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污水處理廠三相異步電動機(jī)常見故障維修和保護(hù)
閱讀：828 發(fā)布時間：2022-2-16
摘 要：三相異步電動機(jī)是污水處理廠常見的設(shè)備，針對故障進(jìn)行維修是機(jī)電維修人員的技能。結(jié)合筆者所學(xué)知識和歷次維修實(shí)踐總結(jié)了三相異步電動機(jī)常見故障，分析了造成故障的原因，并且介紹了檢查排除故障的一些方法，以提高維修效率。
1研究背景
維修三相異步電動機(jī)是污水處理廠機(jī)電維修人員的一項基本技能。由于污水處理廠環(huán)境比較復(fù)雜，三相異步電動機(jī)經(jīng)常受到進(jìn)水、短路、老化、各種化學(xué)藥品腐蝕以及誤操作等影響，會引起多種多樣的故障。雖然一般來說普通機(jī)電維修人員只要找出損壞的位置，通過更換零件使電動機(jī)恢復(fù)正常運(yùn)行即可，但對于一些人特別是新入職的維修人員來說，如果沒有明確的接線圖， 維修會有一定困難，有時會無從下手。同時， 操作不慎也可能造成電動機(jī)二次損壞，甚至引起觸電事故。筆者對電動機(jī)無法轉(zhuǎn)動的原因進(jìn)行分析，并歸納各種排除故障的方法，以提高維修效率。
2常見故障
2.1原理和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
三相異步電動機(jī)是根據(jù)電磁感應(yīng)原理發(fā)明的一種設(shè)備。它一般分定子與轉(zhuǎn)子兩部分，當(dāng)電動機(jī)的三相定子繞組（各相差120°電角度）通入三相對稱交流電后，將產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場，該旋轉(zhuǎn)磁場切割轉(zhuǎn)子繞組，從而在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電流（轉(zhuǎn)子繞組是閉合通路）。載流的轉(zhuǎn)子導(dǎo)體在定子旋轉(zhuǎn)磁場作用下將產(chǎn)生電磁力，從而在電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上形成電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動電動機(jī)旋轉(zhuǎn)，并且電動機(jī)旋轉(zhuǎn)方向與旋轉(zhuǎn)磁場方向相同。相較于同樣大小的單相電動機(jī)，三相異步電動機(jī)一般具有功率大的優(yōu)勢，所以在污水處理廠幾乎處處可見。
在污水處理廠中,三相異步電動機(jī)一般用作水泵，也有用作其他設(shè)備的動力部分，比如污泥脫水機(jī)、隔柵和螺桿等。在用作水泵時，若功率較小且臨時架設(shè)，用完后就拆除，只需將其簡單接入電路即可,不需要再安裝繼電控制回路。在其他情況下，對于三相異步電動機(jī)電路，一般從電學(xué)意義上來說，分主回路與控制回路兩部分。主回路就是電動機(jī)本身運(yùn)行的回路，控制回路一般有兩種形式。普通的控制回路一般有按鈕開關(guān)、緊急停止按鈕、接觸器控制觸頭、指示燈、接觸器線圈、時間繼電器、中間繼電器和熱繼電器等，有時還帶有故障判斷回路，比如漏油指示電路。