PDF《压缩机常见故障分析（1）--电机烧毁》

压缩机常见故障分析(1)--电机烧毁 韩润虎 【摘要】绕组烧毁是压缩机常见故障.

绕组烧毁前的迹象不容易发现,而烧毁后一些导致烧毁的 直接原因又被掩盖,给事后分析增加了难度.本文就电机负荷过大,电压异常,散热不足和绕组 绝缘破坏几方面进行了分析,揭示了这些因素与电机损坏之间的关系. 【关键词】电机烧毁,绕组烧毁,压缩机故障, Compressor Failure Analysis (1)―Motor Burnout Jet Han Emerson Climate Technologies 【Abstract】 Winding burnout is one of the main phenomenon of compressor failure which is not easy to be found beforehand. Burnout of winding destroys some of the immediate proof that causes the failure, making it difficult to investigate the accident. Abnormal power supply, overload, inadequate cooling, winding insulation failure and their influence to motor failure are discussed in the paper. 【Keywords】Motor Burnout, Winding Burnout, Compressor failure 电动机压缩机(以下简称压缩机) 的故障可分为电机故障和机械故障(包 括曲轴,连杆,活塞,阀片,缸盖垫等). 机械故障往往使电机超负荷运转甚至堵 转,是电机损坏的主要原因之一. 电机的损坏主要表现为定子绕组绝 缘层破坏(短路)和断路等.定子绕组 损坏后很难及时被发现,最终可能导致 绕组烧毁.绕组烧毁后,掩盖了一些导 致烧毁的现象或直接原因,使得事后分 析和原因调查比较困难. 然而,电机的运转离不开正常的电 源输入,合理的电机负荷,良好的散热 和绕组漆包线绝缘层的保护.从这几方 面入手,不难发现绕组烧毁的原因不外 乎如下六种:(1)异常负荷和堵转;

(2)金 属屑引起的绕组短路;

(3)接触器问题;

(4)电源缺相和电压异常;

(5)冷却不足;

(6)用压缩机抽真空.实际上,多种因 素共同促成的电机损坏更为常见. 1. 异常负荷和堵转 电机负荷包括压缩气体所需负荷 以及克服机械摩擦所需负荷.压比过 大, 或压差过大, 会使压缩过程更为困 难;

而润滑失效引起的摩擦阻力增加, 以及极端情况下的电机堵转, 将大大增 加电机负荷. 润滑失效, 摩擦阻力增大, 是负荷 异常的首要原因. 回液稀释润滑油, 润 滑油过热, 润滑油焦化变质, 以及缺油 等都会破坏正常润滑,导致润滑失效. 回液稀释润滑油, 影响摩擦面正常油膜 的形成, 甚至冲刷掉原有油膜, 增加摩 技术 讲座 擦和磨损.压缩机过热会引起使润滑油 高温变稀甚至焦化,影响正常油膜的形 成.系统回油不好,压缩机缺油,自然 无法维持正常润滑.曲轴高速旋转,连 杆活塞等高速运动,没有油膜保护的摩 擦面会迅速升温,局部高温使润滑油迅 速蒸发或焦化, 使该部位润滑更加困难, 数秒钟内可引起局部严重磨损.润滑失 效,局部磨损,使曲轴转动需要更大力 矩.小功率压缩机(如冰箱,家用空调 压缩机)由于电机扭矩小,润滑失效后 常出现堵转(电机无法转动)现象,并 进入 堵转-热保护-堵转 死循环, 电机烧毁只是时间问题.而大功率半封 闭压缩机电机扭矩很大,局部磨损不会 引起堵转,电机功率会在一定范围内随 负荷而增大, 从而引起更为严重的磨损, 甚至引起咬缸(活塞卡在气缸内) ,连杆 断裂等严重损坏. 堵转时的电流(堵转电流)大约是 正常运行电流的4-8倍. 电机启动瞬间, 电流的峰值可接近或达到堵转电流.由 于电阻放热量与电流的平方成正比,启 动和堵转时的电流会使绕组迅速升温. 热保护可以在堵转时保护电极,但一般 不会有很快的响应,不能阻止频繁启动 等引起的绕组温度变化.频繁启动和异 常负荷,使绕组经受高温考验,会降低 漆包线的绝缘性能. 此外, 压缩气体所需负荷也会随压缩 比增大和压差增大而增大.因此将高温 压缩机用于低温,或将低温压缩机用于 高温,都会影响电机负荷和散热,是不 合适的,会缩短电极使用寿命. 绕组绝缘性能变差后, 如果有其它 因素 (如金属屑构成导电回路, 酸性润 滑油等) 配合, 很容易引起短路而损坏. 2.金属屑引起的短路 绕组中夹杂的金属屑是短路和接 地绝缘值低的罪魁祸首. 压缩机运转时 的正常振动, 以及每次启动时绕组受电 磁力作用而扭动, 都会促使夹杂于绕组 间的金属屑与绕组漆包线之间的相对 运动和摩擦. 棱角锐利的金属屑会划伤 漆包线绝缘层,引起短路. 金属屑的来源包括施工时留下的 铜管屑, 焊渣, 压缩机内部磨损和零部 件损坏 (比如阀片破碎) 时掉下的金属 屑等. 对于全封闭压缩机 (包括全封闭 涡旋压缩机) ,这些金属屑或碎粒会落 在绕组上. 对于半封闭压缩机, 有些颗 粒会随气体和润滑油在系统中流动, 最 后由于磁性聚集在绕组中;

