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構簡單，使用維護方便，適用范圍廣，被大量應用于工農業生產中。由于選型使用不當，維護不到位，電機本身存在質量隱患等問題，有時會造成電機繞組燒毀，影響正常生產，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生，有效保證電機正常運轉。

1 電動機定子燒毀現象

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或相鄰幾個槽內的線圈燒毀。

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運轉，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，具體過載持續運轉時間見表1。

表1 過載運轉時間表

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一段時間后，運轉過程中逐漸出現的現象，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，轉速急劇下降，出現上述情況，只要設備的過載保護裝置參數設置合理，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，消除后再重新調試運轉。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，對電機磨損狀態實施在線監測，通過曲線顯示電機偏心變化趨勢，及早發現軸承磨損狀況和走內圓、走外圓等故障現象。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后與另外一相繞組并聯，其中兩相串聯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，實時在線監測繞組溫度，出現異常情況，及時斷電停機，查找并排除故障再啟動運轉。

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或相鄰幾個槽內的線圈燒毀，根據故障原因可分為接地匝間，相穿匝間和繞組內部匝間三種情況。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；繞組內部匝間是繞組線圈一相中同一槽內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，問題沒能顯現出來。電機使用運轉過程中，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。相穿匝間發生在電機繞組端部相鄰兩相之間，由于定子轉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，電機運轉一段時間后絕緣擊穿，擊穿部位發生相間短路匝間，造成繞組燒毀。繞組內部匝間是繞組內部同一相中同一槽內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，繞組內部匝間大部分發生在繞組端部，壓裝過程中的磕碰劃傷，金屬異物掉落在繞組線圈上，內部焊頭虛接，造成焊接處溫度升高，均容易導致繞組內部匝間。

繞組匝間故障大部分屬電機質量原因造成，定子制造和轉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境中濕度和溫度的增加，絕緣薄弱部位問題顯現，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完好情況。定子繞組按原數據更換完成后，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生。通過電機的運轉時的振動和噪音，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 結語

定子繞組燒毀，更換、維修周期相對較長，對生產設備的正常運行影響較大，輕則造成停機停產，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，質量性能優良的產品，使電機在經濟負載下運行，減少定子繞組出現匝間燒毀故障的概率；電機運行控制線路監測保護系統健全，電機運行過程中出現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。