电机作为各种旋转机械的主要驱动设备，广泛应用于工业生产中的各个领域，一台大型设备或一条生产线往往需要几十台、甚至数百台的驱动和控制电机，哪怕只有其中一台电机发生故障，将导致整套设备、系统或生产线故障；而现代化大生产特别强调连续性，要求成套设备可靠，不间断地运行，由于设备运行的中断，哪怕仅仅几小时，其损失就可高达几十万、几百万甚至更多，严重的可能造成成套设备的报废。因此，与之配套的电动机安全可靠地连续运行，显得至关紧要。

本文从对各类在正常运行中的电机的各个敏感参数进行检测，指出其中出现的异常现象，并提出一系列用于诊断的方法和步骤，用以帮助电机使用方较早的发现问题，更快的解决问题；以避免由于各种微小的故障发现不及时导致的问题扩大从而造成设备的停机甚至损坏。

Part 1

电机故障的主要现象

电动机作为能将电能转换为机械能以供使用的用电设备，被广泛地应用于工业以及家用领域的基础。结构比较简单，由定子和转子两个主要部分，以及端盖、轴承、风扇等辅件构成。

在电机运行中，这些部件都有可能出现问题，有些是制造过程中的工艺不当或设计不当，有些是使用过程中的劳损或使用不当，这些问题都会造成各类的异常现象，综合起来有以下几类现象：温度异常、振动噪声异常、电参数异常等。

Part 2

各类电机的故障现象及机理

温度异常

电动机的主要发热部件一般为绕组以及轴承，具体到表象上的温度异常一般分为以下几类：轴承温度过高、绕组温度过高、机壳温度过高等。

轴承温度过高

电动机的轴承作为支撑转子的主要部件，如果出现温度过高而不解决，会导致电机轴承损耗变大，效率变低；甚至可能导致电机轴承咬死，造成电机突然失速；造成整套传统系统的损毁。因此，对电机轴承状况的监测至关重要。

造成轴承温度过高的原因一般有以下几类磨损：机械部件在长期的运行过程中必然会发生损耗，正常运行的电机应该每隔几年对轴承进行更换，这方面的懈怠可能造成轴承的过度磨损。过度磨损后的轴承会产生一系列的现象，如轴承温度过高、轴承振动变大以及轴承异响等。

轴承温度显著升高的问题需要及时排查，因为这类问题如不及时解决，当轴承温度过高时，可能会造成润滑脂蒸发等现象，会大大增加润滑脂的损耗，在很短的时间内造成轴承的损坏甚至咬死，因此当发现轴承温度过高时，需要及时排查，避免造成进一步的危害。

绕组温度过高

作为电机电能转换为机械能为重要的部件，电机绕组的状态监控非常重要，通过对绕组温度的监控，能够反映很多问题，诸如轴承问题导致的负载过大、绕组绝缘受损、负载端异常等，都会导致电机的绕组温度过高。过高的温度会损害绕组的绝缘，传导到轴承上会加速轴承油脂的损耗；因此，对绕组的温度的监控也同样至关重要。

造成绕组温度过高的原因一般有以下几类：

绕组的温度过高相较于电机轴承的温度问题来说是个比较缓慢地异常现象，一般绕组的温度过高会伴生各类其他异常，但对绕组的温度监测相对于其他数值的监测 (诸如风扇损坏会造成的振动异常) 来说较为简单，所以绕组温度的监控是目前电机状况检测为普遍通用的一个方法。

机壳温度过高

对于较大的电机，一般采用预埋温度监测设备的方法对电机的轴承或绕组进行监测，但对于体型较小的电机，预埋温度监测设备的方法有时不容易实现，同样的，有些电机在出厂的时候并未预埋温度监控探头，这时，可采用非接触的温度测量方法由的值班人员对电机进行巡检来替代预埋温度监测探头的方法。同样，能起到对温度过高的预警作用。

传统电机各部位温度限值

由上文可以看出，在电机的实际使用中，很多的故障会导致温度异常的发生，因此，对温度的监控在电机的实际使用中非常重要，对此，国标GB 14711对电机在安全使用中的主要部位温度进行了规定，下表对此进行了梳理，见表1。

