丁新 王麗杰

摘要：電機(jī)和電器產(chǎn)品中存在各式各樣的引線連接，不同的應(yīng)用環(huán)境對(duì)引線連接方式和結(jié)構(gòu)有不同的要求。隨著電機(jī)和電器產(chǎn)品功率的不斷增大和應(yīng)用環(huán)境變惡劣，對(duì)引線連接的可靠性提出了更高的要求。本文通過(guò)介紹多種引線連接方式，并對(duì)已發(fā)生的引線燒損故障進(jìn)行分析，為后續(xù)引線連接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工藝制造和檢查分析提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：引線連接;燒損故障;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

一、 引言：

電機(jī)和電器產(chǎn)品中存在著各種各樣的引線連接，與傳統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)連接不同，引線材質(zhì)一般為銅材，而連接螺栓一般為鋼材。引線連接不僅有力學(xué)性能要求，還有電氣性能要求。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，不僅外部環(huán)境會(huì)對(duì)引線連接的可靠性產(chǎn)生影響，引線連接自身也會(huì)發(fā)熱，導(dǎo)致引線連接的可靠性降低，甚至產(chǎn)生燒損故障。

二、 引線連接方式介紹

目前比較成熟的引線連接方式有：焊接、螺栓連接、連接器連接。以下主要介紹引線連接中的螺栓連接方式。

（一）銅扁線平面接觸，螺栓固定

例如兩個(gè)銅扁線的寬面接觸，中間靠螺栓進(jìn)行壓緊。

連接特點(diǎn)：連接方式較為簡(jiǎn)單、可靠，可應(yīng)用于直流和交流場(chǎng)合。

連接注意事項(xiàng)：

1.銅扁線的接觸面要平整，在螺栓未施加預(yù)緊力的情況下要能緊密貼合;

2.壓緊螺栓要求至少為兩個(gè)，否則存在連接面轉(zhuǎn)動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)。

3.螺栓底部要使用大平墊，或者墊板，否則容易造成應(yīng)力集中，導(dǎo)致連接線變形，甚至影響接觸面

4.螺栓要有鎖緊措施，尤其是在承受振動(dòng)、熱應(yīng)力的情況。

5.連接完成后，要檢查接觸面是否足夠大，一般要求有效接觸面大于銅線橫截面兩倍以上。

6.在特殊場(chǎng)合，如振動(dòng)、熱應(yīng)力較大的情況下，連接部位不能懸空過(guò)長(zhǎng)，否則需要施加輔助固定措施。

（二）圓柱導(dǎo)線通過(guò)螺栓端面與扁銅線連接

這種連接方式在電機(jī)、電抗器引出線端子上較常見(jiàn)。

連接特點(diǎn)：從電流通路模型分析可知，電流導(dǎo)通橫截面存在較大變化，一般接觸面要小于圓柱導(dǎo)線的橫截面，在電流劇烈波動(dòng)的情況下存在電磁熱甚至產(chǎn)生火花的風(fēng)險(xiǎn)。

連接注意事項(xiàng)：

1. 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)避免螺母/螺紋起導(dǎo)電作用，即螺母不能既用于導(dǎo)電，又用于產(chǎn)生預(yù)緊力。

2. 圓柱導(dǎo)線和扁銅線均應(yīng)可靠固定，避免懸空過(guò)長(zhǎng)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。

3. 防松措施應(yīng)避免采用螺紋鎖固劑，尤其是直接與接觸面連接的部位，螺紋鎖固劑容易造成接觸電阻變大，影響導(dǎo)電。

4. 由于連接螺紋為銅材，熱應(yīng)力和熱變形較大，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制定工藝參數(shù)時(shí)應(yīng)充分考慮使用過(guò)程中預(yù)緊力下降帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。

5. 應(yīng)用于高速旋轉(zhuǎn)部位時(shí)，應(yīng)考慮離心力帶來(lái)的連接失效風(fēng)險(xiǎn)。

（三）圓柱導(dǎo)線與圓柱導(dǎo)線間的異形連接

這種連接方式不常用，僅在某些極特殊的場(chǎng)合（如空間限制、某一部位已成型而無(wú)法再做變動(dòng)），此處不做詳細(xì)介紹。

三、實(shí)際應(yīng)用中發(fā)生的故障、原因分析和解決措施

實(shí)際應(yīng)用中，引線連接部位燒損故障時(shí)有發(fā)生，給企業(yè)造成了巨大損失。

（一）銅扁線平面連接發(fā)生的故障

此處以某出口發(fā)電機(jī)為例，分析故障發(fā)生的原因。2019年公司出口非洲的某型發(fā)電機(jī)，轉(zhuǎn)子上某處引線連接出現(xiàn)燒損故障，后經(jīng)拆解未出廠電機(jī)，分析故障原因?yàn)橐€連接接觸面不足導(dǎo)致引線燒損。詳細(xì)情況如圖一：

