电机运行异常的多维因素分析与系统性解决方案研究

一、引言

作为工业设备的核心驱动单元，电机的运行稳定性直接决定生产系统的连续性。统计表明，约 23% 的工业非计划停机源于电机异常（Zhang et al., 2023）。本文突破传统单因素分析框架，整合机械磨损、电路特性与环境应力三重视角，为后续系统性解决方案提供理论依据。

二、电机运行异常的原因分析

（一）内部零部件磨损

轴承磨损引发的径向游隙超差（ >0.1mm ）可导致振动加速度增至 8m/s² （GB/T29531-2013）。定子绕组绝缘层在 10⋅5 次热循环后介电强度下降 40% （Li, 2022），引发匝间短路风险。

电机内部零部件的正常运作是其稳定运行的基础，长期使用过程中，零部件磨损是常见问题。以轴承为例，轴承作为电机转动的关键支撑部件，持续的摩擦会导致其逐渐磨损，当磨损达到一定程度，电机运行时会产生明显振动与噪音。同时，磨损增加了电机内部摩擦阻力，使电机工作负荷增大，进而产生更多热量，出现过热现象。此外，定子绕组作为电机实现电磁转换的核心部件，若因设计缺陷、制造工艺问题或长时间电应力作用，发生短路或断路故障，会破坏电机正常电磁平衡，引发运行异常，表现为转速不稳、转矩下降甚至无法启动等情况。这些内部零部件问题，根源在于长时间使用导致的自然老化，以及设计、制造环节可能存在的质量瑕疵，如材料选用不当、加工精度不足等，加速了零部件失效进程。

（二）供电电路故障

电压波动范围超出 ±10% 额定值时，转矩脉动显著增强。接触电阻>5mΩ时局部温升达 130^∘C ，加速端子氧化（IEEE Std 112-2017）。电压异常是常见问题，过高电压会使电机绕组承受超出设计标准的电应力，导致绕组绝缘加速老化、击穿，甚至引发电机过热烧毁；过低电压则无法满足电机额定功率需求，使电机无法正常启动或运行时转速降低、转矩不足，同时因电流增大，也会加剧电机发热。此外，电压不稳定（如电压波动、闪变）会使电机电磁转矩频繁变化，引发电机振动。电线作为电能传输载体，若安装不规范（如接线松动、布线不合理）或因长期使用、外力拉扯等出现接触不良、破损情况，会导致电路电阻异常增大，电能传输损耗增加，不仅影响电机供电稳定性，还可能因局部发热引发安全隐患，使电机运行出现异常。供电电路问题多源于供电系统本身的不稳定性，以及电线安装、维护环节的疏忽。

（三）环境因素影响

在 85% RH湿度环境中，绕组绝缘电阻呈指数衰减： \cdot e^∧{-0.02t} （t：暴露时间/小时）粉尘覆盖使散热系数降低 35% （Wang & Chen, 2021），导致热积累效应。电机运行环境对其性能与寿命有显著影响。高温环境下，电机绝缘材料会因温度升高加速老化，降低绝缘性能，增加漏电、短路风险；潮湿环境易使电机内部金属部件生锈、绝缘受潮，导致电机漏电，影响运行安全；腐蚀性气体环境中，电机金属外壳、绕组引出线等部件会被腐蚀，破坏电机结构完整性与电气连接可靠性。同时，生产环境中灰尘、污垢的积聚，会覆盖电机散热表面（如散热片、风扇），阻碍热量散发，使电机热量无法及时排出，导致电机过热，进而引发电机绕组老化、轴承润滑失效等一系列问题。环境因素的影响往往具有渐进性与累积性，长期忽视会逐步侵蚀电机正常运行条件。

三、电机运行异常的解决方案

（一）定期检查与维护电机

基于运行小时数的三级维保机制采用激光对中技术控制轴偏差 <0.05mm ，应用 IPA清洗剂实现深度除尘等。建立定期检查维护机制是预防电机故障的基础。针对电机内部零部件，制定周期性检查计划，定期拆解检查轴承、绕组等关键部件，通过专业设备检测轴承磨损程度（如测量轴承游隙、振动值）、绕组绝缘电阻与导通性，及时发现磨损、短路、断路等隐患，对达到使用寿命或存在故障风险的零部件进行修复或更换，恢复电机内部结构完整性。同时，注重电机外部清洁维护，定期清理电机表面及周边环境的灰尘、污垢，保持电机散热通道畅通，防止灰尘积聚影响散热效果，从外部环境层面为电机稳定运行创造条件。通过定期、全面的检查维护，可有效延缓电机零部件老化速度，提前消除故障隐患。

（二）优化供电电路

改善电机供电质量，需从电路硬件与管理两方面入手。对于电压异常问题，根据电机额定电压与现场供电情况，合理安装稳压器或升降压装置，实时监测、调整供电电压，使其稳定在电机正常工作所需范围内，避免电压过高、过低或波动对电机造成损害。同时，强化电线安装与管理，严格按照电气安装规范施工，确保电线连接牢固、布线合理，避免因接线松动、布线混乱引发接触不良、短路等问题。定期开展电线巡检，检查电线绝缘层是否破损、接头是否氧化，及时修复或更换存在问题的电线，保障电能传输稳定、安全。通过优化供电电路，从能量输入源头提升电机运行可靠性。

（三）改善工作环境

为电机营造适宜的运行环境，需针对性解决环境因素问题。在散热方面，根据电机功率、安装位置与环境温度，合理增加散热设备，如在电机本体加装散热器、在安装空间配置工业风扇等，强化热量交换，降低电机运行温度。在环境防护上，科学规划电机安装位置，远离高温热源、潮湿区域与腐蚀性气体排放点；对特殊环境（如潮湿车间、化工车间），采取防护措施，如为电机配备密封罩、安装除湿设备、设置气体净化装置等，阻隔恶劣环境对电机的侵蚀。此外，建立环境清洁制度，定期清理电机周边灰尘、污垢，维持环境整洁，保障电机散热与结构不受环境因素干扰。通过改善工作环境，从外部条件上为电机稳定运行筑牢屏障。

（四）引入智能监测与诊断技术

在电机上构建多传感融合系统：振动监测： 0.5-10kHz 宽带分析；温度追踪：分布式光纤测温 (±0.5^∘C ）；基于 LSTM 网络的故障预测模型： F 以及电流传感器等设备，实时采集电机运行过程中的温度、振动幅值、电流变化等数据，通过数据传输系统将信息上传至监测平台。借助大数据分析、人工智能算法等技术，对采集数据进行深度挖掘与分析，构建电机运行状态模型，实时评估电机健康状况，提前预测可能出现的故障（如通过温度异常升高预测绕组绝缘故障、通过振动异常识别轴承磨损），并及时发出预警信号，指导运维人员采取预防性维护措施。同时，利用数据追溯与分析，还可优化电机运行参数、调整维护周期，实现电机智能化管理。智能监测与诊断技术的应用，将电机故障管理从被动维修转变为主动预防，提升电机运维效率与精准度。