表1 传统电机主要部位温度 (℃) 、温升 (K) 限值

噪声振动异常

电动机作为一种将电能转换为机械能的用电设备，在使用的过程中，不可避免的会产生噪声和振动，尤其是当电机的机械结构发生异常时，造成的异常现象，就是噪声或者振动的显著变大。因此，对噪声和振动的监测，能够较早的对电机的故障进行预警，以免引起更大的危害。

振动过大

正常运行中的电机，不可避免的会产生振动，振动作为电机的一个重要技术指标，也是进行各类电机进行型式试验的几个主要项目之一，长期运行的电机，当发生有机械零部件松脱时，就会产生明显的振动，如轴承的磨损过度会导致电机轴伸侧的振动变大，振动的变大是个恶性循坏的过程，过大的振动会造成更多零部件的损坏，导致振动变得更大，造成断轴、底脚断裂等严重危害，严重的可能造成“机毁人亡”的严重事故。

造成电机振动变大的原因有很多，机械结构上的受损、电气结构上的老化以及安装本身的原因都会导致振动变大。从监测的角度来说，分为各个部位上的振动数值异常，主要分为前端盖振动异常、后端盖振动异常、机座振异常三类。

振动的产生因素有很多，在检测监控方面，主要是对电机三个方向的位移、速度以及加速度进行监控，以此来分析电机某个部位可能产生的问题，下表对传统电机在运行过程中的振动限值进行了梳理，见表2。

表2 传统电机振动限值

噪声过大

电机产生的噪声主要分为机械噪声和电磁噪声，正常运行的电机，都会有这两类噪声，相对于电机的振动异常，噪声的陡增更易被人发现并察觉，也更易容易引起注意。

因而噪声异常是容易被发现的异常现象，过大的电磁噪声意味着电机绕组线圈可能存在问题，而过大的机械噪声则意味着可能存在机械部件的松脱甚至断裂。因此，当发现运行中的电机传出异响的时候，应当及时排查问题，严重的应当立即停机，以免噪声更为严重的事故。

电磁噪声和机械噪声有时并不容易区分，这时可以采用停机检测的方法进行确诊，当断开电机电源时，电机速度缓慢下降，此时如果噪声依然存在，则为机械噪声，如噪声立即消失，则一般为电磁噪声。

噪声在实时监控预警中由于干扰因素很多，存在较大困难，一般对电机在空载状况下的噪声进行测试，从而分析电机可能存在的问题，本文对传统电机的空载噪声进行了梳理，见表3以及表4。

表3 传统电机噪声限值

表4高压电机噪声限值

电参数异常

电机作为一种用电设备，电参数是一个基础的性能参数，从电机的用电情况中，不仅能反应出电机自身的运行状态，还能反应出负载端的工作状态，而且，相对于振动和噪声来说，电参数不易受外界干扰，而相对于温度指标来说，电参数又有反应迅速的优势；因此，电参数是对电机运行状况监测以及异常警示的一个为简单可行的方法。常用的电参数监控一般采用电流监控和电压监控。

电压偏差过大

电机作为一个用电设备，供电的保证是保证其正常运行的一个主要指标，过度的欠压会造成电机的失速，电流的过大，长期的欠压会导致电机和输电线路长时间工作在过载状态下，导致电机和输电线路的损坏；而过压则会破坏电机以及输电线路的绝缘，可能会在短时间内造成严重的事故；相较于过压和欠压，缺相也同样致命，同样会在短时间内造成严重的事故。因此，对电压的实时监控与预警是保证设备正常工作的一个重要指标。

电压的幅值的可靠性一般由电源决定，匹配的电源余量不足，电机的遇到负载异常波动的时候就会产生明显的压降，会导致电机的失速，造成设备的停机，而匹配的余量过大，则占用场地且经济效益不佳。

