格结果为噪声限值要求不超过107dB。
4 维护与预防
除了试验合格、提供合格的产品之外，做好电机的维护与定期预防检测对于确保地铁牵引电机的正常使用同样有着十分重要的意义。若要对电机做到全面的维护与预防，需要从以下几个方面进行考虑。
4.1 安装环境
电机安装环境至关重要，若电机安装地点多粉尘、腐蚀性气体造成电动机绕组故障或轴承故障。因此电机的安装环境必须满足电机防护等级要求；电机安装地点的环境温度不宜过高，避免灰尘、腐蚀性气体、水汽进入电机内部。
4.2 启动前检查
1）绝缘电阻检查。以庞巴迪4EBA 4040异步电动机为例，冷态下用1000V兆欧表摇测电动机绕组相间及对地不得低于100MΩ；2）元器件检查。供电回路各元器件完好，连接可靠；3）参数对比。对照铭牌，检查电压、频率与电源是否一致，功率于负载是否匹配，电机实际接法是否正确；4）轴承润滑是否良好，联轴器连接是否牢固。
4.3 过程监测
1）监测温升。前面文章内容中有提到，庞巴迪4EBA 4040异步电动机试验定子绕组温升和转子铜端环温升≤180K，軸承温升≤55K。实际运行过程中，电机温升原则上不容许超过温升限值；2）监测电压。电机运行时，电源电压不得高于电机额定电压的110%，不得低于电机额定电压的95%，三相电压不平衡差值不得超过额定值的5%；3）监测电流。电机运行时，电流不得高于电机额定电流，三相电流应平衡，不平衡差值不得超过额定值的10%。
4.4 定期检查与维护
做好对于电机的定期检查与维护对于预防电机故障发生及保证电机运行质量有着十分重要的意义。需要按照规定对电机进行定期大修、检修，确保电机能够正常使用。
5 结语
地铁牵引电机是地铁运行的动力之源，全面掌握三相异步电动机的工作原理、系统分析三相异步电动机的常见故障及产生原因和维护预防措施，是保证电机及地铁正常运行的必要保障。
参考文献：
[1]黄涛.三相交流异步电动机常见故障分析及维护[J].科技信息（学术研究），2008，32.
[2]钟伟定.三相交流异步电动机的运行保护[J].黑龙江冶金，2013，01.
[3]王刚.三相异步电动机维护保养与常见故障处理[J].科协论坛，2013（1）：71-72.
作者简介：郭梦翔、（男）、（1992）、山西省侯马市、族族、职称（助理工程师）、学历（大学本科）、研究方向（应用科学）、单位名称（中车永济电机有限公司）、单位所在省市（山西省永济市）、单位邮编（044502）
第二作者：姓名（黄绍端）、单位（中车永济电机有限公司）
第三作者：姓名（胡晓明）、单位（中车永济电机有限公司）
关键词：电机；结构；故障；试验；预防
0 引言
当今世界，城轨行业发展迅速，各国拥有百万以上人口的大都市，大都通过修建地铁来缓解交通紧张状况。三相异步电动机作为将电能转化为机械能的重要设备在城轨行业担当着重要角色，而当三相异步电动机出现问题时，直接会影响地铁的正常运行。且不说电动机的维修费用从几千元到上万元不等，因电动机故障引起运行中断，造成的间接损失更是无法估量的。那么三相异步电动机的故障有哪些？该如何预防？检修要做哪些试验？本文以庞巴迪4EBA 4040异步电动机为例分析如下：
1 结构及工作原理
1.1 结构
庞巴迪4EBA 4040异步电动机属于三相交流异步电动机，该类型电机的两个基本组成部分为定子和转子，此外还有端盖、风扇等附属部分。其中定子由定子铁心、定子绕组和机座组成；转子由转子铁心、转子绕组和转轴组成。
1.2 工作原理
如果在定子绕组中通入三相对称电流，则定子内部产生某个方向转速为n的旋转磁场。这时转子导体与旋转磁场之间存在着相对运动，切割磁感线而产生感应电动势，在感应电动势的作用下，闭合的转子绕组内有电流通过。转子电流与旋转磁场相互作用产生电磁力F。该力对转轴形成了电磁转矩T，其作用方向同旋转磁场旋转方向一致，故使转子按旋转磁场方向转动。
2 常见故障类型
2.1 定子绕组故障
2.1.1 绕组接地
是指定子绕组与定子铁心或者电机的外壳之间形成连通。此时如果保护接地做的不到位，将会使得电机的外壳带电，容易造成事故；同时，绕组发热容易造成短路烧毁。
产生原因：电机使用过程中受潮；长时间的过载运行；受到雷击；定子过热绕组部分的绝缘老化或损坏；制造或检修工艺不良等。
2.1.2 绕组短路
是指电机定子绕组匝间或是不同绕组之间的绝缘破损而造成的短路现象。当出现短路时，电机在运行过程中会出现声音和振动异常，且三相电流不平衡，严重时会导致电机不能启动。
产生原因：电机的电源电压变动较大；长时间的进行过载运行；制造或检修工艺不良等。
2.1.3 绕组断路
指的是电机定子绕组线路上有断开点的现象。如果绕组单相有断路，将会造成电机缺相运行，三相电流不平衡，此时极易造成电机的烧毁。
