摘要：高压交流鼠笼型电动机在电力生产过程中运十分广泛。但由于原理、结构、机械、制造、工艺、材质、运行的等等一系列复杂的原因共同作用，导致了笼型电机断条事故，由断条所引发的事故占全部电机事故的35%。分析和解决断条问题是电力生产中迫切需要解决的问题。本文从多方面分析了笼型电机的断条原因，并针对其原因提出了解决方案，着重从工艺上进行叙述。由于本人从事电机修造的时间不长，对这方面的研究还有待进一步探讨，希望各位专家能提出宝贵意见，以便以后能够解决更多的现场问题。
关键词：电机；笼条；故障；分析；处理
1 前言
异步电动机是一种将电能转变为机械能的交流电动机，又称感应电动机，高压异步电动机是指额定工作电压为3~10KV的交流电动机。
在电力生产过程中，高压电机广泛运用在汽轮机及锅炉辅机设备中，如球磨机拖动电机等。重载启动电机，在启动过程中，由于启动时间长，启动力矩大，易造成笼条断裂，给安全生产造成影响。
2 造成笼条断裂的主要原因
1）启动时转子笼条温度很高，使机械强度下降
根据电机的堵转等值电路可知其基本方程式
=
可知，由于定、转子实际阻抗Z1、Z2均很小，因而异步电机启动时的定转子电流都将很大的，造成转子笼条导体的温度升高，根据计算，短时笼条温度可达300℃，机械强度下降，容易断裂。
异步电机启动时起动电动很大而起动转矩不大，其主要原因是起动时转子功率因数很低。由
cosφ2st=
可知
由于x2＞＞r2，故cosφ2st≈0.2左右，这表明起动电流中主要是电感性的无功电流，它使供电系统的电压大幅下降，使起动转矩下降为额定转矩的0.9倍，而由于系统电压的下降使得很启动的时间进一步延长，而加剧转子笼条的损坏断裂。
2）为了使启动转矩有所提高，改善电机的启动特性，大多数重载启动电机都采用了深槽式或双笼式结构。内笼选用工业纯铜为原料，材质一般为T1、T2；外笼一般采用黄铜材料，其电阻较大，有助于起动特性的改善，其机械强度较高，增强抗断条能力。
起动时主要是外笼电流较大，发热严重，但黄铜材韧性较差，容易在端环部裂焊。
个别电机由于选用材质不佳，所含杂质较多，使得其机械性能进一步下降。
3）笼条和端环焊接方法不对，焊接内应力未彻底消除，端环变形导致开焊或断裂。
4）频敏起动和长期过载运行时产生的电磁力和机械的离心力的作用，导致笼条开焊或断裂。
5）对于个别深槽式电机，由于集肤效应，沿笼条高度方向电流分布是不均匀的，因而存在一个温差，这个温差在深槽笼条上可达几十度，而使笼条弓起来，发生形变，因而产生热应力。
另外，由于漏磁通的作用，使笼条产生电磁力，这个力与电流的平方成正比，把笼条拉向槽底，并以两倍于基波频率脉动，也会使金属疲劳断裂。
6）由于拖动机械的振动或经常的冲击负荷，也使转子笼条在槽内发生振动，尽而使之发生断裂或开焊。
7）制造原因，其中有设计原因即起动容量不够；还有工艺原因，包括焊接工艺不良，机加工有误差，造成笼条穿入时就受一个弯曲应力。
3、转子断条后的主要异常现象
笼型电动机一般转子冲片直径在Φ600mm以下，采用铸铝转子，而大中型电机一般采用双鼠笼转子。
1）判微的转子断条故障（如断1~2根笼条或开焊）通常不易察觉。只有转子故障扩大后，电机才会发生下列异常现象。
a.电机起动转矩下降
b.电机满载运行时，三相电流表指针周期性摆动；
c.转速偏低。
此外，转子还会有下列几种故障形式。
a.伸出铁芯部分的笼条拱起；
b.端部笼条沿转子旋转方向弯曲；
c.焊接的铜端环，在焊口接缝处断开；
d.笼条在槽内松动，起动时有火花等。
4、铜笼断条故障的修复
