籠型三相異步電動(dòng)機(jī)繞組燒毀故障分析

(德州恒力電機(jī)有限責(zé)任公司，山東德州 253002)

0 引言

籠型三相異步電動(dòng)機(jī)由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用維護(hù)方便，適用范圍廣，被大量應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。由于選型使用不當(dāng)，維護(hù)不到位，電機(jī)本身存在質(zhì)量隱患等問題，有時(shí)會(huì)造成電機(jī)繞組燒毀，影響正常生產(chǎn)，本文論述引起電機(jī)定子繞組燒毀主要因素，以方便使用維護(hù)人員引起重視，盡力減少引起電機(jī)繞組燒毀各種狀況發(fā)生，有效保證電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

1 電動(dòng)機(jī)定子燒毀現(xiàn)象

籠型三相異步電動(dòng)機(jī)定子繞組燒毀的情況通常分三種：過載燒，定子繞組全部燒毀；缺相燒，定子繞組三相中的某一相或兩相全部燒毀，另外兩相或一相繞組線圈基本完好；匝間燒，定子繞組某一相或相鄰兩相繞組中一個(gè)槽內(nèi)或相鄰幾個(gè)槽內(nèi)的線圈燒毀。

2 原因分析及預(yù)防措施

2.1 定子繞組過載燒毀的原因分析和預(yù)防處理措施

定子三相繞組全部燒毀的情況一般是電機(jī)過載引起。對(duì)于S1工作制電機(jī)，運(yùn)轉(zhuǎn)過程中繞組電流長(zhǎng)時(shí)間超出額定電流，致使電機(jī)繞組溫度超出電機(jī)絕緣的極限溫度而持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，造成繞組絕緣熱老化而燒毀繞組。電機(jī)過載運(yùn)行從缺相開始到繞組燒毀持續(xù)運(yùn)行時(shí)間的長(zhǎng)短由過載程度和電機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)的溫升余量決定，具體過載持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間見表1。

表1 過載運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間表

引起電機(jī)過載運(yùn)行的原因主要有以下三方面：(1)功率選擇，由于考慮不充分或想節(jié)省設(shè)備成本，電機(jī)選型時(shí)所選功率過小，這種情況下一般運(yùn)行電流占額定電流的1.1～1.4倍；(2)電機(jī)或所帶設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)過程中由于潤(rùn)滑不良，機(jī)械變形等因素造成運(yùn)行不暢而引起的過載，此種情況下，根據(jù)電機(jī)軸承或設(shè)備潤(rùn)滑不良，以及設(shè)備機(jī)械變形嚴(yán)重程度不同，一般運(yùn)行電流占額定電流的1.1～2倍；(3)軸承損壞造成電機(jī)掃膛或設(shè)備接近卡死引起的過載，這種情況下電機(jī)轉(zhuǎn)速會(huì)明顯降低，運(yùn)行電流一般占到額定電流的2倍以上，如果保護(hù)裝置不能及時(shí)動(dòng)作停機(jī)，電機(jī)繞組將在很短的時(shí)間內(nèi)燒毀。針對(duì)以上不同問題，應(yīng)分別分析對(duì)待，對(duì)選型不合適的電機(jī)重新選型或適當(dāng)降低負(fù)載，盡量使電機(jī)運(yùn)行在額定負(fù)載的75%～95%之間；電機(jī)或設(shè)備潤(rùn)滑不良和機(jī)械變形通常是設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間后，運(yùn)轉(zhuǎn)過程中逐漸出現(xiàn)的現(xiàn)象，有時(shí)屬于設(shè)備正常磨損造成，在電機(jī)軸承損壞造成電機(jī)掃膛或設(shè)備接近卡死時(shí)，電機(jī)噪音振動(dòng)明顯增大，轉(zhuǎn)速急劇下降，出現(xiàn)上述情況，只要設(shè)備的過載保護(hù)裝置參數(shù)設(shè)置合理，動(dòng)作反饋靈敏，可在電機(jī)繞組過熱燒毀以前斷電停機(jī)，避免線圈燒毀。這時(shí)需要及時(shí)停機(jī)，更換軸承或查找設(shè)備故障原因，消除后再重新調(diào)試運(yùn)轉(zhuǎn)。對(duì)比較重要的運(yùn)行設(shè)備，軸承可利用電機(jī)氣隙磁場(chǎng)進(jìn)行偏心檢測(cè)，對(duì)電機(jī)磨損狀態(tài)實(shí)施在線監(jiān)測(cè)，通過曲線顯示電機(jī)偏心變化趨勢(shì)，及早發(fā)現(xiàn)軸承磨損狀況和走內(nèi)圓、走外圓等故障現(xiàn)象。防止因軸承過熱抱死而造成的過載停機(jī)。

