密閉型壓縮機電機點燒的原因分析與預防

王 猛

（丹佛斯天津有限公司，天津301700）

0 引言

近年來在世界氣候變暖以及我國房地產經濟快速發展的前提下，我國的制冷行業發展迅猛，隨之而來的壓縮機裝機量越來越大。而壓縮機中以密閉型壓縮機應用最為廣泛，在家用空調、冰箱、商用空調、中央空調、冷庫、熱泵等等領域，到處都有其身影，而為它提供動力的電機就密閉在壓縮機中，受到壓縮機內部高速、高壓氣體、液體夾雜極少數固體顆粒的沖擊，電機非常容易發生燒毀現象。一旦電機燒毀，整臺壓縮機只能報廢，并另行更換新壓縮機，不僅會耽誤用戶使用，而且會產生較大金額的維修費用。無論是對用戶還是對制造商或銷售商，這都是令人非常沮喪的事情。而電機燒毀主要有兩種形式——過熱和點燒，從市場反饋來看，后者是主要的失效模式。因此，本文就針對點燒進行深度分析，并探討防止此問題發生的方法。

1 電機點燒的原因分析

1.1 密閉型壓縮機電機的結構

（1）一般的密閉型壓縮機主要組件為殼體、電機、主軸、支架、活塞、氣缸等等。

（2）電機又分定子和轉子兩部分，電機定子的結構主要為鐵芯、繞組（一般采用漆包線）、絕緣材料、其他附件。

（3）絕緣材料是電機的必要組成部分，一般都是有機材料組成。在導體對地以及導體之間，都由絕緣材料來隔離。電機繞組通常采用的是漆包線，表皮的漆膜就是絕緣材料，對于壓縮機電機，漆包線的漆膜成分一般為聚酰胺酰亞胺和聚酯亞胺。繞組與鐵芯之間以及繞組之間也用絕緣材料隔離開，一般成分為聚酯材料。所謂的電機點燒一般都是指絕緣材料局部燒毀，嚴重的也會在后期燒毀導體，甚至將銅材質的漆包線熔化。所有的電機點燒都是從絕緣材料失效開始的。

1.2 電機中的絕緣材料失效現象

絕緣材料失效首先表現為絕緣性能低下，耐熱、耐電壓能力下降，其次在外在電壓的作用下泄漏電流增加。泄漏電流增大到一定地步會產生局部火花或電弧，從而進一步加速局部絕緣材料的老化，形成惡性循環。最后電機會在局部起火，直至電路被熔斷或保護器將電路斷開為止。點燒的電機表面會有明顯的黑色的碳化現象，這是有機材料點燒的必然產物（圖1）。

注意，這個過程的時間非常短，從泄漏電流異常到最后失效，時間僅需幾分鐘。另外，這種失效由于熱量集中在很小的區域內，整機的溫度并不會顯著提高，溫度保護器一般來不及動作。除非有非常靈敏的漏電流保護，才能及時斷開電路。但是除了實驗室或大型中央空調，一般不會有這種漏電流保護。即便保護，電機也基本無法使用了，因為再次恢復電路后，馬上會有下一次的保護，從而無法保證電機持續工作。

圖" 電機表面黑色的碳化現象

1.3 電機中的絕緣材料失效原因

優質的絕緣材料是電機長期穩定工作的前提，正常設計以及使用條件下電機點燒的可能性非常小。但是為什么還是有那么多的電機出現點燒現象呢？下面我們來看一下絕緣失效的一般原因。

1.3.1 失效原因一：經濟環境

由于電機需求量增加，制造商投產蜂擁而上，設計水平以及制造水平參差不齊，這樣就為不良品大量出現埋下了伏筆。競爭壓力下，為了節約成本，有些制造商有意選擇較差的絕緣材料或工藝，甚至偷工減料，這就進一步增加了絕緣失效的可能性。

1.3.2 失效原因二：材料老化

絕緣材料通常使用的是有機材料，眾所周知，有機材料有較長的分子鏈，而分子鏈隨時間的推移會產生斷裂，這叫做老化。其他外在因素會加速老化，如溫度過高、輻射過強、化學品腐蝕、電壓過高等等。對于密閉式壓縮機電機，主要外因還是溫度過高。一般來講，溫升提高10K，電機的使用壽命就會減半，其實指的就是絕緣材料的壽命減半。

1.3.3 失效原因三：使用環境

密閉型壓縮機電機處于一個高溫、高壓、大電流、高速氣液混合流體夾雜不可溶物顆粒的環境下，應用條件非常苛刻。而在這樣的條件下，有機絕緣材料會加速老化。圖2是因污染物引起的沿面放電形式失效實例。

