电机定子绕组匝间烧毁故障解析

  电动机的电气绝缘故障包括线圈内部绝缘损伤、相间击穿绝缘损伤和对地击穿绝缘故障，对地绝缘故障是造成三相异步电动机损坏的主要原因，其次是相间绝缘击穿故障，再次是匝间绝缘故障。电机的电气绝缘性能由绝缘材料本身性能和生产加工制造工艺决定，绝缘材料质量稳定性是电机绝缘性能可靠性的基础，电机的绝缘材料主要是隔离绕组和铁芯的绝缘纸、绝缘管、绝缘漆、云母带等增强性绝缘材料，也包括电磁线、引接线等导电材料本身的绝缘材料。绝缘材料损伤是造成电机绕组电气绝缘产生故障的主要原因，为减少绕组绝缘故障出现的可能性，加工制造过程应关注生产工艺的适宜性,增强绝缘材料的防护措施，避免绝缘层磕碰损伤。下面就绕组绝缘匝间故障类型和原因以及预防措施做一下说明。

1.定子绕组匝间故障类型和产生原因

      定子绕组匝间烧坏是定子绕组某一相或相邻两相绕组中一个槽或相邻几个槽内的线圈烧坏，根据故障原因和表现形式可分为接地匝间，相间击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，绕组对地绝缘击穿，线圈接地部位短路，造成绕组烧坏；相间击穿匝间是绕组两相之间绝缘击穿，击穿部位线圈短路，造成绕组烧坏；绕组内部匝间是绕组某一相中同一槽或相邻槽的绕组线圈，因绝缘损伤短路而造成的绕组线圈匝间烧毁。

    接地匝间多发生在定子槽口或槽背部位，绕组嵌线整形绑扎过程中，槽口或槽背处绝缘容易受到损伤。定子压装时，槽背处绝缘容易损伤，转子填装过程中，槽口处绝缘易磕碰，出厂测试时，由于绕组损伤程度较轻，问题不可能显现出来。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，绕组温度升高，绝缘性能逐渐降低，绝缘薄弱部位泄漏电流增大，当达到泄露电流极，绝缘击穿，击穿部位线圈因接地短路，造成绕组匝间烧坏，电机停转。相间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时，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，温升增高，故障点绝缘击穿，发生相间短路，造成两相之间接触的绕组匝间烧坏。绕组内部匝间，绕组同一相中同一槽或相邻槽的绕组线圈之间的绝缘因损伤造成的匝间故障，绕组内部匝间大多发生在绕组端部，装配过程中绕组端部磕碰划伤，运转过程中转子所带平衡块或平衡柱松动脱落，定子绕组内部焊头虚接，焊接处接触电阻太大，发热严重，均会导致绕组内部绝缘损伤，造成匝间烧毁。

    绕组匝间烧毁大部分属电机质量原因，电磁漆包线存在缺陷，定子制造和转运过程中绕组绝缘受到不同程度的损伤，降低了绕组的绝缘性能，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增加，匝间绝缘薄弱部位绝缘击穿，短路，造成绕组烧坏。匝间短路故障发生时，可能只有两根导线因交叠处绝缘磨损接触，短路线圈产生环流，使线圈发热累积，进一步损坏邻近导线的绝缘，短路的匝数不断增多、故障范围扩大，短路匝数足够多时，短路处电流大幅增大，烧断绕组。当三相绕组有一相线圈发生匝间短路时，相当于该相绕组有效串联匝数减少，电流增大，造成定子三相电流不平衡，电动机转矩下降，拖动负载无力，转速降低，继续运行，故障范围扩大，最后绕组烧毁。

