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交流电机定子匝间故障研究

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李春波李慧萍蔡晓王乃让潘晨

摘要：交流电机定子匝间故障是一种较为常见的故障，它发生的主要原因是线匝间绝缘受损，严重时绕组烧损，电机无法运行，因此我们要分析定子绕组匝短故障发生的原因并预防，及匝间波形判断匝间故障点并修复的方法。

关键词：匝间故障;绕组;绝缘;波形;措施

一、交流定子匝间短路的原因分析

交流定子线圈是由多匝线绕制而成的，匝间绝缘即为导线之间的绝缘，而绝缘一旦受损，叠在一起的线圈之间会短路，即匝间短路。

匝短发生后，一般会出现以下几方面现象，被短路的线圈中将流过很大的环流，使线圈严重发热;三相电流不平衡，电机阻值降低;电机振动，产生杂音;严重时，电机不能带负载起动，进而绕组烧损。

1.1线圈问题

1.导线本身问题

1）导线熔敷绝缘存在潜在的缺陷，接缝处存在缝隙;

2）导线绝缘内有气泡、异物、高点存在。

2.线圈制造过程中问题

1）导线在线圈制造过程中有绝缘破损、绝缘松散及匝间薄膜垫条偏离位置或匝间错位等现象;

2）线圈作业环境或材料不清洁导致将异物包裹在线圈匝间绝缘中，嵌线时受槽楔压紧力，膈破线圈绝缘，导致导线之间绝缘破损，进而导致匝间短路;

3）线圈转运过程中摔落，匝间错位划伤等。

1.2嵌线过程问题

1.线圈不直，错位时，嵌入槽内，过度敲击导致线圈内部绝缘损坏。2.嵌线的首跨线圈在吊把时抬起时导致线圈错位变形，造成线圈内部匝间绝缘划伤、拉伤等内部绝缘损伤的隐患，在嵌入后，绝缘薄弱，耐压击穿造成匝短。3.有异物落入线圈之间，打完槽楔后，挤压，线圈之间绝缘破损。

1.3试验问题

1.试验时，设备实际输出电压高于设定电压值，击穿导线绝缘，导致匝间短路;

2.电机多次耐压冲击导致绝缘持续损耗，性能下降;

3.设备升压时间过短，升压过快，对绝缘造成冲击，导致匝间短路。

1.4其它原因

1、环境潮湿，粉尘严重，油污侵入，长期积压在绕组上，腐蚀绝缘。

2、使用时间过长，绝缘老化。

二、交流定子匝间短路的预防措施

我们知道定子铁芯在嵌线、小并头焊接和极间连线或导电环装配后，需要进行浸漆工序以提高绝缘质量。所以，我们一定要将匝间故障问题解决在浸漆前，确保浸漆前的定子铁芯线圈是合格的。

定子线圈制造过程中，应该预防以下问题：

（1）绕组在成型过程中不损伤绝缘;（2）在整形时匝间不错位，挤压时不伤匝间绝缘;（3）包绝缘时不将异物包裹在内等;（4）单支线圈匝间耐压试验按照要求执行。

在嵌线过程中，实施预防措施：

（1）若发现线圈匝间错位，线圈不平直，有鼓包，高点，禁止嵌入槽内;

（2）严格控制铁心入口质量，不得有冲片散开、凸出、缺角、毛刺、焊渣等现象;

（3）嵌线敲击次数控制，避免使引线头拐弯处绝缘破裂;

（4）不得使用有高点、毛刺和开裂等现象的嵌线工具。

（5）做好嵌线时的每一步防护措施，如在首跨线圈下层边两端铁心冲片与压圈过渡处垫放绝缘纸;用整张绝缘纸对该线圈上层边进行防护;下线时在线圈鼻部增加适形毡防护，减少摩擦，防止玻璃絲蹭破;打槽楔时，在槽口处使用绝缘纸进行防护等等。

三、交流电机成型绕组波形研究

线圈在嵌入铁芯槽后，线匝与线匝之间的相对位置已经得到了固化。为了能准确发现存在故障问题的线圈，确保线匝与线匝之间能够承受住一个足够的高电压，确保匝间绝缘质量。

浪涌检测仪能在短暂的瞬间判别线圈的品质，其简单原理就是以一支线圈的波形为样波进行储存，然后在给定同样的脉冲逐一对比每支线圈与样波是否重合，以此来确定线圈内部匝间绝缘是否存在缺陷。

1、正常波形：波形呈正弦衰减波，且同一台电机中所有线圈波形一致，线圈合格。如图1所示。

2、联线错误波形：当某一相联线出现错误时，三相阻值平衡，但波形会出现波峰与波谷相反及杂乱现象。

3、非正常小差异波形：波形呈正弦衰减波，因验证定子为双绕组，分别做检测时，会出现波峰与波谷的小错位，这需要将机壳及另一套绕组接地，进行放电后，再检测波形，波形重合，存在干扰源。

4、非正常大差异波形：波形呈正弦衰减波，同一台电机中个别线圈波形在相位和幅值方面有较大差异，差异范围在10%以上。说明线圈线规或匝数、绝缘包扎有问题，必须更换线圈。

5、非正常匝短波形：波形起始密集排列，而后是一条直线。则为匝短波形，线圈匝间短路。如图2所示。

同样的，从上述实例取证中，对于非正常小差异波形的验证，更换新的合格线圈后，波形未发生变化，说明线圈绝缘无损伤，造成此类波形的主要原因是存在干扰源。

据现场验证总结以下几种常见干扰源：

（1）附近有匝短线圈或线圈线头没有分开形成干扰源。

处理方法：将所有线圈线头分开后再检测，或找到具体的匝短线圈更换掉在检测。一般情况下一台电机匝短线圈不会超过1支，若有两支其中一支为受到干扰后造成波形不正常。

（2）检测时铜线与线圈线头接触不良形成干扰

处理方法：将匝间浪涌测试仪的两个测试夹子，夹在波形有问题的线圈两头单独测试，观察波形有无好转。

（3）浪涌测试仪取样波形不合适

处理方法：由于同台电机线圈波形有轻微差别，若取样为最大值则最小值可能超出范围。这时可以采用调整更换取样波形的方法，检测有问题的线圈波形是否超出范围。

（4）铁芯有连片

以上方法都没有解决的时候可以认为铁芯冲片问题影响波形。参考方法：使用带L值检测功能的意大利浪涌测试仪进行检测。周期差dL值很小：1%以下，峰值差dQ值较大：5%左右。这种情况为铁芯冲片问题造成波形不好，现场可以通过更换线圈来确定。如果更换线圈后匝间波形没有太大的变化说明铁心问题比较突出。

（5）机壳未放电

通过用铜丝将机座铁芯接地，消除机座铁心影响后匝间波形恢复正常。

（6）电机摆放位置不合适

较大的电机做匝间时波形不好，改变摆放位置后波形正常的。原因是周围或附近有未知磁场干扰源，远离干扰源后波形变好。

小结

通过对定子线圈匝间故障分析判断及预防措施的研究，为保证在嵌线前、嵌线后和浸漆前的匝间绝缘质量，必须在生产过程中严格遵守定子线圈的生产制造工艺和嵌线工艺及要求，才能有效控制匝间故障的发生频次，降低在生产过程中造成的经济损失，大幅度提高公司整机的性能和市场竞争力。

参考文献：

[1]胡浩，等。电机绕组匝间短路故障的原因及实用检测方法。电工技术。

[2]张利兵，等。电机绕组的匝间绝缘试验波形分析。电机技术。

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