产生原因：电机的定子绕组部分短路或是接地造成绕组过热而断开；定子绕组受外力过大而断开；绕组接头存在虚焊等焊接问题导致电机在运行一段时间后接头断开等。
2.2 转子绕组故障
2.2.1 绕组断裂
此类故障出现在鼠笼型转子中，庞巴迪4EBA 4040异步电动机的转子属于此类范畴。此时，将会使得电机很难正常启动，启动后电机在运行时也会出现周期性电磁噪音与振动异常，导致电机负载性能下降，严重影响电机的正常运行。
产生原因：电机频繁启动、操作不当致使转子受到剧烈冲击；电机转子绕组质量差等。
2.3 轴承等配件故障
2.3.1 轴承故障
当轴承出现故障时，将会造成电机轴承侧温度异常、电机振动异常，严重时会导致电流升高，轴承烧毁。
产生的原因：轴承严重缺油或油脂变质；轴承腔内有异物、所加油脂有杂质；轴承装配不当；轴承的制造质量不过关等。
2.4 铁心故障
出现铁心故障时，会导致铁心故障部位温度升高过热，并产生较为严重的涡流。铁心出现故障后会对电机产生严重的危害，需要及时进行维修排除。
产生原因：其他故障烧伤铁心，使得铁心局部短路；铁心紧固不良，当电机振动时造成铁心松动；机械力损伤等。
3 检修试验
综合考虑到该类型电机的运行环境及常见故障类型等，用户提出了严格的电机修理技术修理条件，其中就包括电机试验项目的完善，包括噪声试验及温升试验等。以下是该电机的主要检修试验项目：
3.1 通用试验项目
3.1.1 入厂试验项目
包括：电机外观检查、绕组对机座及相互间绝缘电阻测定、定子绕组冷态直流电阻测定、空转、振动试验等。
3.1.2 例行试验项目
在入厂试验项目的基础上增加了：温升试验、转子堵转试验、空载试验、电机对地耐电压试验。
其中，温升试验按连续定额进行，试验电流为实际运用的逆变器或输出波形相似的电源。电压1150V，功率220KW，频率58Hz。用停车测直流电阻法测量定子绕组温升，转子铜端环在停车后立即测量并记录。在通过平均温升计算及修正后，得出最终结果。定子绕组温升和转子铜端环温升≤180K，轴承温升≤55K。
3.2 其它实验项目
主要有：噪声试验、最大转矩测定、短时过转矩测定等。
其中，噪声试验属于新增项目。在噪声试验时，要求电机在额定转速下运行，用噪声仪测量电机噪声A计权，最终合格结果为噪声限值要求不超过107dB。
4 维护与预防
除了试验合格、提供合格的产品之外，做好电机的维护与定期预防检测对于确保地铁牵引电机的正常使用同样有着十分重要的意义。若要对电机做到全面的维护与预防，需要从以下几个方面进行考虑。
4.1 安装环境
电机安装环境至关重要，若电机安装地点多粉尘、腐蚀性气体造成电动机绕组故障或轴承故障。因此电机的安装环境必须满足电机防护等级要求；电机安装地点的环境温度不宜过高，避免灰尘、腐蚀性气体、水汽进入电机内部。
4.2 启动前检查
1）绝缘电阻检查。以庞巴迪4EBA 4040异步电动机为例，冷态下用1000V兆欧表摇测电动机绕组相间及对地不得低于100MΩ；2）元器件检查。供电回路各元器件完好，连接可靠；3）参数对比。对照铭牌，检查电压、频率与电源是否一致，功率于负载是否匹配，电机实际接法是否正确；4）轴承润滑是否良好，联轴器连接是否牢固。
4.3 过程监测
1）监测温升。前面文章内容中有提到，庞巴迪4EBA 4040异步电动机试验定子绕组温升和转子铜端环温升≤180K，軸承温升≤55K。实际运行过程中，电机温升原则上不容许超过温升限值；2）监测电压。电机运行时，电源电压不得高于电机额定电压的110%，不得低于电机额定电压的95%，三相电压不平衡差值不得超过额定值的5%；3）监测电流。电机运行时，电流不得高于电机额定电流，三相电流应平衡，不平衡差值不得超过额定值的10%。
4.4 定期检查与维护
做好对于电机的定期检查与维护对于预防电机故障发生及保证电机运行质量有着十分重要的意义。需要按照规定对电机进行定期大修、检修，确保电机能够正常使用。
5 结语
地铁牵引电机是地铁运行的动力之源，全面掌握三相异步电动机的工作原理、系统分析三相异步电动机的常见故障及产生原因和维护预防措施，是保证电机及地铁正常运行的必要保障。
参考文献：
[1]黄涛.三相交流异步电动机常见故障分析及维护[J].科技信息（学术研究），2008，32.
[2]钟伟定.三相交流异步电动机的运行保护[J].黑龙江冶金，2013，01.
[3]王刚.三相异步电动机维护保养与常见故障处理[J].科协论坛，2013（1）：71-72.
作者简介：郭梦翔、（男）、（1992）、山西省侯马市、族族、职称（助理工程师）、学历（大学本科）、研究方向（应用科学）、单位名称（中车永济电机有限公司）、单位所在省市（山西省永济市）、单位邮编（044502）
第二作者：姓名（黄绍端）、单位（中车永济电机有限公司）
第三作者：姓名（胡晓明）、单位（中车永济电机有限公司）