无刷电机空载起步震动过大的原因 浅谈电机故障处理方法

　　本文主要是关于无刷电机的相关介绍，并着重对无刷电机空载起步震动过大的原因进行了详尽的阐述。

　　无刷电机

　　无刷直流电机由电动机主体和驱动器组成，是一种典型的机电一体化产品。由于无刷直流电动机是以自控式运行的，所以不会像变频调速下重载启动的同步电机那样在转子上另加启动绕组，也不会在负载突变时产生振荡和失步。中小容量的无刷直流电动机的永磁体，现在多采用高磁能级的稀土钕铁硼（Nd-Fe-B）材料。因此，稀土永磁无刷电动机的体积比同容量三相异步电动机缩小了一个机座号。

　　工作原理

　　无刷直流电动机是采用半导体开关器件来实现电子换向的，即用电子开关器件代替传统的接触式换向器和电刷。它具有可靠性高、无换向火花、机械噪声低等优点，广泛应用于高档录音座、录像机、电子仪器及自动化办公设备中。

　　无刷直流电动机由永磁体转子、多极绕组定子、位置传感器等组成。位置传感按转子位置的变化，沿着一定次序对定子绕组的电流进行换流（即检测转子磁极相对定子绕组的位置，并在确定的位置处产生位置传感信号，经信号转换电路处理后去控制功率开关电路，按一定的逻辑关系进行绕组电流切换）。定子绕组的工作电压由位置传感器输出控制的电子开关电路提供。

　　位置传感器有磁敏式、光电式和电磁式三种类型。

　　采用磁敏式位置传感器的无刷直流电动机，其磁敏传感器件（例如霍尔元件、磁敏二极管、磁敏诂极管、磁敏电阻器或专用集成电路等）装在定子组件上，用来检测永磁体、转子旋转时产生的磁场变化。

　　采用光电式位置传感器的无刷直流电动机，在定子组件上按一定位置配置了光电传感器件，转子上装有遮光板，光源为发光二极管或小灯泡。转子旋转时，由于遮光板的作用，定子上的光敏元器件将会按一定频率间歇间生脉冲信号。

　　

　　采用电磁式位置传感器的无刷直流电动机，是在定子组件上安装有电磁传感器部件（例如耦合变压器、接近开关、LC谐振电路等），当永磁体转子位置发生变化时，电磁效应将使电磁传感器产生高频调制信号（其幅值随转子位置而变化）。

　　结构解析

　　结构上，无刷电机和有刷电机有相似之处，也有转子和定子，只不过和有刷电机的结构相反；有刷电机的转子是线圈绕组，和动力输出轴相连，定子是永磁磁钢；无刷电机的转子是永磁磁钢，连同外壳一起和输出轴相连，定子是绕组线圈，去掉了有刷电机用来交替变换电磁场的换向电刷，故称之为无刷电机（Brushless motor），那现在就有问题了，没有了电磁场的变换，如何让无刷电机转动呢？

　　简单而言，依靠改变输入到无刷电机定子线圈上的电流波交变频率和波形，在绕组线圈周围形成一个绕电机几何轴心旋转的磁场，这个磁场驱动转子上的永磁磁钢转动，电机就转起来了，电机的性能和磁钢数量、磁钢磁通强度、电机输入电压大小等因素有关，更与无刷电机的控制性能有很大关系，因为输入的是直流电，电流需要电子调速器将其变成3相交流电，还需要从遥控器接收机那里接收控制信号，控制电机的转速，以满足模型使用需要。 总的来说，无刷电机的结构是比较简单的，真正决定其使用性能的还是无刷电子调速器，好的电子调速器需要有单片机控制程序设计、电路设计、复杂加工工艺等过程的总体控制，所以价格要比有刷电机高出很多。

　　无刷电机空载起步震动过大的原因

　　从另一方面来讲，动极板与机壳间的水电阻，因通过电流而发热，在水电阻负温度特性的作用下，电阻也会逐步减少。综合上述两方面的作用下，使电动机以恒定电流、恒定转矩起动。

