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籠型三相異步電動機繞組的壽命解析

籠型三相異步電動機繞組的壽命解析

2024/6/5 9:20:55

1. 繞組絕緣的溫度對繞組壽命的影響

電機運轉中的能量損耗大部分在電機繞組內部轉變成熱量,繞組中耐熱最差的是絕緣材料,當電機溫度不超過所用絕緣材料的最高允許溫度時,絕緣材料的壽命較長,可達20年以上;如果電機運轉過程中產生的熱量過負荷,繞組溫度超過絕緣材料的最高允許溫度,則絕緣材料將加速老化、變脆,會縮短絕緣材料的壽命,嚴重情況下,絕緣材料將碳化、變質、失去絕緣性能,繞組燒毀。熱過負荷會破壞絕緣材料的性能,所以不允許電動機的工作溫度超過絕緣材料允許的極限溫度。溫度波動同樣對絕緣材料的使用壽命產生影響。所謂溫度波動:是指電動機處于冷狀態和熱狀態之間的溫差。當電動機受到交變負荷作用時,上述影響特別顯著。通常溫度波動會使導線、絕緣層和包扎件等有不同程度的膨脹變化,從而容易造成膠漆和松動,影響電動機的使用壽命。電機繞組不同等級絕緣材料對應不同的允許最高溫度和允許溫升,其數值見表1。為保證電機繞組絕緣的壽命,考慮到電機所用材料性能的波動,電機設計時,通常設計溫升比實際使用時的允許溫升低10~20℃,來確保電機溫升合格。

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表1  不同絕緣等級材料所允許的最高溫度和溫升

2.影響繞組壽命的因素和故障表現

電機繞組絕緣可分為主絕緣、匝間絕緣、相間絕緣和層間絕緣,其老化過程比較復雜。作為旋轉機械,繞組絕緣首先應具有足夠的機械強度、耐磨性及彈性,同時保證電氣性能的穩定。由于設計和工藝因素及使用時的運行環境的不同,失效的原因主要是氧化、磨損、疲勞、高溫、電應力。

電機在使用運轉過程中,繞組絕緣損壞常造成線圈短路或斷路故障。老化、受潮、受熱、受侵蝕、異物侵入和外力沖擊等均會對繞組造成傷害。大多數低壓中小型電機定子繞組故障都是由于暫態過程中匝間絕緣損壞引起。實踐證明,操作過電壓是電機繞組匝間絕緣損壞的主要原因,會使多匝線圈的匝絕緣上產生很高的電壓梯度,造成絕緣薄弱部位絕緣擊穿損壞,引起匝間故障,擊穿部位多在端接部分,尤其是彎曲部位和鼻端,通常電機繞組中的一個槽或相臨的兩個槽之間的一個點發生短路而燒壞。電機過載和缺相運行如果不能及時發現停機,會引發繞組短路故障,過載將燒壞整套繞組;缺相運行時,Y接電機將燒壞整套繞組的三分之二,△接電機將燒壞整套繞組的三分之一。電動機在運轉過程中,電流過大、電源電壓波動過大、機械碰傷和制造不良等均容易造成繞組絕緣損壞,使繞組發生短路故障。

3.繞組的一般壽命

一般情況下,一臺合格電機在正常的使用狀態下,能保證其繞組運行壽命冗余或高于其期望壽命。電機繞組壽命受外界條件影響較大,理想狀態下,電機繞組應可靠地工作20年以上,一般正常情況下使用壽命在5~8年左右,使用保養較好的電機可達到10年以上,如果使用頻繁,環境條件惡劣,最低也應在1年以上,這就是大部分廠家規定電機保修期一年的原因。

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王靜
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