铜笼转子90%以上故障是导条与端环开焊或导条在端环焊接处断裂。一般断口裂缝不明显，如不仔细检查，就难以发现，断面一般呈平面，并有光亮，属于疲劳断裂。起动笼条故障多于工作笼条，其原因是由于导条焊接工艺不当，有热应力存在。同时导条在槽内松动，导条与端环孔配合不当等因素。当转子运行时，导条又遭受电磁力和离心力作用，造成了在焊接部位开焊或断裂。
检查方法是：可用手锤敲击，由声音来判别，断裂的导条会发出喑哑声。对于较大容量的转子可采用双台开口变压器来检查。两台开口变压器，一台供励磁，一台供测量。当励磁变压器通入单相交流电后，绕组有励磁电流流通，并以转子铁芯的闭合磁路，形成高变磁场。高变磁场切割笼条而感应电势，产生感应电流，此电流又会在其周围建立高变磁场，切割探测变压器线圈，感应电动势，在毫伏电压表上就有指示。当电压值比正常值小25%时，则表明笼条内有缩孔、夹杂物等缺陷，当电压值比正常值小5%以上时，则有断裂故障。
铜笼条与端环的联接，在现场的修理方法一般是采用氧—乙炔焰钎焊方式。采用这种工艺，要特别注意最大限度地消除或减小焊接后产生的应力，因为这种应力是再次产生断条的主要原因之一。
要掌握现场氧—乙炔银钎焊的工艺，是修理过程的重要一环。其主要工艺如下：
1）端环预热
在焊接前必须用两支以上焊枪，将端环均匀地加热至800℃左右，使之呈现红色。
2）焊接
端环与笼条周围用气焊枪加热至熔化状态，将银焊料熔化后填满在二者间隙中，采用对称交叉焊的方式，每边连续焊接最多不得多于3~5个。全部焊接完毕后，再将端环整体均匀加热至350~400℃，并做适当保温，使之慢慢冷却，以使其内部金属结构不发生变化，消除应力。
3）刷洗
待端环部温度降至150~200℃时，用10%~15%的柠檬酸水溶液刷洗焊接部位，去掉焊接溶剂。
4）热水冲洗
用50~70℃的热水充分冲洗转子，特别是将焊接处的溶剂冲洗干净。
5）烘干
待热水将转子冲洗干净后，滴尽余水，将转子置入烘干房中，在115℃±5℃温度下，烘干3~4小时，自然冷却后即可转入机械加工及平衡试验环节。
在焊接过程中，一般采用的焊料是含银2%的银基磷铜钎料，即2%Ag-p-Cu钎料。其成分Ag1.8%~2%,P6%~6.7%，其余为Cu，因含有一定一定量的磷，所以钎焊的塑性较差，但硬度较高。
对于少量笼条断裂故障时，一般是铣床上铣去断裂笼条与端环焊接处，打出已断笼条，消除槽内杂物，换入同规格和材质的笼条，重新焊接。
对于大量笼条断裂的电机，要将端环加扒下，并将其进行机加工，机械配合精度不够时，仍会产生笼条断裂。
将新的笼条穿入槽内后，要求笼条与端环孔内的配合间隙为0.1mm左右，后按上述工艺进行焊接。
对于高速电动机（一般指2极电机），为减少端环离心应力，在端环一端一般套有合金钢或玻璃钢护环，所以在重新焊接端环后，由于端环变形，原来的配合被破坏，这时就需要在端环上紫铜焊条堆焊一层，然后加工到原来配合公差，一般采用过渡配合。
另外，断条的一个重要原因为笼条振动，因此，采取措施，减少晃动，就可以预防断条事故的发生。一般现场采用如下方法：
1）洋铳把转子槽口在沿全长几个局部地方打下去，这样能压住笼条，使之不能振动。
2）用环氧树脂灌入槽内间隙，固化后，笼条位置也被固定。
5、总结
鼠笼式感应高压电机由于结构简单，制造容易，价格较低，解决了转子断条问题后，运行的稳定性、可靠性、经济性，进一步得到了保证。据有关统计，由于转子笼条断裂及其所引发定子故障，占电机总故障的35%，解决了断条事故，就能使电动机更好地为电力生产服务，为国民经济服务。
论文作者:封全越
论文发表刊物:《电力设备》2018年第27期
论文发表时间:2019/3/12
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