　　无刷电机空载起步震动过大是什么原因？无刷自控电机软起动器是将起动电阻直接安装在电动机的转轴上，利用电机旋转时产生的离心力作为动力，控制电阻的大小，达到减少电机起动电流、增加起动转矩，使绕线式异步电动机实现无刷自控运行的装置。它主要由机壳、电解液、动极板、弹簧、接线柱、安全阀、排气阀等构成。无刷电机空载起步震动过大的原因大概就是以上的几种情况。

　　电机常见故障及处理方法

　　电动机运行或故障时，可通过看、听、闻、摸四种方法来及时预防和排除故障，保证电动机的安全运行。

　　一、看

　　观察电动机运行过程中有无异常，其主要表现为以下几种情况。

　　1. 定子绕组短路时，可能会看到电动机冒烟。

　　2. 电动机严重过载或缺相运行时，转速会变慢且有较沉重的嗡嗡声。

　　3. 电动机维修网正常运行，但突然停止时，会看到接线松脱处冒火花；保险丝熔断或某部件被卡住等现象。

　　4. 若电动机剧烈振动，则可能是传动装置被卡住或电动机固定不良、底脚螺栓松动等。

　　5. 若电动机内接触点和连接处有变色、烧痕和烟迹等，则说明可能有局部过热、导体连接处接触不良或绕组烧毁等。

　　二、听

　　电动机正常运行时应发出均匀且较轻的嗡嗡声，无杂音和特别的声音。若发出噪声太大，包括电磁噪声、轴承杂音、通风噪声、机械摩擦声等，均可能是故障先兆或故障现象。

　　1. 对于电磁噪声，如果电动机发出忽高忽低且沉重的声音，则原因可能有以下几种。

　　（1）定子与转子间气隙不均匀，此时声音忽高忽低且高低音间隔时间不变，这是轴承磨损从而使定子与转子不同心所致。

　　（2）三相电流不平衡。这是三相绕组存在误接地、短路或接触不良等原因，若声音很沉闷则说明电动机严重过载或缺相运行。

　　（3）铁芯松动。电动机在运行中因振动而使铁芯固定螺栓松动造成铁芯硅钢片松动，发出噪声。

　　2. 对于轴承杂音，应在电动机运行中经常监听。

　　监听方法是：将螺丝刀一端顶住轴承安装部位，另一端贴近耳朵，便可听到轴承运转声。若轴承运转正常，其声音为连续而细小的沙沙声，不会有忽高忽低的变化及金属摩擦声。若出现以下几种声音则为不正常现象。

　　（1）轴承运转时有吱吱声，这是金属摩擦声，一般为轴承缺油所致，应拆开轴承加注适量润滑脂。

　　（2）若出现唧哩声，这是滚珠转动时发出的声音，一般为润滑脂干涸或缺油引起，可加注适量油脂。

　　（3）若出现喀喀声或嘎吱声，则为轴承内滚珠不规则运动而产生的声音，这是轴承内滚珠损坏或电动机长期不用，润滑脂干涸所致。

　　3. 若传动机构和被传动机构发出连续而非忽高忽低的声音，可分以下几种情况处理。

　　（1）周期性啪啪声，为皮带接头不平滑引起。

　　（2）周期性咚咚声，为联轴器或皮带轮与轴间松动以及键或键槽磨损引起。

　　（3）不均匀的碰撞声，为风叶碰撞风扇罩引起。

　　三、闻

　　通过闻电动机的气味也能判断及预防故障。若发现有特殊的油漆味，说明电动机内部温度过高；若发现有很重的糊味或焦臭味，则可能是绝缘层维修网被击穿或绕组已烧毁。

　　四、摸

　　摸电动机一些部位的温度也可判断故障原因。为确保安全，用手摸时应用手背去碰触电动机外壳、轴承周围部分，若发现温度异常，其原因可能有以下几种。

　　1. 通风不良。如风扇脱落、通风道堵塞等。

　　2.过载。致使电流过大而使定子绕组过热。

　　3.定子绕组匝间短路或三相电流不平衡。

　　4.频繁启动或制动。

　　5.若轴承周围温度过高，则可能是轴承损坏或缺油所致。

　　电机的故障检测与排除方法

　　电机的故障检测与排除方法，一般分以下几点

　　1、电机的空载电流大

　　测量方法如下：用万用表的20A档位，把万用表的红黑表笔串联接在控制器的电源输入端。打开电源，在电机不转动的情况下，记录下此时万用表的最大电流数值A1，转动转把，使电机高速空载转动10秒钟以上，电机转速稳定以后，开始观察并记录此时万用表的最大数值A2。电机的空载电流=A2-A1。