原因分析：1.目測(cè)檢查，引線上螺栓孔周?chē)忻黠@的下凹，結(jié)合塞尺檢查結(jié)果發(fā)現(xiàn)：兩根引線只有螺栓孔周?chē)倪B接面接觸了，其余部分均存在間隙。引線連接的接觸面不足是導(dǎo)致引線燒損的直接原因。2.引線懸空部位過(guò)長(zhǎng)，轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的周期性振動(dòng)，加劇了引線連接失效，是導(dǎo)致引線燒損的間接原因。

解決措施：1.后續(xù)引線連接安裝螺栓前，用專(zhuān)用夾具將兩根連接引線調(diào)平，確保在預(yù)緊之前兩個(gè)銅扁線能充分接觸，同時(shí)在螺母下增加厚墊板，確保螺栓的壓緊力均勻分布在引線連接的接觸面上。2.在引線連接部位增加輔助固定措施，減少引線懸空長(zhǎng)度，增加引線連接的整體強(qiáng)度。

經(jīng)過(guò)改進(jìn)后，此處引線連接再?zèng)]有發(fā)生燒損故障。

（二）圓柱導(dǎo)線與銅扁線連接發(fā)生燒損

以已發(fā)生燒損故障的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子引線連接為例介紹，詳細(xì)情況如下圖二：

通過(guò)分析和試驗(yàn)驗(yàn)證，得出以下結(jié)論： 1. 熱膨脹引起的螺桿預(yù)緊力下降約15.5%。 2. 涂抹螺紋鎖固劑對(duì)接觸電阻值的影響約10-15%。 3.? 銅螺母材質(zhì)雜質(zhì)含量高導(dǎo)致接觸電阻增加了40%。 4. 螺母與螺桿不垂直，導(dǎo)致壓接處損失接觸面約40%。

原因分析：此處引線連接燒損為4種綜合原因?qū)е?。失效機(jī)理主要原因是引線與銅平墊和銅螺母接觸不良，在高速旋轉(zhuǎn)和振動(dòng)條件下，接觸電阻急劇增大導(dǎo)致過(guò)熱或虛接打火，引起引線燒損

解決措施：由于電機(jī)結(jié)構(gòu)已固定，熱膨脹和熱沖擊無(wú)法徹底消除，只能對(duì)導(dǎo)致故障發(fā)生的85%的原因進(jìn)行改進(jìn)。具體措施如下： 1. 改進(jìn)銅螺桿結(jié)構(gòu)，在連接處增加六方凸臺(tái)，增大接觸面積，同時(shí)也避免了用底部螺母的螺紋導(dǎo)電。 2. 不再使用螺紋鎖固劑防松，改用扣片和雙螺母防松。 3. 嚴(yán)格檢測(cè)、控制銅螺母材質(zhì)和雜質(zhì)含量，減少接觸電阻。 4. 提高螺桿和螺母的螺紋加工精度，確保連接處實(shí)際接觸面符合要求，同時(shí)也避免了接觸面應(yīng)力集中的風(fēng)險(xiǎn)。

上述改進(jìn)實(shí)施后，該型轉(zhuǎn)子此處引線再未發(fā)生燒損故障。

四、結(jié)束語(yǔ)

引線連接是電氣產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造的基礎(chǔ)要求。雖然從表面上看此處結(jié)構(gòu)并不復(fù)雜，但是產(chǎn)品具體應(yīng)用中引線發(fā)生的燒損故障和帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失卻不能忽視。因此，重視、加強(qiáng)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)和基礎(chǔ)工藝十分重要，只有這樣才能避免“千里之堤，潰于蟻穴”。

作者簡(jiǎn)介：

丁新（1982-）;性別：男;籍貫：山西省永濟(jì)市;學(xué)歷：本科，職稱(chēng)：高級(jí)工程師;單位名稱(chēng)：中車(chē)永濟(jì)電機(jī)有限公司;研究方向：電機(jī)電器設(shè)計(jì)與制造。