笼型三相异步电动机绕组烧毁故障分析

(德州恒力电机有限责任公司，山东德州 253002)

0 引言

笼型三相异步电动机由于其结构简单，使用维护方便，适用范围广，被大量应用于工农业生产中。由于选型使用不当，维护不到位，电机本身存在质量隐患等问题，有时会造成电机绕组烧毁，影响正常生产，本文论述引起电机定子绕组烧毁主要因素，以方便使用维护人员引起重视，尽力减少引起电机绕组烧毁各种状况发生，有效保证电机正常运转。

1 电动机定子烧毁现象

笼型三相异步电动机定子绕组烧毁的情况通常分三种：过载烧，定子绕组全部烧毁；缺相烧，定子绕组三相中的某一相或两相全部烧毁，另外两相或一相绕组线圈基本完好；匝间烧，定子绕组某一相或相邻两相绕组中一个槽内或相邻几个槽内的线圈烧毁。

2 原因分析及预防措施

2.1 定子绕组过载烧毁的原因分析和预防处理措施

定子三相绕组全部烧毁的情况一般是电机过载引起。对于S1工作制电机，运转过程中绕组电流长时间超出额定电流，致使电机绕组温度超出电机绝缘的极限温度而持续运转，造成绕组绝缘热老化而烧毁绕组。电机过载运行从缺相开始到绕组烧毁持续运行时间的长短由过载程度和电机设计时的温升余量决定，具体过载持续运转时间见表1。

表1 过载运转时间表

引起电机过载运行的原因主要有以下三方面：(1)功率选择，由于考虑不充分或想节省设备成本，电机选型时所选功率过小，这种情况下一般运行电流占额定电流的1.1～1.4倍；(2)电机或所带设备运转过程中由于润滑不良，机械变形等因素造成运行不畅而引起的过载，此种情况下，根据电机轴承或设备润滑不良，以及设备机械变形严重程度不同，一般运行电流占额定电流的1.1～2倍；(3)轴承损坏造成电机扫膛或设备接近卡死引起的过载，这种情况下电机转速会明显降低，运行电流一般占到额定电流的2倍以上，如果保护装置不能及时动作停机，电机绕组将在很短的时间内烧毁。针对以上不同问题，应分别分析对待，对选型不合适的电机重新选型或适当降低负载，尽量使电机运行在额定负载的75%～95%之间；电机或设备润滑不良和机械变形通常是设备运转一段时间后，运转过程中逐渐出现的现象，有时属于设备正常磨损造成，在电机轴承损坏造成电机扫膛或设备接近卡死时，电机噪音振动明显增大，转速急剧下降，出现上述情况，只要设备的过载保护装置参数设置合理，动作反馈灵敏，可在电机绕组过热烧毁以前断电停机，避免线圈烧毁。这时需要及时停机，更换轴承或查找设备故障原因，消除后再重新调试运转。对比较重要的运行设备，轴承可利用电机气隙磁场进行偏心检测，对电机磨损状态实施在线监测，通过曲线显示电机偏心变化趋势，及早发现轴承磨损状况和走内圆、走外圆等故障现象。防止因轴承过热抱死而造成的过载停机。

绕组因过载烧毁的电机属用户使用原因造成，不属电机质量问题。如果过载保护装置配置齐全，合理的情况下，一般能在绕组过热，绝缘损坏以前动作停机，有效避免绕组烧毁。

2.2 定子绕组缺相烧毁的原因分析和预防处理措施

定子绕组三相中的某一相或两相全部烧毁，另外两相或一相绕组线圈基本完好的情况属电机缺相运转造成。电机三相电源缺一相时，另外两相电源在定子绕组中可以形成回路，但不能形成完整的旋转磁场，未启动的电机在没有外力启动的情况下，无法启动，此时定子绕组的两相电流是电机的启动电流-额定电流的4～7倍，绕组将很快烧毁；正在运转的电机，三相电源缺一相时，通电的两相电流是三相运行时电流的1.5倍。在经济负载下运行的电机，Y接定子通有电源的两相绕组将在1.3～1.4倍的额定电流下运行，电流明显大于额定电流，保护装置如果不能及时动作停机，绕组温度达到一定程度，绕组就会烧毁；△接的定子两相绕组串联后与另外一相绕组并联，其中两相串联的绕组电流与三相运行时的电流相同，另外一相电流是三相运行时的2倍，保护装置如果不能及时动作停机，电流大的一相绕组首先烧毁，造成断电停机；电机三相电源缺两相时，一相电源形不成回路，绕组中无电流，绕组不会烧毁，电机无任何反应。

