交流電機(jī)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(jī)定子匝間故障是一種較為常見的故障，它發(fā)生的主要原因是線匝間絕緣受損，嚴(yán)重時(shí)繞組燒損，電機(jī)無法運(yùn)行，因此我們要分析定子繞組匝短故障發(fā)生的原因并預(yù)防，及匝間波形判斷匝間故障點(diǎn)并修復(fù)的方法。

關(guān)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(dǎo)線之間的絕緣，而絕緣一旦受損，疊在一起的線圈之間會(huì)短路，即匝間短路。

匝短發(fā)生后，一般會(huì)出現(xiàn)以下幾方面現(xiàn)象，被短路的線圈中將流過很大的環(huán)流，使線圈嚴(yán)重發(fā)熱;三相電流不平衡，電機(jī)阻值降低;電機(jī)振動(dòng)，產(chǎn)生雜音;嚴(yán)重時(shí)，電機(jī)不能帶負(fù)載起動(dòng)，進(jìn)而繞組燒損。

1.1線圈問題

1.導(dǎo)線本身問題

1）導(dǎo)線熔敷絕緣存在潛在的缺陷，接縫處存在縫隙;

2）導(dǎo)線絕緣內(nèi)有氣泡、異物、高點(diǎn)存在。

2.線圈制造過程中問題

1）導(dǎo)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(cuò)位等現(xiàn)象;

2）線圈作業(yè)環(huán)境或材料不清潔導(dǎo)致將異物包裹在線圈匝間絕緣中，嵌線時(shí)受槽楔壓緊力，膈破線圈絕緣，導(dǎo)致導(dǎo)線之間絕緣破損，進(jìn)而導(dǎo)致匝間短路;

3）線圈轉(zhuǎn)運(yùn)過程中摔落，匝間錯(cuò)位劃傷等。

1.2嵌線過程問題

1.線圈不直，錯(cuò)位時(shí)，嵌入槽內(nèi)，過度敲擊導(dǎo)致線圈內(nèi)部絕緣損壞。2.嵌線的首跨線圈在吊把時(shí)抬起時(shí)導(dǎo)致線圈錯(cuò)位變形，造成線圈內(nèi)部匝間絕緣劃傷、拉傷等內(nèi)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(yàn)問題

1.試驗(yàn)時(shí)，設(shè)備實(shí)際輸出電壓高于設(shè)定電壓值，擊穿導(dǎo)線絕緣，導(dǎo)致匝間短路;

2.電機(jī)多次耐壓沖擊導(dǎo)致絕緣持續(xù)損耗，性能下降;

3.設(shè)備升壓時(shí)間過短，升壓過快，對(duì)絕緣造成沖擊，導(dǎo)致匝間短路。

1.4其它原因

1、環(huán)境潮濕，粉塵嚴(yán)重，油污侵入，長期積壓在繞組上，腐蝕絕緣。

2、使用時(shí)間過長，絕緣老化。

二、交流定子匝間短路的預(yù)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?qū)щ姯h(huán)裝配后，需要進(jìn)行浸漆工序以提高絕緣質(zhì)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(yīng)該預(yù)防以下問題：

（1）繞組在成型過程中不損傷絕緣;（2）在整形時(shí)匝間不錯(cuò)位，擠壓時(shí)不傷匝間絕緣;（3）包絕緣時(shí)不將異物包裹在內(nèi)等;（4）單支線圈匝間耐壓試驗(yàn)按照要求執(zhí)行。

在嵌線過程中，實(shí)施預(yù)防措施：

（1）若發(fā)現(xiàn)線圈匝間錯(cuò)位，線圈不平直，有鼓包，高點(diǎn)，禁止嵌入槽內(nèi);

（2）嚴(yán)格控制鐵心入口質(zhì)量，不得有沖片散開、凸出、缺角、毛刺、焊渣等現(xiàn)象;

（3）嵌線敲擊次數(shù)控制，避免使引線頭拐彎處絕緣破裂;

（4）不得使用有高點(diǎn)、毛刺和開裂等現(xiàn)象的嵌線工具。

（5）做好嵌線時(shí)的每一步防護(hù)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(duì)該線圈上層邊進(jìn)行防護(hù);下線時(shí)在線圈鼻部增加適形氈防護(hù)，減少摩擦，防止玻璃絲蹭破;打槽楔時(shí)，在槽口處使用絕緣紙進(jìn)行防護(hù)等等。

三、交流電機(jī)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(duì)位置已經(jīng)得到了固化。為了能準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)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(gè)足夠的高電壓，確保匝間絕緣質(zhì)量。

浪涌檢測(cè)儀能在短暫的瞬間判別線圈的品質(zhì)，其簡單原理就是以一支線圈的波形為樣波進(jìn)行儲(chǔ)存，然后在給定同樣的脈沖逐一對(duì)比每支線圈與樣波是否重合，以此來確定線圈內(nèi)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(tái)電機(jī)中所有線圈波形一致，線圈合格。如圖1所示。

2、聯(lián)線錯(cuò)誤波形：當(dāng)某一相聯(lián)線出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，三相阻值平衡，但波形會(huì)出現(xiàn)波峰與波谷相反及雜亂現(xiàn)象。

3、非正常小差異波形：波形呈正弦衰減波，因驗(yàn)證定子為雙繞組，分別做檢測(cè)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)波峰與波谷的小錯(cuò)位，這需要將機(jī)殼及另一套繞組接地，進(jìn)行放電后，再檢測(cè)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(tái)電機(jī)中個(gè)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(guī)或匝數(shù)、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(shí)例取證中，對(duì)于非正常小差異波形的驗(yàn)證，更換新的合格線圈后，波形未發(fā)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(jù)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證總結(jié)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(cè)，或找到具體的匝短線圈更換掉在檢測(cè)。一般情況下一臺(tái)電機(jī)匝短線圈不會(huì)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(cè)時(shí)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(cè)試儀的兩個(gè)測(cè)試夾子，夾在波形有問題的線圈兩頭單獨(dú)測(cè)試，觀察波形有無好轉(zhuǎn)。

（3）浪涌測(cè)試儀取樣波形不合適

處理方法：由于同臺(tái)電機(jī)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(shí)可以采用調(diào)整更換取樣波形的方法，檢測(cè)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(shí)候可以認(rèn)為鐵芯沖片問題影響波形。參考方法：使用帶L值檢測(cè)功能的意大利浪涌測(cè)試儀進(jìn)行檢測(cè)。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(xiàn)場(chǎng)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(jī)殼未放電

通過用銅絲將機(jī)座鐵芯接地，消除機(jī)座鐵心影響后匝間波形恢復(fù)正常。

（6）電機(jī)擺放位置不合適

較大的電機(jī)做匝間時(shí)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(chǎng)干擾源，遠(yuǎn)離干擾源后波形變好。

小結(jié)

通過對(duì)定子線圈匝間故障分析判斷及預(yù)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(zhì)量，必須在生產(chǎn)過程中嚴(yán)格遵守定子線圈的生產(chǎn)制造工藝和嵌線工藝及要求，才能有效控制匝間故障的發(fā)生頻次，降低在生產(chǎn)過程中造成的經(jīng)濟(jì)損失，大幅度提高公司整機(jī)的性能和市場(chǎng)競爭力。

參考文獻(xiàn)：

[1]胡浩，等。電機(jī)繞組匝間短路故障的原因及實(shí)用檢測(cè)方法。電工技術(shù)。

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