籠型三相異步電動機繞組燒毀故障分析

(德州恒力電機有限責任公司，山東德州 253002)

0 引言

籠型三相異步電動機由于其結(jié)構(gòu)簡單，使用維護方便，適用范圍廣，被大量應用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。由于選型使用不當，維護不到位，電機本身存在質(zhì)量隱患等問題，有時會造成電機繞組燒毀，影響正常生產(chǎn)，本文論述引起電機定子繞組燒毀主要因素，以方便使用維護人員引起重視，盡力減少引起電機繞組燒毀各種狀況發(fā)生，有效保證電機正常運轉(zhuǎn)。

1 電動機定子燒毀現(xiàn)象

籠型三相異步電動機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槽內(nèi)或相鄰幾個槽內(nèi)的線圈燒毀。

2 原因分析及預防措施

2.1 定子繞組過載燒毀的原因分析和預防處理措施

定子三相繞組全部燒毀的情況一般是電機過載引起。對于S1工作制電機，運轉(zhuǎn)過程中繞組電流長時間超出額定電流，致使電機繞組溫度超出電機絕緣的極限溫度而持續(xù)運轉(zhuǎn)，造成繞組絕緣熱老化而燒毀繞組。電機過載運行從缺相開始到繞組燒毀持續(xù)運行時間的長短由過載程度和電機設計時的溫升余量決定，具體過載持續(xù)運轉(zhuǎn)時間見表1。

表1 過載運轉(zhuǎn)時間表

引起電機過載運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)省設備成本，電機選型時所選功率過小，這種情況下一般運行電流占額定電流的1.1～1.4倍；(2)電機或所帶設備運轉(zhuǎn)過程中由于潤滑不良，機械變形等因素造成運行不暢而引起的過載，此種情況下，根據(jù)電機軸承或設備潤滑不良，以及設備機械變形嚴重程度不同，一般運行電流占額定電流的1.1～2倍；(3)軸承損壞造成電機掃膛或設備接近卡死引起的過載，這種情況下電機轉(zhuǎn)速會明顯降低，運行電流一般占到額定電流的2倍以上，如果保護裝置不能及時動作停機，電機繞組將在很短的時間內(nèi)燒毀。針對以上不同問題，應分別分析對待，對選型不合適的電機重新選型或適當降低負載，盡量使電機運行在額定負載的75%～95%之間；電機或設備潤滑不良和機械變形通常是設備運轉(zhuǎn)一段時間后，運轉(zhuǎn)過程中逐漸出現(xiàn)的現(xiàn)象，有時屬于設備正常磨損造成，在電機軸承損壞造成電機掃膛或設備接近卡死時，電機噪音振動明顯增大，轉(zhuǎn)速急劇下降，出現(xiàn)上述情況，只要設備的過載保護裝置參數(shù)設置合理，動作反饋靈敏，可在電機繞組過熱燒毀以前斷電停機，避免線圈燒毀。這時需要及時停機，更換軸承或查找設備故障原因，消除后再重新調(diào)試運轉(zhuǎn)。對比較重要的運行設備，軸承可利用電機氣隙磁場進行偏心檢測，對電機磨損狀態(tài)實施在線監(jiān)測，通過曲線顯示電機偏心變化趨勢，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。

繞組因過載燒毀的電機屬用戶使用原因造成，不屬電機質(zhì)量問題。如果過載保護裝置配置齊全，合理的情況下，一般能在繞組過熱，絕緣損壞以前動作停機，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缺相運轉(zhuǎn)造成。電機三相電源缺一相時，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，未啟動的電機在沒有外力啟動的情況下，無法啟動，此時定子繞組的兩相電流是電機的啟動電流-額定電流的4～7倍，繞組將很快燒毀；正在運轉(zhuǎn)的電機，三相電源缺一相時，通電的兩相電流是三相運行時電流的1.5倍。在經(jīng)濟負載下運行的電機，Y接定子通有電源的兩相繞組將在1.3～1.4倍的額定電流下運行，電流明顯大于額定電流，保護裝置如果不能及時動作停機，繞組溫度達到一定程度，繞組就會燒毀；△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行時的電流相同，另外一相電流是三相運行時的2倍，保護裝置如果不能及時動作停機，電流大的一相繞組首先燒毀，造成斷電停機；電機三相電源缺兩相時，一相電源形不成回路，繞組中無電流，繞組不會燒毀，電機無任何反應。

電機缺相燒，通常說的是繞組缺一相電源運行而燒毀，一般是由于電機運行過程中，電源主線路中有一相電源線虛接或斷開造成。電機運行過程中接觸器觸點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缺相燒。對此，電機控制線路中一般裝設缺相保護器，當電機缺相運行時，電路能及時斷開，保證繞組不被燒毀，避免電機運行過程中因缺相而燒毀。

缺相燒的電機大部分屬于用戶使用原因造成，電源線路保護措施不到位，缺相保護器沒動作是主要原因。對此，可通過加裝繞組熱保護，實時在線監(jiān)測繞組溫度，出現(xiàn)異常情況，及時斷電停機，查找并排除故障再啟動運轉(zhuǎn)。

2.3 定子繞組匝間燒毀的原因分析和預防處理措施

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槽內(nèi)或相鄰幾個槽內(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。接地匝間是電機運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。因匝間燒毀的電機繞組，損傷部位大多集中在一處，一般損傷范圍不會太大。

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

出廠測試時，由于繞組損傷程度較輕，問題沒能顯現(xiàn)出來。電機使用運轉(zhuǎn)過程中，絕緣薄弱部位因受潮或臟污，繞組絕緣受到負載電流的反復沖擊，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，當達到泄露電流極限時，絕緣擊穿，擊穿部位線圈因接地短路，造成繞組匝間燒毀，電機停轉(zhuǎn)。相穿匝間發(fā)生在電機繞組端部相鄰兩相之間，由于定子轉(zhuǎn)運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，電機運轉(zhuǎn)一段時間后絕緣擊穿，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，均容易導致繞組內(nèi)部匝間。

繞組匝間故障大部分屬電機質(zhì)量原因造成，定子制造和轉(zhuǎn)運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，出廠檢測過程中，由于絕緣損傷不是太嚴重而沒能檢測出來，使用過程中由于負載電流的反復沖擊和運行環(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 電機定子繞組燒毀的處理措施

定子繞組燒毀的電機需要更換定子繞組，同時檢查軸承的運轉(zhuǎn)完好情況。定子繞組按原數(shù)據(jù)更換完成后，按出廠檢測項目進行測試，確認各項性能指標是否符合使用要求，對存在質(zhì)量隱患的定子繞組，需找出故障原因，進行修理，直到各項性能指標合格，才可使用運行，做到盡量避免匝間故障的發(fā)生。通過電機的運轉(zhuǎn)時的振動和噪音，對軸承磨損情況進行判定，磨損嚴重的軸承及時更換，避免因軸承磨損，造成掃膛，而引起過載，燒毀繞組。

4 結(jié)語

定子繞組燒毀，更換、維修周期相對較長，對生產(chǎn)設備的正常運行影響較大，輕則造成停機停產(chǎn)，重則引起火災。為此，在電機選用時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，使電機在經(jīng)濟負載下運行，減少定子繞組出現(xiàn)匝間燒毀故障的概率；電機運行控制線路監(jiān)測保護系統(tǒng)健全，電機運行過程中出現(xiàn)過載或缺相的情況能夠及時停機，避免繞組因過載和缺相運行而造成繞組燒毀。