一种大功率异步牵引电机定子故障辨析及处理

裴亚伟

（南车株洲电机有限公司，湖南 株洲 412001）

一种大功率异步牵引电机定子故障辨析及处理

裴亚伟

（南车株洲电机有限公司，湖南 株洲 412001）

电机定子故障主要分为接地、三相直流电阻不平衡、扫膛三大类。依据电机连线原理图，采用兆欧表、直流电阻测试仪，辅以定子交出各项检测流程、引线头绝缘剥除法、金相实验等，准确找到故障点并判断故障原因，及时修复电机并改进现有工艺。

异步电机;故障分类;检测;原因分析

据统计调查，感应电机的绕组故障和轴承故障分别占电机故障的46%和40%。故感应电机的故障检测主要针对定子故障、转子故障和轴承故障3部分，其中感应电机定子线圈绕组故障是导致电机失效的主要原因之一。

兰州、西宁机务段机车运行环境恶劣，电机受振动、风沙影响较大且长期处于过载运行。

针对该段返回电机不同类型的故障现象进行准确快速的原因分析十分必要，有助于缩短维修周期、减少不必要的工作量、找出问题根源从而改进现有生产工艺、提高产品质量，实现保增长、保质量目标，树立公司品牌形象。

1 定子连线图及命名方法

文章所述牵引机车用电机为异步电动机，电机定子采用Y形带中性点连接方式绕组，嵌线方式采用双层短距叠绕组，转子为鼠笼型。具体参数如表1所示。

表1 电机基本参数

如图1所示，定子卧式放置时，从并头端方向看，电机顺时针旋转；三相引出线对应中1点，顺时针方向依次为2点钟、3点钟……；回路环从外到内依次为U、V、W及中性环；每种颜色代表一相，每块颜色代表一个极相组，每个极相组有两个引线头，沿顺时针方向分别为下层边和上层边。

2 性能要求

三相直流电阻值范围：32.3mΩ～35.7mΩ（折算至20℃时）

图1 电机连线原理图及引线命名方式

各相直流电阻值偏差须满足≤2%（0.68mΩ）

绝缘电阻：用兆欧表（1000V档）测定绝缘电阻1min，电阻值在200MΩ以上。

对地耐压：DC11kV，加压3min，无击穿和闪烁。

层间耐压检测：电压8600V，3s，观察振荡波形与基准波形是否一致。

2.1 检测仪表

（1）兆欧表；

（2）红外测温仪；

（3）三相直流电阻测试仪；（4）直流耐压机；

（5）多功能匝间耐压机。

2.2 返修电机检测步骤

（1）接收定子，观察定子情况；

（2）若有烧损现象，拆剪引线头焊接点，剥除引线头焊接点绝缘，观察内部焊接点情况是否断裂或存在裂纹，必要时进行金相试验，判断故障原因；

（3）若无明显故障点，测量绝缘电阻值及三相直流电阻值（测量前清理擦拭引出线接线板）；

（4）若绝缘电阻值很低（kΩ级），通过电流加热法用红外测温仪确定击穿点；

（5）若绝缘电阻值较低（MΩ级），对定子烘潮后重新测量绝缘电阻；

（6）若三相直流电阻值在要求范围内但偏差≧1%，用橡胶榔头和嵌线打板轻击各引线头，观察直流电阻表数值是否跳动从而确定故障点。

3 定子故障现象分类及原因分析

定子绕组故障的主要原因有磨损、污染、裂纹、腐蚀等原因造成的绝缘失效和机械振动造成的引线头移位。主要表征分为以下7种。

3.1 绝缘电阻低

（1）现象。①定子绕组经定子接地。槽口或槽中有击穿痕迹，绝缘电阻kΩ级，如图2、图3所示。

图2 定子槽中击穿

图3 定子槽口击穿

图4

（2）原因分析。①定子击穿原因：线圈制作过程中绝缘包扎可能存在稀包现象致使运行过程中绝缘薄弱点被击穿。②由于轴承损坏、轴弯曲等原因致使定、转子摩擦(俗称扫膛)引起铁心温度急剧上升，烧毁槽绝缘、匝间绝缘，从而造成绕组匝间短路或对地“放炮”，严重时会使定子铁心倒槽、错位、转轴磨损、端盖报废等。

3.2 三相直流电阻不平衡

（1）现象。两个电阻值偏大，引线头拆剪后剥除绝缘发现某相引线头断裂，如图5所示，UW与VW两电阻值偏大，拆剪引线头后发现共有相W某引线头断裂。

图5 引线断裂

（2）原因分析。运行中长期受振动影响使偏大的两个电阻共有相引线头断裂，继续运行将导致该引线头烧损。

3.3 回路环引线头烧损

（1）现象。与回路环连接处某引线烧损，附近有铜瘤及绝缘过热现象，如图6所示。

图6 引线烧损

（2）原因分析。电机绕组绝缘受机械振动(如启动时大电流冲击，拖动设备振动、电机转子不平衡等)作用，使绕组出现匝间松驰、绝缘裂纹等不良现象，破坏效应不断积累，热胀冷缩使绕组受到摩擦，从而加速了绝缘老化，最终导致最先碳化的绝缘破坏直至烧毁绕组。