电机缺相烧，通常说的是绕组缺一相电源运行而烧毁，一般是由于电机运行过程中，电源主线路中有一相电源线虚接或断开造成。电机运行过程中接触器触点老化造成的脱落或虚接，电源线老化，绝缘层破损接地造成一相短路引起的断路缺相，绕组焊头断开或接线电缆头脱落虚接都可造成电机缺相烧。对此，电机控制线路中一般装设缺相保护器，当电机缺相运行时，电路能及时断开，保证绕组不被烧毁，避免电机运行过程中因缺相而烧毁。

缺相烧的电机大部分属于用户使用原因造成，电源线路保护措施不到位，缺相保护器没动作是主要原因。对此，可通过加装绕组热保护，实时在线监测绕组温度，出现异常情况，及时断电停机，查找并排除故障再启动运转。

2.3 定子绕组匝间烧毁的原因分析和预防处理措施

定子绕组匝间烧毁是定子绕组某一相或相邻两相绕组中一个槽内或相邻几个槽内的线圈烧毁，根据故障原因可分为接地匝间，相穿匝间和绕组内部匝间三种情况。接地匝间是电机运行过程中因绝缘击穿，绕组接地部位短路而造成的绕组烧毁；相穿匝间是绕组两相之间绝缘击穿，击穿部位绕组短路烧毁而造成的匝间烧毁；绕组内部匝间是绕组线圈一相中同一槽内或相邻槽的线圈端部绕组，因损伤短路而造成的匝间。因匝间烧毁的电机绕组，损伤部位大多集中在一处，一般损伤范围不会太大。

接地匝间基本都发生在定子的槽口或槽背部位，绕组嵌线整形绑扎过程中，槽满率过高，槽口或槽背绝缘容易受到损伤，如图1所示。

图1绝缘损伤图

出厂测试时，由于绕组损伤程度较轻，问题没能显现出来。电机使用运转过程中，绝缘薄弱部位因受潮或脏污，绕组绝缘受到负载电流的反复冲击，随着绕组温度的升高，绝缘性能逐渐降低，绝缘薄弱部位泄漏电流逐渐增大，当达到泄露电流极限时，绝缘击穿，击穿部位线圈因接地短路，造成绕组匝间烧毁，电机停转。相穿匝间发生在电机绕组端部相邻两相之间，由于定子转运或压装过程中端部磕碰损伤，致使绕组两相之间和绕组本身的绝缘受损，电机运转一段时间后绝缘击穿，击穿部位发生相间短路匝间，造成绕组烧毁。绕组内部匝间是绕组内部同一相中同一槽内或相邻槽的绕组各匝线圈之间的绝缘损伤，而造成的匝间故障，绕组内部匝间大部分发生在绕组端部，压装过程中的磕碰划伤，金属异物掉落在绕组线圈上，内部焊头虚接，造成焊接处温度升高，均容易导致绕组内部匝间。

绕组匝间故障大部分属电机质量原因造成，定子制造和转运过程中绕组绝缘受到不同程度的损伤，降低了某一部分的绝缘性能，出厂检测过程中，由于绝缘损伤不是太严重而没能检测出来，使用过程中由于负载电流的反复冲击和运行环境中湿度和温度的增加，绝缘薄弱部位问题显现，造成绝缘击穿而烧毁绕组。

3 电机定子绕组烧毁的处理措施

定子绕组烧毁的电机需要更换定子绕组，同时检查轴承的运转完好情况。定子绕组按原数据更换完成后，按出厂检测项目进行测试，确认各项性能指标是否符合使用要求，对存在质量隐患的定子绕组，需找出故障原因，进行修理，直到各项性能指标合格，才可使用运行，做到尽量避免匝间故障的发生。通过电机的运转时的振动和噪音，对轴承磨损情况进行判定，磨损严重的轴承及时更换，避免因轴承磨损，造成扫膛，而引起过载，烧毁绕组。

4 结语

定子绕组烧毁，更换、维修周期相对较长，对生产设备的正常运行影响较大，轻则造成停机停产，重则引起火灾。为此，在电机选用时尽量选择额定功率留有一定余量，质量性能优良的产品，使电机在经济负载下运行，减少定子绕组出现匝间烧毁故障的概率；电机运行控制线路监测保护系统健全，电机运行过程中出现过载或缺相的情况能够及时停机，避免绕组因过载和缺相运行而造成绕组烧毁。