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(chǎn)經(jīng)濟快速發(fā)展的前提下，我國的制冷行業(yè)發(fā)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(yīng)用最為廣泛，在家用空調(diào)、冰箱、商用空調(diào)、中央空調(diào)、冷庫、熱泵等等領(lǐng)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(nèi)部高速、高壓氣體、液體夾雜極少數(shù)固體顆粒的沖擊，電機非常容易發(fā)生燒毀現(xiàn)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(chǎn)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(fā)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(jié)構(gòu)

（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(zhuǎn)子兩部分，電機定子的結(jié)構(gòu)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(dǎo)體對地以及導(dǎo)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(dǎo)體，甚至將銅材質(zhì)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(xiàn)象

絕緣材料失效首先表現(xiàn)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(chǎn)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(huán)。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(xiàn)象，這是有機材料點燒的必然產(chǎn)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(qū)域內(nèi)，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(diào)，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(fù)電路后，馬上會有下一次的保護，從而無法保證電機持續(xù)工作。

圖" 電機表面黑色的碳化現(xiàn)象

1.3 電機中的絕緣材料失效原因

優(yōu)質(zhì)的絕緣材料是電機長期穩(wěn)定工作的前提，正常設(shè)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(xiàn)點燒現(xiàn)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(jīng)濟環(huán)境

由于電機需求量增加，制造商投產(chǎn)蜂擁而上，設(shè)計水平以及制造水平參差不齊，這樣就為不良品大量出現(xiàn)埋下了伏筆。競爭壓力下，為了節(jié)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(chǎn)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(xué)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(huán)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(huán)境下，應(yīng)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(chǎn)，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(dǎo)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(dāng)

實際失效的實例中，確實有用戶不當(dāng)操作的現(xiàn)象出現(xiàn)。但是以當(dāng)今的設(shè)計要求，不應(yīng)該將用戶的誤操作問題排除在設(shè)計之外。也就是說，用戶的誤操作導(dǎo)致的失效，是設(shè)計問題，設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)提前預(yù)料到，并采取相應(yīng)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(yù)防措施

一旦出現(xiàn)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(yīng)該是在設(shè)計、制造過程中如何預(yù)防絕緣失效，而不是使用過程中如何治理。預(yù)防主要從兩個方面來進行：設(shè)計預(yù)防和制造預(yù)防。

2.1 設(shè)計預(yù)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(yīng)等級的絕緣材料。

2.1.2 冗余設(shè)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(yù)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(fā)生人為操作錯誤，而全部工序自動化又不太經(jīng)濟，比如毛刺方向、嵌線工序鐵芯角度、壓鑄時轉(zhuǎn)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(dǎo)致大面積的絕緣不良，這樣的產(chǎn)品一旦流入市場，將會產(chǎn)生大量的電機點燒現(xiàn)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(xù)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(xù)模具上的突起部相配合，否則會相互干涉，無法進行后續(xù)加工，這就達到了防呆的效果。

2.2.2 選擇適當(dāng)?shù)闹圃旃に?/p>

制造過程中應(yīng)該注意盡量避免使絕緣材料出現(xiàn)薄弱環(huán)節(jié)。工裝夾具的設(shè)計應(yīng)該盡量避免有較大的應(yīng)力集中，否則可能會對產(chǎn)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(chǎn)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(nèi)的多個產(chǎn)品互相磕碰，盡量使得產(chǎn)品在包裝箱內(nèi)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(fā)現(xiàn)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(chǎn)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(zhì)，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(xù)1min，或者（1 000V＋2Un）×1.2電壓持續(xù)1s（注：Un為額定電壓，單位為V）。如果多次檢測，應(yīng)盡量逐次降低電壓，業(yè)內(nèi)的原則一般是每次較前次降低20%為宜。

3 結(jié)語

電機點燒成因很多，設(shè)計、制造、包裝、運輸?shù)鹊拳h(huán)節(jié)都可能導(dǎo)致電機點燒，只要有一個環(huán)節(jié)沒有處理好，都可能導(dǎo)致電機最終點燒。因此，此問題應(yīng)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(shè)計實驗階段以及量產(chǎn)階段偶發(fā)的絕緣不良現(xiàn)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(xiàn)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(chǎn)的密閉式壓縮機電機，點燒方面的風(fēng)險最終必將會控制在一個非常小的范圍內(nèi)。

［1］高慧，張建國.冷水機組壓縮機電機線圈燒毀原因分析及處理［J］.電力安全技術(shù)，2009（5）.

［2］薛梅，尹選模.推薦的壓縮機燒毀后的系統(tǒng)處理程序［C］／／2006年山東省制冷空調(diào)學(xué)術(shù)年會“格力杯”優(yōu)秀論文集，2006.

［3］韓潤虎.美國谷輪公司壓縮機應(yīng)用技術(shù)講座 第十三講 壓縮機常見故障分析（1）——電機燒毀［J］.制冷技術(shù)，2004（2）.