当电机供电电压出现明显的三相不平衡时，一般通过对电流的分析进行排查。

对电压的监控，相当于对电机用电环境的监控，稳定的运行环境，是保证电机可靠运行的首要条件，一般对电源电压的要求，为额定电压的±10%之内，传统电机在设计时，也会考虑电源电压的波动 (又称能源波动) ，当电压在额定电压的±10%之内时，电机都能稳定的运行。超出该范围，电机绝缘可能受损，而低于该范围，电机电流可能过高，终导致电机发热过大而受损。

电流偏差过大

电压的监测更多的是反映电源供电的情况，而电机用电的情况则由电流的监测情况来反应，电机的过载会导致电流偏大，负载的松脱会导致电流的偏小，而绕组绝缘受损或者人员的触电则会导致电流的不平衡；反言之，过大的电流会导致电机的温度明显升高从而造成电机的损毁；过小的电流意味着电机负载侧或者负载连接处的松脱，不及时解决可能造成更严重的问题；而电流的偏差则多数意味着电机的绝缘问题甚至人身意外的发生。

因此，及时发现并解决电流的不正常偏差不但是电机使用可靠的一个保证，也是电机使用安全的必要条件。

电流的数值能够真实地反映用电设备的使用情况，一般会有以下几类异常电流偏差。

几乎电机的任何一部位的异常，都能时时地体现在时时的电流数值上，因此，本文对电机电流的偏差给出了一个限值，当电流与额定值偏差超出+15%～-30%，或者三相不平衡超出10%时，电机运行就有可能有异常发生，需要仔细检查电机的运行情况。

Part 3

电机可靠性影响因素

电机作为一种将电能转换为机械能的用电设备，广泛应用于各类场合，其结构简单，使用方便；由于其维护周期长，所以其可靠性的保证尤为重要，但使用中的各种特殊情况，会对电机各个部件的寿命产生影响，进而造成电机的寿命缩短，造成可靠性的降低。一般，影响可靠性的因素分为两类：环境因素以及使用不当。

环境因素

电机在设计制造时，会考虑其实际应用的环境，针对不同的应用环境，会采取不同的设计，诸如隔爆电机、潜水电机等，都是针对特殊应用场合的专用电机。但实际使用中，成套设备的位置不固定，或者遭遇恶劣的气候，造成实际使用环境超过设计值。就会造成设备的失效。

因此，实际使用中，应当注意设备的标注使用环境，或者结合实际的使用环境，选择合适的配套电气设备，对于电机，同样如此。如在环境污染等级比较恶劣的场合，尽量避免选用开启式结构的电机，以防发生诸如油污、粉尘进入电机壳体内，造成绝缘失效，扫膛等现象的发生；而在户外应用场合，应避免近地安装，并选用IP防护等级较高的电机，以防在遭遇恶劣天气时，电机的损毁；对于沿海环境的使用场合，使用的电机有针对盐雾以及潮湿环境的设计，以防腐蚀现象的过快发生。

使用因素

电机在实际选用时，一般都会考虑经济因素。规格较小的电机价格较低，然而，实际使用时，可能遭遇各种的突发情况，电网的波动，负载的不稳，对于选型过于拘谨的电气设备会造成过载的现象，长期的累积就会造成性能的丧失，引发失效现象，造成可靠性的降低。

因此，适当的留取余量是提升可靠性的一个方法，而且长期的运行后，各部件的老化不可避免，会造成性能的降低，此时，余量的留取就会发挥作用，所以，余量的留取还能延长成套设备的使用寿命，提升成套设备的可靠性。

而使用的过程中，应当避免过载的现象发生，也应当避免过度频繁的起停情况，以防由于上述情况而导致的电机电流超出设计值，造成绕组和输电线路的加速老化；同时，供电设备的选择也应当注意，选择合适容量的电源，能保证供电的质量，减少欠压的情况发生；变频器供电的电气回路中，电机绕组会收到变频器中的谐波影响，这也是必须考虑的因素。

Part 4

结语

电机的可靠性研究是一个长期的过程，需要对电机的全生命周期进行研究才可能得到一个完全准确的研究方法，本文从故障机理出发，分析每一类故障可能导致的故障现象，并进行了分类，以此简化电机可靠性的分析过程。

———— / END / ————