隨著科技的發(fā)展，出現(xiàn)了一些精密設(shè)備，比如變頻器（VFD）與可編程邏輯控制器（PLC），給控制回路帶來了新的更精密的控制方法。這些新的精密設(shè)備為了準(zhǔn)確控制交流輸出，有時還有直流控制電路，并用電位器控制這個電路，或另有接觸屏進(jìn)行控制。從空間分布來說，供手動操作的起動停止按鈕、電位器和供查看運(yùn)行情況的電壓/ 電流表等元件和供維修或發(fā)生嚴(yán)重故障時用來斷電的緊急停止按鈕，以及VFD、PLC控制用的接觸屏、電位器等，分布在電動機(jī)控制柜或電箱外殼上，其他接觸器、繼電器、變頻器和PLC等在控制柜里，從控制柜到電動機(jī)本體需要連接端子排。
2.2常見故障及原因分析
對于不需要控制回路控制的電動機(jī)，比如臨時架設(shè)的潛水泵等，常見的損壞有兩種情況：一種是由于吸到雜物，造成過載，繼而導(dǎo)致過熱、燒壞線圈，引起短路或相線接地；還有一種是搬運(yùn)時不注意，拉拽電纜線力量過大，造成的各種電纜損壞，引起短路、漏電或纖芯斷裂。
對于由電箱或控制柜控制的電動機(jī)，造成故障的人為因素主要有兩個：一是墊片、彈簧墊片或螺母在安裝時遺漏，卡在接線樁頭之間，引起短路；二是安裝時，觸頭沒有擰緊，造成接觸器觸頭或端子排等產(chǎn)生電火花，終燒壞電路或造成電動機(jī)輸入的三相電缺相。
排除人為原因，對控制柜或電箱外殼上的設(shè)備來說，老化、風(fēng)化和銹蝕等是常見故障原因， 它們會造成這些設(shè)備斷路、接觸不良以及急停開關(guān)內(nèi)的彈簧失去彈性等。對于電箱內(nèi)部設(shè)備，進(jìn)水、連接各元件的導(dǎo)線或銅排短路，由于積灰引起的接觸器無法吸合，是導(dǎo)致其大面積損壞的原因。對于電動機(jī)本身，由于化學(xué)腐蝕引起的老化或被雜物卡住，是造成其無法轉(zhuǎn)動的原因。這些故障如果存在時間過長，或出現(xiàn)在一些大功率電動機(jī)設(shè)備上，還會引起電路過載發(fā)熱，造成繞組燒壞，引起短路或相線接地。
3檢查排除故障的方法
3.1無控制回路的三相異步電動機(jī)
對于不需要控制回路控制的三相異步電動機(jī)，在使用之前要先檢查電纜情況，并用兆歐表（即搖表）檢測相線與金屬外殼或者地線（PE 線）間電阻，若電纜有明顯的損壞點(diǎn)，或兆歐表檢測出相線與金屬外殼間電阻過小，則可證明該電動機(jī)已損壞，需返廠維修。
3.2普通三相異步電動機(jī)
對于那些由控制回路來控制的三相異步電動機(jī)，首先要確定是否有誤報故障的情況，比如在之前維修時按下緊急停止按鈕，修復(fù)完成后未重新復(fù)位，一般也會在控制中心有故障信號，但此時三相異步電動機(jī)或控制回路并沒有損壞，只需要將開關(guān)復(fù)位即可消除故障信號。
若確認(rèn)沒有誤報，同時上一級電氣裝置沒有損壞，即電箱輸入電壓正常，對于普通方式控制的電動機(jī)，則可按先機(jī)后電、先主后輔的大致順序來排查各個設(shè)備的故障。首先根據(jù)先機(jī)后電，對電動機(jī)本身進(jìn)行排查，嘗試按下電動機(jī)起動開關(guān)，用耳朵聽電動機(jī)動作情況，如電動機(jī)振動或嗡嗡發(fā)響但不轉(zhuǎn)動，則可確定存在機(jī)械部分的問題。此時，將電動機(jī)風(fēng)葉罩打開， 嘗試撥弄風(fēng)葉，如無法撥動，則拆除風(fēng)葉，用管鉗或扳手撥動轉(zhuǎn)軸，若仍無法撥動，則查看管子，清除其他雜物（針對水泵），或查看電動機(jī)轉(zhuǎn)軸帶動的其他機(jī)械零件是否斷裂或卡住，消除由機(jī)械原因引起的堵轉(zhuǎn)。