    电机绕组的匝间绝缘是电磁线本身的绝缘或很薄的附加匝间绝缘，如薄膜或云母垫条等，线圈匝间接触面积与绕组的接触长度相同。匝间绝缘在绕线、嵌线、接线，压装等工序中都可能受到损伤。电动机在运行中绕组绝缘承受工频电压、瞬时过电压、操作过电压和雷电过电压。这些电压同时作用于对地绝缘和匝间绝缘上。额定匝间工频电压仅几十伏，对匝间绝缘损伤少。对匝间绝缘造成损伤的主要是各种冲击过电压，其峰值可高达额定电压的数十倍。匝间故障的短路匝在电动机内部，受交变磁场的作用下，产生感应电动势，短路匝自成回路，感应电动势在闭合回路中产生很大的电流，高达额定电流的若干倍，短路匝的温度比其他匝高，长时间持续运转，绝缘材料老化、匝间绝缘损伤，最后导致相间或对地绝缘击穿，烧坏电动机绕组。所以，要延长电动机的运行寿命，需要提高匝间绝缘的电气绝缘强度和工艺稳定性。

2.接地匝间短路故障防范措施

    带绕组铁芯的对地绝缘故障多发生在铁芯弹开的槽口位置和绕组端部，特别是定子槽满率较高的绕组线圈，在扩口和整形过程中，容易造成槽口损伤，定子绕组绝缘纸在槽背处开裂，引起绕组对地绝缘损坏，造成接地匝间。绕组对地绝缘故障的另一位置是槽内，铁芯槽内存在凸起、有异物，导致槽底绝缘损坏，槽内绝缘尺寸不符合或发生扭斜，槽绝缘不能防护到位。对于对地绝缘故障，不同的绝缘处理工艺，修复的差别较大，真空压力浸漆，绝缘漆固化后成为不可还原的固态，修复的难度较大，特别是铁芯槽内的绝缘故障，基本上不可修复；绕组与铁芯槽口发生对地故障时，电磁线的漆膜破损的可能性较大，修复了对地绝缘故障，发生匝间绝缘故障的可能性也较大。匝间故障的预防应从材料、设计符合性，线圈、绕组制作的工艺性，以及绕组的绝缘处理，并结合电机的实际运行工况进行考虑。电磁线的性能符合性对于匝间故障控制特别关键，电磁线回弹、漆膜连续性、直流电阻和耐电压检测项目检测能比较直观的反映其性能符合性。设计环节应结合不同产品对应的制造工艺，从槽满率、端部尺寸控制方面综合考虑。绝缘处理是电机绕组制造的关键工艺，需要通过保证绕组挂漆指数和提高固化效果，预防电机运行过程的振动影响，并保证电机有较好的散热效果。另外，为避免制造过程绕组损伤，需要从铁芯制造、带绕组铁芯转运、转子穿入定子过程等环节采取必要的防范措施。

    正常情况下，电机装配完成后，绕组端部与机座和端盖不存在实质性接触，应有一定的空间距离，对于空间比较紧张，绕组端部整形不规范的定子，压入机座，装配成整机后，可能出现绕组与机座或端盖实质性接触，造成对地绝缘损伤，引起绕组匝间故障。这类故障出现的产品规格比较集中，对地故障点相对固定，大多集中在绕组引线与本线焊接，以及引线引出机座出口的位置。为避免此类问题发生，需要严格控制绕组加工的工艺性，设置好绕组开口位置、大小、与机座出口的相对位置，以及引接线的分布处理。避免定子绕组整形后端部尺寸超差。

3. 结论

    定子是电机的关键核心部件，定子绕组质量直接关系到整台电机的使用寿命。由于定子在浸漆，转序，装配过程中容易磕碰划伤，造成绕组対地或匝间绝缘损坏，所以定子绕组匝间绝缘性能检测是电机检测的重点，通常采用绝缘电阻测量，工频耐压冲击检测和高压脉冲冲击波形匝间检测对绕组线圈与地，绕组之间和匝间绝缘进行测试，通过所测量绕组的绝缘电阻，耐压试验的泄漏电流和匝间波形所显示的绝对差值和面积差值与设定的标准值对比，判定绕组绝缘合格与否。