　　各种电机的无故障最大极限空载电流参考表如下：

　　电机形式额定电压24V额定电压36V

　　侧挂电机2.2A1.8A

　　高速有刷电机1.7A1.0A

　　低速有刷电机1.0A0.6A

　　高速无刷电机1.7A1.0A

　　低速无刷电机1.0A0.6A

　　当电机的空载电流大于参考表极限数据时，表明电机出现了故障。电机空载电流大的原因有：

　　1）电机内部机械摩擦大。2）线圈局部短路。3）磁钢退磁。我们继续往下做有关的测试与检查项目，可以进一步判断出故障原因或故障部位。

　　2、电机的空载/负载转速比大于1.5

　　测量方法如下：打开电源，转动转把，使电机高速空载转动10秒钟以上，电机转速稳定以后，用手持式速度/转速测量计测量此时电机的空载最高转速N1，在标准载荷下，行驶200m距离以上，开始测量电机的负载最高转速N2。

　　空载/负载转速比=N2÷N1

　　当电机的空载/负载转速比大于1.5时，说明电机的磁钢退磁已经相当厉害了，应该更换电机里面整套的磁钢，一般在电动车的实际维修过程中是更换整个电机。

　　3、电机发热

　　用非接触式的红外线温度计，或万用表的温度测量档位（带温度测量的万用表），测量电机端盖的温度超过环境温度30℃　以上时，表明电机的温升已经超出了正常范围，一般电机的温升在25℃　以下。

　　电机发热的直接原因是由于电流大引起的。电机电流i，电机的输入电动势E1，电机旋转的感生电动势（又叫反电动势）E2，与电机线圈电阻R之间的关系是：

　　i=（E1-E2）÷R

　　i增大，说明R变小或E2减小了。R变小一般是线圈短路或开路引起的。E2减小一般是磁钢退磁引起的或者是线圈短路、开路引起的。

　　在电动车的整车的维修实践中，处理电机发热的故障，一般是更换电机。

　　4、电机在运行时内部有机械碰撞或机械噪音

　　无论高速电机还是低速电机，在负载运行时都不应该出现机械碰撞或不连续不规则的机械噪音。

　　5、无刷电机缺相

　　无刷电机缺相一般是由于无刷电机的霍耳元件损坏引起的，我们可以通过测量霍耳元件输出引线相对霍耳地线和相对霍耳电源引线的电阻，用比较法判断是哪只霍耳元件出现故障。

　　为保证电机换相位置的精确，一般建议同时更换所有的三个霍耳元件。更换霍耳元件之前，必须弄清楚电机的相位代数角是120度还是60度，一般60度相角电机的三个霍耳元件的摆放位置是平行的。而120度相角电机，三个霍耳元件中间的一个霍耳元件是呈翻转180度位置摆放的。

　　电机常见故障分析及应对方法

　　低压三相交流电机（以下简称电机）具有结构简单、价格便宜、以及维修方便等优点。因而广泛地应用在工农业机械设备的拖动装置中，是所有电机中应用最广泛的一种。尽管如此，电机在实际运行中难免还会发生各种各样的故障。下面，针对电机常见故障产生的原因及采取对策进行分析，供同行参考。