若機(jī)械部分無堵轉(zhuǎn)，或堵轉(zhuǎn)已排除，電動機(jī)仍無法運(yùn)轉(zhuǎn)，那就按照先主后輔的原則，先檢查電動機(jī)主回路是否存在短路、相線接地的問題。先拉掉電閘，將電動機(jī)接線盒拆開，用測電筆或萬用表檢測是否正確切斷電源，然后拆除各條接連線，在拆之前一定要首先記下線號或線色，或用電工膠布做好標(biāo)記，以便檢查后無誤地將電源線接回電動機(jī)。再拆除各個接線樁頭間金屬導(dǎo)條，否則可能會由于原先電動機(jī)星形或三角形接法干擾短路檢測情況。之后就可以使用絕緣電阻表進(jìn)行測量。為了更好地說明測量順序，下圖所示為實(shí)際的接線盒照片，并對其中的樁頭進(jìn)行編號。其中PE為接地樁頭，U1、V1和W1為進(jìn)線樁頭，U2、V2和W2為連接樁頭，將接在U1、V1、W1與PE之間，如檢測出任何接近0，則說明有相線接地情況，電動機(jī)已燒毀，然后接在U1、V1和W1兩兩之間，如檢測出任何接近0，說明電動機(jī)存在短路情況，后將接在U1、V1和W1與U2、V2、W2左右兩邊，一般會大致如U1－U2，V1－ V2，W1－W2循三匝線圈，一一對應(yīng)檢測出三組接近0的數(shù)據(jù)。若不是這種情況，則線圈有問題，需要更換。
若電動機(jī)本身沒有損壞，將接在進(jìn)線任意兩個接頭上和進(jìn)線與地線間，如測出接近0，則進(jìn)線已燒毀，需要更換，或控制柜其他地方有短路，需要一一排除。在某些情況下，如果測出穿線管僅有一根導(dǎo)線異常，同時該電動機(jī)需要急用的話，有的修理工可能不規(guī)范地將損壞相線與原先接地線進(jìn)行互換，用原有接地線臨時替代損壞相線功能，以減少電動機(jī)停用時間。此時接地的可靠性得不到保證，甚至可能給電動機(jī)使用者帶來危險，千萬不能這么做。
圖1 接線盒參考
在檢測完電動機(jī)本身與進(jìn)線后，如果*，則將連線重新接好，注意如果電動機(jī)本身沒有短路損壞，則在接線前需要清理樁頭上的墊片、彈簧墊片或螺母等雜物，否則可能因其沒裝上樁頭，反而卡在樁頭或?qū)Ь€之間造成短路，引起電動機(jī)二次損壞。然后轉(zhuǎn)到控制柜或電箱，首先檢查各個電器元件外觀是否正常，如有明顯老化、燒毀或進(jìn)水的，則先進(jìn)行更換，再檢測各個熔斷器，看是否有損壞，如有則進(jìn)行更換。之后按下起動開關(guān)，看電動機(jī)是否可以點(diǎn)動，若可以，則是負(fù)責(zé)自鎖的接觸器壞了，需更換；若不可點(diǎn)動，再用螺絲旋具按下主回路接觸器，看電動機(jī)是否可以轉(zhuǎn)動，若可以起動，并能保持旋轉(zhuǎn)，那再檢查開關(guān)本身和接觸器線圈，具體找到壞點(diǎn)進(jìn)行更換。若起動瞬間熱繼電器迅速切斷電源，則有可能是熱繼電器本身壞了或是缺相，那就檢查各接線端子排是否有松動，若有則一一擰緊。若長時間無法擰緊，則說明接線端子排螺絲已經(jīng)損壞，需更換；若仍無法排除，則檢查熱繼電器本身。注意若要更換熱繼電器，更換后要重起電動機(jī)，要將熱繼電器撥碼撥回原來的檔位， 否則可能無法起動，甚至造成更多問題。