而有些金属 屑 (比如轴承磨损以及电机转子与定子 磨损(扫膛)时产生的)会直接落在绕 组上. 绕组中聚集了金属屑后, 发生短 路只是一个时间问题. 需要特别提请注意的是双级压缩 机. 在双级压缩机中, 回气以及正常的 回油直接进入第一级(低压级)气缸, 压缩后经中压管进入电机腔冷却绕组, 然后和普通单级压缩机一样, 进入第二 级 (高压级气缸) . 回气中带有润滑油, 已经使压缩过程如履薄冰, 如果再有回 液,第一级气缸的阀片很容易被打碎. 碎阀片经中压管后可进入绕组.因此, 双级压缩机比单级压缩机更容易出现金 属屑引起的电机短路. 不幸的事情往往凑到一块,出问题 的压缩机在开机分析时闻道的常常是润 滑油的焦糊味.金属面严重磨损时温度 是很高的,而润滑油在 175?C 以上时开 始焦化.系统中如果有较多水分(真空 抽得不理想, 润滑油和制冷剂含水量大, 负压回气管破裂后空气进入等) , 润滑油 就可能出现酸性.酸性润滑油会腐蚀铜 管和绕组绝缘层,一方面,它会引起镀 铜现象;

另一方面,这种含有铜原子的 酸性润滑油的绝缘性能很差,为绕组短 路提供了条件. 3.接触器问题 接触器是电机控制回路中重要部件之 一, 选型不合理可以毁坏最好的压缩机. 按负载正确选择接触器是极其重要的. 接触器必须能满足苛刻的条件, 如快速 循环,持续超载和低电压.它们必须有 足够大的面积以散发负载电流所产生的 热量,触点材料的选择必须在启动或堵 转等大电流情况下能防止焊合. 为了安全可靠,压缩机接触器要同时断 开三相电路.谷轮公司不推荐断开二相 电路的方法. 在美国,谷轮公司认可的接触器必 须满足如下四项: ? 接触器必须满足 ARI 标准 780-78 专用接触器标准 规定的工作和 测试准则. ? 制造商必须保证接触器在室温下, 在最低铭牌电压的 80%时能闭合. ? 当使用单个接触器时,接触器额 定电流必须大于电机铭牌电流额 定值(RLA). 同时,接触器必须能 承受电机堵转电流.如果接触器 下游还有其它负载,比如电机风 扇等,也必须考虑. ? 当使用两个接触器时,每个接触 器的分绕组堵转额定值必须等于 或大于压缩机半绕组堵转额定 值. 接触器的额定电流不能低于压缩 机铭牌上的额定电流. 规格小或质量低 劣的接触器无法经受压缩机启动, 堵转 和低电压时的大电流冲击, 容易出现单 相或多相触点抖动, 焊接甚至脱落的现 象,引起电机损坏. 触点抖动的接触器频繁地启停电 机. 电机频繁启动, 巨大的启动电流和 发热,会加剧绕组绝缘层的老化.每次 启动时, 磁性力矩使电机绕组有微小的 移动和相互摩擦. 如果有其它因素配合 (如金属屑,绝缘性差的润滑油等) , 很容易引起绕组间短路. 热保护系统并 未设计成能防止这种毁坏. 此外, 抖动 的接触器线圈容易失效. 如果有接触线 圈损坏,容易出现单相状态. 如果接触器选型偏小, 触头不能承 受电弧和由于频繁开停循环或不稳定 控制回路电压产生的高温, 可能焊合或 从触头架中脱落. 焊合的触头将产生永 久性单相状态, 使过载保护器持续地循 环接通和断开. 需要特别强调的是, 接触器触点焊 合后,依赖接触器断开压缩机电源回路 的所有控制(比如高低压控制,油压控 制,融霜控制等)将全部失效,压缩机 处于无保护状态. 因此,当电机烧毁后,检查接触器 是必不可少的工序.接触器是导致电机 损坏的一个常常被人遗忘的重要原因. 4.电源缺相和电压异常 电压不正常和缺相可以轻而易举地 毁掉任何电机.电源电压变化范围不能 超过额定电压的±10%.三相间的电压 不平衡不能超过 5%. 大功率电机必须独 立供电,以防同线其他大功率设备启动 和运转时造成低电压.电机电源线必须 能够承载电机的额定电流. 如果发生缺相时压缩机正在运转, 它将继续运行但会有大的负载电流.电 机绕组会很快过热,正常情况下压缩机 会被热保护.当电机绕组冷却至设定温 度,接触器会闭合,但压缩机启动不起 来,出现堵转,并进入 堵转-热保护 -堵转 死循环. 现代电机绕组的差别非常小,电源 三相平衡时相电流的差别可以忽略.理 想状态下,相电压始终相等,只要在任 一相上接一个保护器就可以防止过电流 造成的损坏.实际上很难保证相电压的 平衡. 电压不平衡百分数计算方法为,相 电压与三相电压平均值的最大偏差值与 三相电压平均值比值. 例如,标称 380V 三相电源,在压缩机接线端测量的电压 分别为 380V,366V,400V. 可以计算出三 相电压平均值 382V, 最大偏差为 20V, 所以电压不平衡百分数为 5.2%. 作为电压不平衡的结果, 在正常运 行使负载电流的不平衡是电压不平衡 百分点数的 4-10 倍.前例中, 5.2% 不平衡电压可能引起 50%的电流不平 衡. 美国国家电器制造商协会(NEMA) 电动机和发电机标准出版物指出, 由不 平衡电压造成的相绕组温升百分比大 约是电压不平衡百分点数平方的两倍. 前例中电压不平衡点数为 5.2,绕组温 度增加的百分数为 54%. 结果是一相 绕组过热而其他两个绕组温度正常. 一份由 U.L.(保险商实验室,美国) 完成的调查显示, 4........