　　一、电机温升过高或冒烟

　　这种故障是电机过热的表现。其原因很多：既有电机外部的因素（如电源供电质量差、负载过大、环境温度高和通风不良等等）；也有电机自身的原因。

　　电机本身常见原因及对策：

　　1. 绕组接法有错，误将星形接成三角形或相反。

　　2. 定子绕组匝间或相间短路或接地，使电流增大，铜损增加。若故障不严重只需要重包绝缘，严重的应更换绕组。

　　3. 定子一相绕组断路，或并联绕组中某一支路断线，引起三相电流不平衡而使绕组过热。

　　4. 转子断条。对铜条转子作焊补或更换，对铸铝转子应加更换。

　　5. 定、转子相擦。可检查轴承是否有松动，定、转子是否有装配不良。

　　6. 环境温度高，电动机表面污垢多，或通风道堵塞；

　　7. 电动机风扇故障，通风不良；

　　二、轴承过热

　　当电机滚动轴承温度超过95℃，滑动轴承温度超过80℃，就是轴承过热。其原因及对策如下：

　　1. 轴承损坏应换新。

　　2. 滚动轴承润滑脂过少、过多或有铁屑等杂质。润滑脂的容量不应超过轴承和轴承盖容积的70，有杂质时应换新。

　　3. 轴承与端盖配合过紧或过松。过紧时加工轴承室，过松时在端盖内镶钢套。

　　4. 电机两端盖或轴承盖装配不良。将端盖或轴承盖止口装平，拧紧螺钉。

　　5. 传动带过紧或联轴器装配不良。调整传动带张力，校正联轴器。

　　6. 滑动轴承润滑油太少，有杂质或油环卡住，应加油，换新油，修理或更换油环。

　　7. 轴承间隙过大或过小；

　　8. 电动机轴弯曲。

　　三、噪声异常

　　1. 当定、转子相擦时，会产生刺耳的“嚓嚓”碰擦声。应检查轴承，损坏的需更新。如果轴承未坏而发现轴承走内圈或外圈可镶套或更换轴承与端盖。

　　2. 电机缺相运行，吼声特别大。可断电再合闸，看是否能再正常起动。如果不能起动，则可能有一相断路。开关及接触器的触头未接通也会发生缺相运行。

　　3. 轴承严重缺油时，从轴承室能听到“咝咝”声。应清洗轴承，加新油。

　　4. 风叶碰壳或有杂物，会发出撞击声。应校正风叶，清除风叶周围的杂物。

　　5. 转子导条断裂，发生时高时低的“嗡嗡”声，转速也变慢，电流增大。

　　6. 定子绕组首末端接线错误，有低沉的吼声，转速也下降。

　　7. 定子、转子铁心松动；

　　四、振动过大

　　1. 电机转子不平衡（如转子上配重螺丝脱落）应校正动平衡。

　　2. 传动带轮不平衡，应校正静平衡。

　　3. 转轴弯曲。应更换转轴，或车直镶套（热套）。

　　4. 安装基础不平或固定不稳。应重新安装，固定平稳。

　　5. 转子导条断裂，使负载电流时大时小地振荡。

　　6. 联轴器装配不正或有松动。

　　7. 被驱动机械失去动平衡。

　　8. 定子绕组有局部故障，旋转磁场不平衡而引起振动。

　　9. 由于磨损，轴承间隙过大；

　　10. 铁心变形或松动；

　　11.风扇不平衡；

　　五、运行中造成三相电流不平衡

　　1. 三相电源电压严重不平衡（即不相等）。如开关接点接触不良等。

　　2. 三相绕组中有一相断路或一相熔丝烧断等造成缺相运行。

　　3. 绕组匝间或相间有局部短路，而熔丝又未断。

　　4. 三相绕组中某一组的一条并联支路或几条并联支路断路，造成三相阻抗不等。

　　5. 三相定子绕组中一相首末端弄错，而熔丝没有烧断。

　　六、电机运行时，电流表指针来回摆动

　　这种故障原因很可能是转子导条断路。

　　七、电机转速变低

　　1. 电源电压太低，应检查、找出原因。

　　2. 转子导条断裂或脱焊，应检查并修理断条。

　　3. 定子绕组接法错误，应检查并改正接法。

　　结语

　　关于无刷电机的相关介绍就到这了，希望通过本文能让你对无刷电机有更全面的认识。

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