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電機(jī)定子繞組匝間燒毀故障解析
閱讀：699 發(fā)布時(shí)間：2023-12-27電動(dòng)機(jī)的電氣絕緣故障包括線圈內(nèi)部絕緣損傷,、相間擊穿絕緣損傷和對地?fù)舸┙^緣故障,，對地絕緣故障是造成三相異步電動(dòng)機(jī)損壞的主要原因，其次是相間絕緣擊穿故障,，再次是匝間絕緣故障,。電機(jī)的電氣絕緣性能由絕緣材料本身性能和生產(chǎn)加工制造工藝決定，絕緣材料質(zhì)量穩(wěn)定性是電機(jī)絕緣性能可靠性的基礎(chǔ),，電機(jī)的絕緣材料主要是隔離繞組和鐵芯的絕緣紙,、絕緣管、絕緣漆,、云母帶等增強(qiáng)性絕緣材料,，也包括電磁線、引接線等導(dǎo)電材料本身的絕緣材料,。絕緣材料損傷是造成電機(jī)繞組電氣絕緣產(chǎn)生故障的主要原因,，為減少繞組絕緣故障出現(xiàn)的可能性，加工制造過程應(yīng)關(guān)注生產(chǎn)工藝的適宜性,增強(qiáng)絕緣材料的防護(hù)措施,，避免絕緣層磕碰損傷,。下面就繞組絕緣匝間故障類型和原因以及預(yù)防措施做一下說明。
1.定子繞組匝間故障類型和產(chǎn)生原因
定子繞組匝間燒壞是定子繞組某一相或相鄰兩相繞組中一個(gè)槽或相鄰幾個(gè)槽內(nèi)的線圈燒壞,，根據(jù)故障原因和表現(xiàn)形式可分為接地匝間,，相間擊穿匝間和繞組內(nèi)部匝間三種情況。接地匝間是電機(jī)運(yùn)行過程中,，繞組對地絕緣擊穿,，線圈接地部位短路，造成繞組燒壞,；相間擊穿匝間是繞組兩相之間絕緣擊穿,，擊穿部位線圈短路，造成繞組燒壞,；繞組內(nèi)部匝間是繞組某一相中同一槽或相鄰槽的繞組線圈,，因絕緣損傷短路而造成的繞組線圈匝間燒毀,。
接地匝間多發(fā)生在定子槽口或槽背部位，繞組嵌線整形綁扎過程中,，槽口或槽背處絕緣容易受到損傷,。定子壓裝時(shí)，槽背處絕緣容易損傷,，轉(zhuǎn)子填裝過程中,，槽口處絕緣易磕碰，出廠測試時(shí),，由于繞組損傷程度較輕,，問題不可能顯現(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，繞組溫度升高,，絕緣性能逐漸降低,，絕緣薄弱部位泄漏電流增大，當(dāng)達(dá)到泄露電流極,，絕緣擊穿,，擊穿部位線圈因接地短路，造成繞組匝間燒壞,，電機(jī)停轉(zhuǎn),。相間匝間發(fā)生在電機(jī)繞組端部相鄰兩相之間,，由于定子轉(zhuǎn)運(yùn)或壓裝時(shí),，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,，溫升增高，故障點(diǎn)絕緣擊穿,，發(fā)生相間短路,，造成兩相之間接觸的繞組匝間燒壞。繞組內(nèi)部匝間,，繞組同一相中同一槽或相鄰槽的繞組線圈之間的絕緣因損傷造成的匝間故障,，繞組內(nèi)部匝間大多發(fā)生在繞組端部，裝配過程中繞組端部磕碰劃傷,，運(yùn)轉(zhuǎn)過程中轉(zhuǎn)子所帶平衡塊或平衡柱松動(dòng)脫落,，定子繞組內(nèi)部焊頭虛接，焊接處接觸電阻太大,，發(fā)熱嚴(yán)重,，均會(huì)導(dǎo)致繞組內(nèi)部絕緣損傷,，造成匝間燒毀。
繞組匝間燒毀大部分屬電機(jī)質(zhì)量原因,，電磁漆包線存在缺陷,，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，降低了繞組的絕緣性能,，使用過程中由于負(fù)載電流的反復(fù)沖擊和運(yùn)行環(huán)境中濕度和溫度增加,，匝間絕緣薄弱部位絕緣擊穿，短路,，造成繞組燒壞,。匝間短路故障發(fā)生時(shí)，可能只有兩根導(dǎo)線因交疊處絕緣磨損接觸,，短路線圈產(chǎn)生環(huán)流,，使線圈發(fā)熱累積，進(jìn)一步損壞鄰近導(dǎo)線的絕緣,，短路的匝數(shù)不斷增多,、故障范圍擴(kuò)大，短路匝數(shù)足夠多時(shí),，短路處電流大幅增大,，燒斷繞組。當(dāng)三相繞組有一相線圈發(fā)生匝間短路時(shí),，相當(dāng)于該相繞組有效串聯(lián)匝數(shù)減少,，電流增大，造成定子三相電流不平衡,，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩下降,，拖動(dòng)負(fù)載無力，轉(zhuǎn)速降低,，繼續(xù)運(yùn)行,，故障范圍擴(kuò)大，最后繞組燒毀,。