檢查完熱繼電器，還應(yīng)該檢查時間繼電器。首先檢查旋鈕，查看是否松脫，如果松脫，則繼電器內(nèi)部彈簧已經(jīng)損壞。若彈簧正常，然后再將繼電器拆下，撥動旋鈕到一定時間，檢查延時接通和延時斷開觸頭是否處于斷開和接通狀態(tài)，否則該繼電器已失效。這兩種情況均需要更換時間繼電器。
如果檢查完各接觸器、繼電器和端子牌*，電動機(jī)仍無法起動，則還應(yīng)該檢查故障回路， 有時由于故障回路元件損壞，會產(chǎn)生錯誤的故障信號也會鎖死接觸器或繼電器，造成電動機(jī)無法起動。
3.3VFD或PLC控制的三相異步電動機(jī)
對于VFD或PLC控制的電動機(jī),由于變頻器（VFD）與可編程邏輯控制器（PLC）種類較多， 操作方式各不一樣，故障時顯示的故障代碼也有區(qū)別。所以普通維修工如果沒有針對性地學(xué)過具體變頻器（VFD）或可編程邏輯控制器（PLC）控制方法，僅能從外表上察看是否損壞，對大部分故障需要核對故障代碼，還須查看說明書和網(wǎng)絡(luò)，甚至需要聯(lián)合生產(chǎn)廠家專業(yè)人員重新進(jìn)行調(diào)試才能解決。所以對于這些精密器件，具體的維修方法非常專業(yè)，這里僅作簡要探討。一般而言，如果有電流輸入，且VFD或PLC本身沒有嚴(yán)重?fù)p壞的情況下，VFD或PLC能啟動，并能通過指示燈或顯示屏顯示相應(yīng)的錯誤，可以通過網(wǎng)絡(luò)或手冊查閱錯誤的原因。如果問題不是出在VFD 或PLC硬件或控制程序的話，則嘗試拆除報錯的信號線或輸出線，看是否依然報錯。如果能消除錯誤，則與修普通電動機(jī)類似，循線排除各零件故障。注意如果錯誤與電動機(jī)本身短路或相線接地有關(guān)，此時也需要用搖表確定具體故障位置，然而與普通電動機(jī)不同的是，在測量前，除了斷開進(jìn)線與三相異步電動機(jī)連接的一頭外，務(wù)必要將其連接VFD或PLC的另一頭也斷開，否則因為搖表中有一個小發(fā)電機(jī)，搖的過程中會反送電，可能燒毀VFD或PLC。
4安科瑞ARD系列智能電動機(jī)保護(hù)器介紹與綜合選型
4.1產(chǎn)品簡介
ARD該系列低壓電動機(jī)保護(hù)器，具有過載、斷相、不平衡、欠載、接地/漏電、堵轉(zhuǎn)等保護(hù)功能?？膳c接觸器、電動機(jī)起動器等電器元件構(gòu)成電動機(jī)控制保護(hù)單元，具有遠(yuǎn)程自動控制、現(xiàn)場直接控制、面板指示、信號報警、現(xiàn)場總線通信等功能。應(yīng)用范圍：可廣泛應(yīng)用于煤礦、石化、冶煉、電力、建筑等行業(yè)的配電領(lǐng)域。
4.2產(chǎn)品選型
產(chǎn)品功能
5結(jié)束語
本文總結(jié)了筆者入職以來遇到的各種故障和歷次排查故障進(jìn)行維修所用的方法，對于新入職的機(jī)電維修人員而言，掌握這些可以排除大部分故障，但如果遇到一些罕見的未提到的故障，切忌驚慌，可以通過查閱接線圖或與經(jīng)驗豐富的老師傅討論后再維修。機(jī)電維修人員務(wù)必注意，在大部分維修開始前需要斷電，否則很可能引起觸電事故或造成電動機(jī)二次損害。
【參考文獻(xiàn)】
[1]吳一帆.污水處理廠三相異步電動機(jī)常見故障和維修[J].時代電氣，2020，06：71-73.
[2]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊.2020.06版.