1.3.4 失效原因四：制造缺陷

絕緣材料在制造過程中很容易被損傷。由于鐵芯一般都通過沖壓工藝生產，這樣鐵芯上會有尖銳的邊緣存在，容易損傷絕緣材料。另外，人為操作失誤導致的損傷也是比較常見的一個制造缺陷，我們也把它歸類到制造缺陷中。

1.3.5 失效原因五：使用不當

實際失效的實例中，確實有用戶不當操作的現象出現。但是以當今的設計要求，不應該將用戶的誤操作問題排除在設計之外。也就是說，用戶的誤操作導致的失效，是設計問題，設計人員應當提前預料到，并采取相應的措施予以避免。

圖- 因污染物引起的沿面放電形式失效實例

2 絕緣失效的預防措施

一旦出現絕緣失效，就等同于電機點燒。而且對于密閉型壓縮機，無法更換電機，只能更換壓縮機。因此，我們的努力方向應該是在設計、制造過程中如何預防絕緣失效，而不是使用過程中如何治理。預防主要從兩個方面來進行：設計預防和制造預防。

2.1 設計預防

2.1.1 選擇較合理的絕緣材料

絕緣材料一般按耐溫等級（也稱絕緣等級）劃分。絕緣等級由低到高的順序為Y、A、E、B、F、H、C，它們允許的長期工作溫度分別為90℃、105℃、120℃、130℃、155℃、180℃和180℃以上（注：也可以直接用溫度稱謂，例如180℃級）。選擇絕緣材料前要確定電機的使用溫度，以選擇相應等級的絕緣材料。

2.1.2 冗余設計

仍以耐溫等級為例，一般原材料的耐溫等級至少要高于電機整機兩個等級。比如電機聲明為E級，那么所有的絕緣材料至少都要在F級以上，如果有必要，還可以增加得更多。

2.2 制造預防

2.2.1 防錯（或叫防呆）

在制造過程中，有很多項工序容易發生人為操作錯誤，而全部工序自動化又不太經濟，比如毛刺方向、嵌線工序鐵芯角度、壓鑄時轉子鐵芯的方向／相序等等。以毛刺方向為例，一旦方向反了，毛刺會特別容易刺破絕緣，導致大面積的絕緣不良，這樣的產品一旦流入市場，將會產生大量的電機點燒現象。這時候，可以在鐵芯外輪廓上增加專門的偏置記號槽，并在后續工序增加與之配合的突起部。只要方向正確，鐵芯外輪廓上的記號槽就能夠與后續模具上的突起部相配合，否則會相互干涉，無法進行后續加工，這就達到了防呆的效果。

2.2.2 選擇適當的制造工藝

制造過程中應該注意盡量避免使絕緣材料出現薄弱環節。工裝夾具的設計應該盡量避免有較大的應力集中，否則可能會對產品帶來損傷。一般要盡量避免倒角過小，要注意工裝夾具以及產品表面平滑過渡。對流動中的半成品也要注意保護，盡量采用專用承載工具，比如托盤、托架等等。成品包裝要避免同一包裝內的多個產品互相磕碰，盡量使得產品在包裝箱內固定。

2.2.3 選擇合適的檢測項目、檢測方法以及檢測頻次

很多損傷是細微的，不靠檢測是發現不了的，因此檢測方法也變得尤為重要。對于防止絕緣失效，目前有各種方法，最直接最快速的檢測方法就是高壓電檢測，這樣能把大部分有制造缺陷的產品篩選出來。但并不是電壓越高越好，因為高壓電檢測本身也具有一定的破壞性質，過高的電壓會將合格品擊穿，使其變成不良品。按照IEC標準，電機必須能夠承受1 000V＋2Un電壓持續1min，或者（1 000V＋2Un）×1.2電壓持續1s（注：Un為額定電壓，單位為V）。如果多次檢測，應盡量逐次降低電壓，業內的原則一般是每次較前次降低20%為宜。

3 結語

電機點燒成因很多，設計、制造、包裝、運輸等等環節都可能導致電機點燒，只要有一個環節沒有處理好，都可能導致電機最終點燒。因此，此問題應引起各方面的足夠重視。點燒的前奏一般都是絕緣不良，針對設計實驗階段以及量產階段偶發的絕緣不良現象，要狠抓不放，積極尋找根本原因，并采取有效措施堅決予以糾正。因為這是我們避免電機點燒現象最后的彌補機會，再晚電機就點燒了，再找根本原因就會非常困難。

只要長期堅持這樣的改進，對于大批量生產的密閉式壓縮機電機，點燒方面的風險最終必將會控制在一個非常小的范圍內。

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