電機(jī)繞組的匝間絕緣是電磁線本身的絕緣或很薄的附加匝間絕緣,，如薄膜或云母墊條等，線圈匝間接觸面積與繞組的接觸長度相同,。匝間絕緣在繞線,、嵌線、接線,，壓裝等工序中都可能受到損傷,。電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行中繞組絕緣承受工頻電壓、瞬時(shí)過電壓、操作過電壓和雷電過電壓,。這些電壓同時(shí)作用于對地絕緣和匝間絕緣上,。額定匝間工頻電壓僅幾十伏，對匝間絕緣損傷少,。對匝間絕緣造成損傷的主要是各種沖擊過電壓,，其峰值可高達(dá)額定電壓的數(shù)十倍。匝間故障的短路匝在電動(dòng)機(jī)內(nèi)部,，受交變磁場的作用下,，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，短路匝自成回路,，感應(yīng)電動(dòng)勢在閉合回路中產(chǎn)生很大的電流,，高達(dá)額定電流的若干倍，短路匝的溫度比其他匝高,，長時(shí)間持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn),，絕緣材料老化、匝間絕緣損傷,，最后導(dǎo)致相間或?qū)Φ亟^緣擊穿,，燒壞電動(dòng)機(jī)繞組。所以,，要延長電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行壽命,，需要提高匝間絕緣的電氣絕緣強(qiáng)度和工藝穩(wěn)定性。
2.接地匝間短路故障防范措施
帶繞組鐵芯的對地絕緣故障多發(fā)生在鐵芯彈開的槽口位置和繞組端部,，特別是定子槽滿率較高的繞組線圈,，在擴(kuò)口和整形過程中，容易造成槽口損傷,，定子繞組絕緣紙?jiān)诓郾程庨_裂,，引起繞組對地絕緣損壞，造成接地匝間,。繞組對地絕緣故障的另一位置是槽內(nèi),，鐵芯槽內(nèi)存在凸起,、有異物,，導(dǎo)致槽底絕緣損壞，槽內(nèi)絕緣尺寸不符合或發(fā)生扭斜,，槽絕緣不能防護(hù)到位,。對于對地絕緣故障，不同的絕緣處理工藝,，修復(fù)的差別較大,，真空壓力浸漆，絕緣漆固化后成為不可還原的固態(tài),，修復(fù)的難度較大,，特別是鐵芯槽內(nèi)的絕緣故障,，基本上不可修復(fù)；繞組與鐵芯槽口發(fā)生對地故障時(shí),，電磁線的漆膜破損的可能性較大,，修復(fù)了對地絕緣故障，發(fā)生匝間絕緣故障的可能性也較大,。匝間故障的預(yù)防應(yīng)從材料,、設(shè)計(jì)符合性，線圈,、繞組制作的工藝性,，以及繞組的絕緣處理，并結(jié)合電機(jī)的實(shí)際運(yùn)行工況進(jìn)行考慮,。電磁線的性能符合性對于匝間故障控制特別關(guān)鍵,，電磁線回彈、漆膜連續(xù)性,、直流電阻和耐電壓檢測項(xiàng)目檢測能比較直觀的反映其性能符合性,。設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)應(yīng)結(jié)合不同產(chǎn)品對應(yīng)的制造工藝，從槽滿率,、端部尺寸控制方面綜合考慮,。絕緣處理是電機(jī)繞組制造的關(guān)鍵工藝，需要通過保證繞組掛漆指數(shù)和提高固化效果,，預(yù)防電機(jī)運(yùn)行過程的振動(dòng)影響,，并保證電機(jī)有較好的散熱效果。另外,，為避免制造過程繞組損傷,，需要從鐵芯制造、帶繞組鐵芯轉(zhuǎn)運(yùn),、轉(zhuǎn)子穿入定子過程等環(huán)節(jié)采取必要的防范措施,。
正常情況下，電機(jī)裝配完成后,，繞組端部與機(jī)座和端蓋不存在實(shí)質(zhì)性接觸,，應(yīng)有一定的空間距離，對于空間比較緊張,，繞組端部整形不規(guī)范的定子,，壓入機(jī)座，裝配成整機(jī)后,，可能出現(xiàn)繞組與機(jī)座或端蓋實(shí)質(zhì)性接觸,，造成對地絕緣損傷，引起繞組匝間故障。這類故障出現(xiàn)的產(chǎn)品規(guī)格比較集中,，對地故障點(diǎn)相對固定,，大多集中在繞組引線與本線焊接，以及引線引出機(jī)座出口的位置,。為避免此類問題發(fā)生,，需要嚴(yán)格控制繞組加工的工藝性，設(shè)置好繞組開口位置,、大小,、與機(jī)座出口的相對位置，以及引接線的分布處理,。避免定子繞組整形后端部尺寸超差,。
3. 結(jié)論
定子是電機(jī)的關(guān)鍵核心部件，定子繞組質(zhì)量直接關(guān)系到整臺(tái)電機(jī)的使用壽命,。由于定子在浸漆,，轉(zhuǎn)序，裝配過程中容易磕碰劃傷,，造成繞組対地或匝間絕緣損壞,，所以定子繞組匝間絕緣性能檢測是電機(jī)檢測的重點(diǎn)，通常采用絕緣電阻測量,，工頻耐壓沖擊檢測和高壓脈沖沖擊波形匝間檢測對繞組線圈與地,，繞組之間和匝間絕緣進(jìn)行測試，通過所測量繞組的絕緣電阻,，耐壓試驗(yàn)的泄漏電流和匝間波形所顯示的絕對差值和面積差值與設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)值對比,，判定繞組絕緣合格與否。