繞組因過載燒毀的電機(jī)屬用戶使用原因造成，不屬電機(jī)質(zhì)量問題。如果過載保護(hù)裝置配置齊全，合理的情況下，一般能在繞組過熱，絕緣損壞以前動(dòng)作停機(jī)，有效避免繞組燒毀。

2.2 定子繞組缺相燒毀的原因分析和預(yù)防處理措施

定子繞組三相中的某一相或兩相全部燒毀，另外兩相或一相繞組線圈基本完好的情況屬電機(jī)缺相運(yùn)轉(zhuǎn)造成。電機(jī)三相電源缺一相時(shí)，另外兩相電源在定子繞組中可以形成回路，但不能形成完整的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，未啟動(dòng)的電機(jī)在沒有外力啟動(dòng)的情況下，無(wú)法啟動(dòng)，此時(shí)定子繞組的兩相電流是電機(jī)的啟動(dòng)電流-額定電流的4～7倍，繞組將很快燒毀；正在運(yùn)轉(zhuǎn)的電機(jī)，三相電源缺一相時(shí)，通電的兩相電流是三相運(yùn)行時(shí)電流的1.5倍。在經(jīng)濟(jì)負(fù)載下運(yùn)行的電機(jī)，Y接定子通有電源的兩相繞組將在1.3～1.4倍的額定電流下運(yùn)行，電流明顯大于額定電流，保護(hù)裝置如果不能及時(shí)動(dòng)作停機(jī)，繞組溫度達(dá)到一定程度，繞組就會(huì)燒毀；△接的定子兩相繞組串聯(lián)后與另外一相繞組并聯(lián)，其中兩相串聯(lián)的繞組電流與三相運(yùn)行時(shí)的電流相同，另外一相電流是三相運(yùn)行時(shí)的2倍，保護(hù)裝置如果不能及時(shí)動(dòng)作停機(jī)，電流大的一相繞組首先燒毀，造成斷電停機(jī)；電機(jī)三相電源缺兩相時(shí)，一相電源形不成回路，繞組中無(wú)電流，繞組不會(huì)燒毀，電機(jī)無(wú)任何反應(yīng)。

電機(jī)缺相燒，通常說的是繞組缺一相電源運(yùn)行而燒毀，一般是由于電機(jī)運(yùn)行過程中，電源主線路中有一相電源線虛接或斷開造成。電機(jī)運(yùn)行過程中接觸器觸點(diǎn)老化造成的脫落或虛接，電源線老化，絕緣層破損接地造成一相短路引起的斷路缺相，繞組焊頭斷開或接線電纜頭脫落虛接都可造成電機(jī)缺相燒。對(duì)此，電機(jī)控制線路中一般裝設(shè)缺相保護(hù)器，當(dāng)電機(jī)缺相運(yùn)行時(shí)，電路能及時(shí)斷開，保證繞組不被燒毀，避免電機(jī)運(yùn)行過程中因缺相而燒毀。

缺相燒的電機(jī)大部分屬于用戶使用原因造成，電源線路保護(hù)措施不到位，缺相保護(hù)器沒動(dòng)作是主要原因。對(duì)此，可通過加裝繞組熱保護(hù)，實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)繞組溫度，出現(xiàn)異常情況，及時(shí)斷電停機(jī)，查找并排除故障再啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)。

2.3 定子繞組匝間燒毀的原因分析和預(yù)防處理措施

定子繞組匝間燒毀是定子繞組某一相或相鄰兩相繞組中一個(gè)槽內(nèi)或相鄰幾個(gè)槽內(nèi)的線圈燒毀，根據(jù)故障原因可分為接地匝間，相穿匝間和繞組內(nèi)部匝間三種情況。接地匝間是電機(jī)運(yùn)行過程中因絕緣擊穿，繞組接地部位短路而造成的繞組燒毀；相穿匝間是繞組兩相之間絕緣擊穿，擊穿部位繞組短路燒毀而造成的匝間燒毀；繞組內(nèi)部匝間是繞組線圈一相中同一槽內(nèi)或相鄰槽的線圈端部繞組，因損傷短路而造成的匝間。因匝間燒毀的電機(jī)繞組，損傷部位大多集中在一處，一般損傷范圍不會(huì)太大。

