陳金剛，張紅枝，劉志堅

籠型三相異步電動機(jī)定子繞組燒壞原因解析

陳金剛，張紅枝，劉志堅

（德州恒力電機(jī)有限責(zé)任公司，山東德州 253002）

本文介紹了籠型三相異步電動機(jī)繞組燒壞的故障情況，闡述了定子繞組因過電流、缺相和匝間燒壞的故障現(xiàn)象，分析繞組燒壞原因，提出預(yù)防處理措施。

定子繞組 過載 缺相 在線監(jiān)測 絕緣性能

0 引言

籠型三相異步電動機(jī)由于其結(jié)構(gòu)簡單，使用維護(hù)方便，適應(yīng)范圍廣，被大量應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。但因選型使用不當(dāng)，維護(hù)不到位，電機(jī)本身存在質(zhì)量隱患等問題，有時會造成電機(jī)繞組燒壞，影響正常生產(chǎn)。下面重點闡述引起電機(jī)定子繞組燒壞的三種主要原因和由此產(chǎn)生的故障現(xiàn)象，以方便使用維護(hù)人員根據(jù)故障現(xiàn)象，確定故障原因，采取預(yù)防措施，盡量避免定子繞組燒壞現(xiàn)象的發(fā)生，有效保護(hù)電機(jī)正常運轉(zhuǎn)。

1 籠型三相異步電動機(jī)繞組燒壞現(xiàn)象概述

籠型三相異步電動機(jī)定子繞組燒壞通常分三種情況：過電流燒，定子繞組全部過熱燒壞；缺相燒，定子繞組三相中的某一相或兩相全部燒壞，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或相鄰幾個槽內(nèi)的線圈燒壞。

2 定子繞組過電流燒壞的原因分析和預(yù)防處理措施

定子三相繞組全部燒壞的情況一般是電機(jī)過電流運轉(zhuǎn)引起。對于S1連續(xù)工作制的三相異步電動機(jī)，在運轉(zhuǎn)過程中，如果繞組運行電流長時間超出額定電流，會使電機(jī)繞組溫度接近電機(jī)絕緣的極限溫度，此時如果電機(jī)仍持續(xù)超額定電流運轉(zhuǎn)，將造成繞組絕緣熱老化而燒壞。

引起電機(jī)過電流運行的原因主要有以下三方面：首先是功率選擇偏小，由于考慮不充分或為了節(jié)省設(shè)備成本，電機(jī)選型時所選功率偏小，這種情況下一般運行電流不會超出額定電流的1.4倍，就是通常說的電機(jī)過載；其次是電機(jī)或所帶設(shè)備運轉(zhuǎn)過程中由于潤滑不良，機(jī)械變形等因素造成運行不暢而引起的過電流，此種情況下，根據(jù)電機(jī)軸承或設(shè)備潤滑不良，以及設(shè)備機(jī)械變形嚴(yán)重程度不同，一般運行電流不會超出額定電流的2倍；再是軸承損壞造成電機(jī)掃膛或設(shè)備接近卡死引起的過電流，此時電機(jī)轉(zhuǎn)速會明顯降低，運行電流通常會超出額定電流的2倍以上，如果保護(hù)裝置不能及時動作停機(jī)，電機(jī)繞組將在很短的時間內(nèi)燒壞。針對以上不同過電流的原因，應(yīng)分別對待，對選型不合適的電機(jī)重新選型或適當(dāng)降低負(fù)載，使電機(jī)運行在額定負(fù)載的75%~95%之間。電機(jī)或設(shè)備潤滑不良或機(jī)械變形，通常是設(shè)備運轉(zhuǎn)一段時間后，運轉(zhuǎn)過程中逐漸出現(xiàn)的機(jī)械變形，有時屬于設(shè)備正常磨損造成；當(dāng)電機(jī)軸承磨損嚴(yán)重造成電機(jī)掃膛，或設(shè)備局部變形接近卡死時，電機(jī)噪音振動會明顯增大，轉(zhuǎn)速急劇下降，出現(xiàn)上述情況，只要設(shè)備的電流保護(hù)裝置參數(shù)設(shè)置合理，動作反饋靈敏，可在電機(jī)繞組過熱燒壞以前斷電停機(jī)，避免線圈燒壞；對于保護(hù)裝置動作造成斷電停機(jī)的電機(jī)，需要查找設(shè)備故障原因或更換軸承，消除故障后再重新調(diào)試運轉(zhuǎn)。對比較重要的運行設(shè)備，可利用電機(jī)氣隙磁場進(jìn)行偏心檢測，對電機(jī)磨損狀態(tài)實施在線監(jiān)測，通過曲線顯示電機(jī)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電流停機(jī)。電機(jī)過電流運行，從起動開始到繞組線圈燒壞持續(xù)運行時間的長短由過電流程度和電機(jī)設(shè)計時的溫升余量決定，中小型三相異步電動機(jī)因過流燒壞的過流倍數(shù)和過電流持續(xù)運轉(zhuǎn)時間近似成反比，具體過流倍數(shù)和過流持續(xù)運轉(zhuǎn)時間可參考表1。

表1 電流持續(xù)運轉(zhuǎn)時間

電機(jī)繞組因過電流燒壞的情況，屬于設(shè)備操作使用原因造成，不屬電機(jī)質(zhì)量問題。如果過電流保護(hù)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(jī)，可有效避免繞組燒壞。

