交流電機定子匝間故障研究

李春波 李慧萍 蔡曉 王乃讓 潘晨

摘 要：交流電機定子匝間故障是一種較為常見的故障，它發生的主要原因是線匝間絕緣受損，嚴重時繞組燒損，電機無法運行，因此我們要分析定子繞組匝短故障發生的原因并預防，及匝間波形判斷匝間故障點并修復的方法。

關鍵詞：匝間故障;繞組;絕緣;波形;措施

一、交流定子匝間短路的原因分析

交流定子線圈是由多匝線繞制而成的，匝間絕緣即為導線之間的絕緣，而絕緣一旦受損，疊在一起的線圈之間會短路，即匝間短路。

匝短發生后，一般會出現以下幾方面現象，被短路的線圈中將流過很大的環流，使線圈嚴重發熱;三相電流不平衡，電機阻值降低;電機振動，產生雜音;嚴重時，電機不能帶負載起動，進而繞組燒損。

1.1線圈問題

1.導線本身問題

1）導線熔敷絕緣存在潛在的缺陷，接縫處存在縫隙;

2）導線絕緣內有氣泡、異物、高點存在。

2.線圈制造過程中問題

1）導線在線圈制造過程中有絕緣破損、絕緣松散及匝間薄膜墊條偏離位置或匝間錯位等現象;

2）線圈作業環境或材料不清潔導致將異物包裹在線圈匝間絕緣中，嵌線時受槽楔壓緊力，膈破線圈絕緣，導致導線之間絕緣破損，進而導致匝間短路;

3）線圈轉運過程中摔落，匝間錯位劃傷等。

1.2嵌線過程問題

1.線圈不直，錯位時，嵌入槽內，過度敲擊導致線圈內部絕緣損壞。2.嵌線的首跨線圈在吊把時抬起時導致線圈錯位變形，造成線圈內部匝間絕緣劃傷、拉傷等內部絕緣損傷的隱患，在嵌入后，絕緣薄弱，耐壓擊穿造成匝短。3.有異物落入線圈之間，打完槽楔后，擠壓，線圈之間絕緣破損。

1.3試驗問題

1.試驗時，設備實際輸出電壓高于設定電壓值，擊穿導線絕緣，導致匝間短路;

2.電機多次耐壓沖擊導致絕緣持續損耗，性能下降;

3.設備升壓時間過短，升壓過快，對絕緣造成沖擊，導致匝間短路。

1.4其它原因

1、環境潮濕，粉塵嚴重，油污侵入，長期積壓在繞組上，腐蝕絕緣。

2、使用時間過長，絕緣老化。

二、交流定子匝間短路的預防措施

我們知道定子鐵芯在嵌線、小并頭焊接和極間連線或導電環裝配后，需要進行浸漆工序以提高絕緣質量。所以，我們一定要將匝間故障問題解決在浸漆前，確保浸漆前的定子鐵芯線圈是合格的。

定子線圈制造過程中，應該預防以下問題：

（1）繞組在成型過程中不損傷絕緣;（2）在整形時匝間不錯位，擠壓時不傷匝間絕緣;（3）包絕緣時不將異物包裹在內等;（4）單支線圈匝間耐壓試驗按照要求執行。

在嵌線過程中，實施預防措施：

（1）若發現線圈匝間錯位，線圈不平直，有鼓包，高點，禁止嵌入槽內;

（2）嚴格控制鐵心入口質量，不得有沖片散開、凸出、缺角、毛刺、焊渣等現象;

（3）嵌線敲擊次數控制，避免使引線頭拐彎處絕緣破裂;

（4）不得使用有高點、毛刺和開裂等現象的嵌線工具。

（5）做好嵌線時的每一步防護措施，如在首跨線圈下層邊兩端鐵心沖片與壓圈過渡處墊放絕緣紙;用整張絕緣紙對該線圈上層邊進行防護;下線時在線圈鼻部增加適形氈防護，減少摩擦，防止玻璃絲蹭破;打槽楔時，在槽口處使用絕緣紙進行防護等等。