接地匝間基本都發(fā)生在定子的槽口或槽背部位，繞組嵌線整形綁扎過程中，槽滿率過高，槽口或槽背絕緣容易受到損傷，如圖1所示。

圖1絕緣損傷圖

出廠測(cè)試時(shí)，由于繞組損傷程度較輕，問題沒能顯現(xiàn)出來。電機(jī)使用運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，絕緣薄弱部位因受潮或臟污，繞組絕緣受到負(fù)載電流的反復(fù)沖擊，隨著繞組溫度的升高，絕緣性能逐漸降低，絕緣薄弱部位泄漏電流逐漸增大，當(dāng)達(dá)到泄露電流極限時(shí)，絕緣擊穿，擊穿部位線圈因接地短路，造成繞組匝間燒毀，電機(jī)停轉(zhuǎn)。相穿匝間發(fā)生在電機(jī)繞組端部相鄰兩相之間，由于定子轉(zhuǎn)運(yùn)或壓裝過程中端部磕碰損傷，致使繞組兩相之間和繞組本身的絕緣受損，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間后絕緣擊穿，擊穿部位發(fā)生相間短路匝間，造成繞組燒毀。繞組內(nèi)部匝間是繞組內(nèi)部同一相中同一槽內(nèi)或相鄰槽的繞組各匝線圈之間的絕緣損傷，而造成的匝間故障，繞組內(nèi)部匝間大部分發(fā)生在繞組端部，壓裝過程中的磕碰劃傷，金屬異物掉落在繞組線圈上，內(nèi)部焊頭虛接，造成焊接處溫度升高，均容易導(dǎo)致繞組內(nèi)部匝間。

繞組匝間故障大部分屬電機(jī)質(zhì)量原因造成，定子制造和轉(zhuǎn)運(yùn)過程中繞組絕緣受到不同程度的損傷，降低了某一部分的絕緣性能，出廠檢測(cè)過程中，由于絕緣損傷不是太嚴(yán)重而沒能檢測(cè)出來，使用過程中由于負(fù)載電流的反復(fù)沖擊和運(yùn)行環(huán)境中濕度和溫度的增加，絕緣薄弱部位問題顯現(xiàn)，造成絕緣擊穿而燒毀繞組。

3 電機(jī)定子繞組燒毀的處理措施

定子繞組燒毀的電機(jī)需要更換定子繞組，同時(shí)檢查軸承的運(yùn)轉(zhuǎn)完好情況。定子繞組按原數(shù)據(jù)更換完成后，按出廠檢測(cè)項(xiàng)目進(jìn)行測(cè)試，確認(rèn)各項(xiàng)性能指標(biāo)是否符合使用要求，對(duì)存在質(zhì)量隱患的定子繞組，需找出故障原因，進(jìn)行修理，直到各項(xiàng)性能指標(biāo)合格，才可使用運(yùn)行，做到盡量避免匝間故障的發(fā)生。通過電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的振動(dòng)和噪音，對(duì)軸承磨損情況進(jìn)行判定，磨損嚴(yán)重的軸承及時(shí)更換，避免因軸承磨損，造成掃膛，而引起過載，燒毀繞組。

4 結(jié)語(yǔ)

定子繞組燒毀，更換、維修周期相對(duì)較長(zhǎng)，對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的正常運(yùn)行影響較大，輕則造成停機(jī)停產(chǎn)，重則引起火災(zāi)。為此，在電機(jī)選用時(shí)盡量選擇額定功率留有一定余量，質(zhì)量性能優(yōu)良的產(chǎn)品，使電機(jī)在經(jīng)濟(jì)負(fù)載下運(yùn)行，減少定子繞組出現(xiàn)匝間燒毀故障的概率；電機(jī)運(yùn)行控制線路監(jiān)測(cè)保護(hù)系統(tǒng)健全，電機(jī)運(yùn)行過程中出現(xiàn)過載或缺相的情況能夠及時(shí)停機(jī)，避免繞組因過載和缺相運(yùn)行而造成繞組燒毀。