3 定子繞組缺相燒壞的原因分析和預(yù)防處理措施

定子繞組三相中的某一相或兩相線圈全部燒壞，另外兩相或一相繞組線圈基本完好的情況，屬于電機(jī)缺相過載運轉(zhuǎn)造成。電機(jī)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，但形不成完整的旋轉(zhuǎn)磁場，未啟動的電機(jī)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(jī)的啟動電流——額定電流的4~7倍，繞組將很快燒壞；正在運轉(zhuǎn)的電機(jī)，三相電源缺一相時，Y接定子通電的兩相電流是三相運行時電流的1.5倍，在經(jīng)濟(jì)負(fù)載下運行的電機(jī)，通有電源的兩相繞組將在1.3~1.4倍的額定電流下運行，明顯大于額定電流，如果保護(hù)裝置不能及時動作停機(jī)，繞組溫度達(dá)到一定程度，線圈就會燒壞；△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電流的2倍，在經(jīng)濟(jì)負(fù)載下運行的電機(jī)，通有電源的獨立一相繞組將在1.7~1.9倍的額定電流下運行，保護(hù)裝置如果不能及時動作停機(jī)，這一相繞組首先燒壞，造成斷電停機(jī)；電機(jī)三相電源缺兩相時，一相電源形不成回路，繞組中無電流，繞組不會燒壞，電機(jī)無任何反應(yīng)。

電機(jī)缺相燒，是三相繞組在兩相電源下運行而燒壞，電機(jī)運轉(zhuǎn)過程中，電源主線路中一相電源線虛接或斷開造成。電機(jī)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熔斷器斷路缺相，繞組焊頭斷開或接線電纜頭脫落虛接，都可能造成電機(jī)缺相燒。對此，電機(jī)控制線路中一般裝設(shè)缺相保護(hù)器，當(dāng)電機(jī)缺相運行時，電路能及時斷開，保護(hù)繞組不被燒壞，避免電機(jī)運行過程中缺相燒壞。

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

4 定子繞組匝間燒壞的原因分析和預(yù)防處理措施

定子繞組匝間燒壞是定子繞組某一相或相鄰兩相繞組中一個槽或相鄰幾個槽內(nèi)的線圈燒壞，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(jī)運行過程中因絕緣擊穿，繞組接地部位短路，而造成的繞組燒壞；相穿匝間是繞組兩相之間絕緣擊穿，擊穿部位線圈短路，而造成的繞組匝間燒壞；繞組內(nèi)部匝間是繞組一相中同一槽或相鄰槽的線圈端部繞組，因損傷短路而造成的匝間。因匝間燒壞的電機(jī)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。定子壓裝過程中，槽背容易受到損傷，轉(zhuǎn)子填裝過程中，槽口容易受到磕碰，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(jī)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(fù)載電流的反復(fù)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(dāng)達(dá)到泄露電流極限時，絕緣擊穿，擊穿部位線圈因接地短路，造成繞組匝間燒壞，電機(jī)停轉(zhuǎn)。相穿匝間發(fā)生在電機(jī)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(jī)運轉(zhuǎn)一段時間后絕緣擊穿，擊穿部位發(fā)生相間短路，造成繞組匝間燒壞。繞組內(nèi)部匝間，是繞組同一相中同一槽或相鄰槽的繞組各匝線圈之間的絕緣因損傷，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(dǎo)致繞組內(nèi)部出現(xiàn)匝間。

繞組匝間故障大部分屬電機(jī)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(yán)重而沒能檢測出來，使用過程中由于負(fù)載電流的反復(fù)沖擊和運行環(huán)境中濕度和溫度的增加，匝間絕緣薄弱部位絕緣擊穿，短路，造成繞組燒壞。

5 電機(jī)定子繞組燒壞的故障處理

定子繞組燒壞的電機(jī)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(jìn)行測試，確認(rèn)各項性能指標(biāo)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(jìn)行修理，直到各項性能指標(biāo)合格，才可使用運行，避免存在匝間故障隱患的繞組使用。電機(jī)運轉(zhuǎn)過程中，控制系統(tǒng)的各項保護(hù)措施應(yīng)齊全，參數(shù)設(shè)置合理，動作及時靈敏，通過熱保護(hù)和電機(jī)運轉(zhuǎn)時的振動和噪音檢測，對軸承磨損情況進(jìn)行判定，磨損嚴(yán)重的軸承及時更換，避免因軸承磨損，造成轉(zhuǎn)子掃膛，而引起過載，燒壞繞組。

6 結(jié)論

定子繞組燒壞后，更換、維修周期相對較長，對生產(chǎn)設(shè)備的正常運行影響較大，輕則造成停機(jī)停產(chǎn)，重則引起火災(zāi)。為此，在電機(jī)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(jī)在經(jīng)濟(jì)負(fù)載下運行，減少定子繞組出現(xiàn)匝間燒壞故障的概率；電機(jī)運行控制線路監(jiān)測保護(hù)系統(tǒng)健全，參數(shù)設(shè)置合理有效，電機(jī)運行過程中出現(xiàn)過電流或缺相的情況能夠及時停機(jī)，避免繞組因過電流和缺相運行而造成繞組燒壞。

[1] 陳金剛. 低壓三相籠型異步電動機(jī)繞組故障解析[J]. 電機(jī)技術(shù), 2016, (1): 54-57.

[2] 王強(qiáng), 陳金剛. 三相異步電動機(jī)檢測試驗分析[J]. 防爆電機(jī), 2013, (4): 36-39.

Causes Analysis of Stator Windings Burnout of The Cage Three-phase Asynchronous Motor

Chen Jingang, Zhang Hongzhi, Liu Zhijian

(Dezhou Hengli Electrical Machinery CO., Ltd., Dezhou 253005, Shangdong, China)

TM343.3

A

1003-4862（2019）08-0059-03

2019-1-30

陳金剛（1974-），男，工程師。研究方向：電機(jī)檢測與故障分析。Email：cjg2516@163.com