三、交流電機成型繞組波形研究

線圈在嵌入鐵芯槽后，線匝與線匝之間的相對位置已經得到了固化。為了能準確發現存在故障問題的線圈， 確保線匝與線匝之間能夠承受住一個足夠的高電壓，確保匝間絕緣質量。

浪涌檢測儀能在短暫的瞬間判別線圈的品質，其簡單原理就是以一支線圈的波形為樣波進行儲存，然后在給定同樣的脈沖逐一對比每支線圈與樣波是否重合，以此來確定線圈內部匝間絕緣是否存在缺陷。

1、正常波形：波形呈正弦衰減波，且同一臺電機中所有線圈波形一致，線圈合格。如圖1所示。

2、聯線錯誤波形：當某一相聯線出現錯誤時，三相阻值平衡，但波形會出現波峰與波谷相反及雜亂現象。

3、非正常小差異波形：波形呈正弦衰減波，因驗證定子為雙繞組，分別做檢測時，會出現波峰與波谷的小錯位，這需要將機殼及另一套繞組接地，進行放電后，再檢測波形，波形重合，存在干擾源。

4、非正常大差異波形：波形呈正弦衰減波，同一臺電機中個別線圈波形在相位和幅值方面有較大差異，差異范圍在10%以上。說明線圈線規或匝數、絕緣包扎有問題，必須更換線圈。

5、非正常匝短波形：波形起始密集排列，而后是一條直線。則為匝短波形，線圈匝間短路。如圖2所示。

同樣的，從上述實例取證中，對于非正常小差異波形的驗證，更換新的合格線圈后，波形未發生變化，說明線圈絕緣無損傷，造成此類波形的主要原因是存在干擾源。

據現場驗證總結以下幾種常見干擾源：

（1）附近有匝短線圈或線圈線頭沒有分開形成干擾源。

處理方法：將所有線圈線頭分開后再檢測，或找到具體的匝短線圈更換掉在檢測。一般情況下一臺電機匝短線圈不會超過1支，若有兩支其中一支為受到干擾后造成波形不正常。

（2）檢測時銅線與線圈線頭接觸不良形成干擾

處理方法：將匝間浪涌測試儀的兩個測試夾子，夾在波形有問題的線圈兩頭單獨測試，觀察波形有無好轉。

（3）浪涌測試儀取樣波形不合適

處理方法：由于同臺電機線圈波形有輕微差別，若取樣為最大值則最小值可能超出范圍。這時可以采用調整更換取樣波形的方法，檢測有問題的線圈波形是否超出范圍。

（4）鐵芯有連片

以上方法都沒有解決的時候可以認為鐵芯沖片問題影響波形。參考方法：使用帶L值檢測功能的意大利浪涌測試儀進行檢測。周期差dL值很小：1%以下，峰值差dQ值較大：5%左右。這種情況為鐵芯沖片問題造成波形不好，現場可以通過更換線圈來確定。如果更換線圈后匝間波形沒有太大的變化說明鐵心問題比較突出。

（5）機殼未放電

通過用銅絲將機座鐵芯接地，消除機座鐵心影響后匝間波形恢復正常。

（6）電機擺放位置不合適

較大的電機做匝間時波形不好，改變擺放位置后波形正常的。原因是周圍或附近有未知磁場干擾源，遠離干擾源后波形變好。

小結

通過對定子線圈匝間故障分析判斷及預防措施的研究，為保證在嵌線前、嵌線后和浸漆前的匝間絕緣質量，必須在生產過程中嚴格遵守定子線圈的生產制造工藝和嵌線工藝及要求，才能有效控制匝間故障的發生頻次，降低在生產過程中造成的經濟損失，大幅度提高公司整機的性能和市場競爭力。

參考文獻：

[1]胡浩，等。電機繞組匝間短路故障的原因及實用檢測方法。電工技術。

[2]張利兵，等。電機繞組的匝間絕緣試驗波形分析。電機技術。