3.4 匝间/相间短路

（1）现象。线圈鼻部或直线边烧损，如图7所示。

图7 匝间/相间短路

（2）原因分析。由于长时间过载过热运行，绕组绝缘老化加速，绝缘最薄弱点碳化引起匝间短路、相间短路或对地短路等现象，使绕组局部烧毁。

3.5 扫膛

（1）现象。①定子铁心磨损。通常伴有线圈烧损及接地现象，绝缘电阻kΩ级，如图8所示。

图8 定子铁心磨损

图9 定子线圈割伤

（2）原因分析。①轴承损坏或外来异物导致转子扫膛；②电机引线头断裂或绕组烧损使三相电源不平衡，相电流的对称性破坏，转矩降低，蜂鸣和振动加剧，电磁振动致转子旋转为椭圆形轨迹进而扫膛。

3.6 引出线接线座烧损

（1）现象。接线座内三相引出线烧损，如图10所示。

图10 接线座烧损

（2）原因分析。接线座螺栓安装不紧导致该处接触电阻过大，发热严重致烧损。

3.7 多种故障现象

（1）现象。电机三组绕组全部烧毁，轴承无润滑脂或砂架损坏，定、转子铁心相磨擦俗称扫膛。如图11所示，某电机W2极相组对应非并头端鼻部烧损、中11引线烧损、非并头端槽口线圈沿圆周扫膛、V12引线距焊接点约20mm处断、W2引线根部断裂、中7引线根部断。

图11 多种故障并发

图12 烧损点示意图

（2）原因分析。如图12所示，红色五角星表示引线头故障点，其中中11烧断，为明显主要故障点；而V12、W2、中7点均为拆剪过程中发现断裂，故障现象不明显；W2极相组非并头端鼻部烧损，且W2引线头所在线圈非并头端烧损最为严重。

初步判定电动机过载运行，电流超过额定值，电动机温升超过额定温升。中11引线头受振动、过载影响最先断裂，进而烧损，电机引线头烧损使三相电源不平衡，相电流的对称性破坏，转矩降低，蜂鸣和振动加剧，电磁振动致转子旋转为椭圆形轨迹进而扫膛；由于中11分属于W、U相，其中W相电流增大导致W2引线头所在线圈非并头端绝缘薄弱点击穿造成匝间短路，而机械振动及断裂相电流增大，使中7、V12、W2引线头断裂。

4 故障定子处理措施

4.1 修复故障点

由于绝大多数故障电机为引线头断裂，将回路环拆剪，引线断裂处剪至合适位置，通过整形将引线重新焊接至回路环。通过只更换回路环的方式可以大大节约维修成本。当仅接线座内烧损时，将引出线及接线座按相关工艺更换，节约维修成本。

4.2 改进焊接工艺

焊接温度、时间、焊料填充量直接影响焊接质量，通过把控焊接工艺可以改善焊接点机械性能。

4.3 把控原材料质量

对故障电机引线头进行断口分析发现，电磁线材料存在晶体颗粒较大、材料内部有气孔、材料内部存在杂质、材料有裂纹等重大缺陷。加强电磁线入库复检，对供应商进行现场FAI审核，每批次进行微观金相及氢脆试验等措施。

5 结论

定子故障现象多种多样，采用多种手段和仪器，结合电机的电气原理及运行机理，准确分析故障原因可以在质量源头上杜绝隐患、降低成本。

[1]张昌凡，黄宜山，邵瑞.基于观测器的感应电机故障检测方法及应用[J].仪器仪表学报，2011，32（6）.

[2]孙雅欣，孙鹏.电动机绕组修理与布线、接线图[M].北京：电子工业出版社，2007.

[3]李发海，朱东起.电机学（第四版）[M].北京：科学出版社，2007.

[4]张家祥，彭诗敖.电动机烧毁的原因分析及对策研究[J].南方农机，2011，（6）.

[5]王敏.异步电动机绕组损坏的原因及处理方法[J].微电机，2001，34（1）.

Fault Analysis for the Stator of A Kind of Large Power Asynchronous Traction Motor and Processing

PEI Yawei
（CSR Zhuzhou Electric Co.,Ltd.,Zhuzhou，Hunan 412001,China）

Motor stator faults mainly divides into three categories,namely,grounding,imbalanced three phase dc resistance,and friction.According to motor wiring diagram,megohmmeter,DC resistance tester along with the check process of the stator,lead riser insulating method,metallographic test,was applied to find outthe fault point accurately and determine the cause of thefaults,so as to timely repair motor and improve existing processes.

asynchronous motor;fault classification;test;Cause Analysis

U269.6

A

2095-980X（2015）02-0015-03

2015-01-20

裴亚伟（1988），助理工程师。