电动机绕组匝间绝缘介电强度试验分析
三相异步电动机绕组匝间绝缘介电强度试验分析
郑春兵
海军驻青岛造船厂军事代表室，山东青岛（266001）
摘
要
主要讲述三相异步电动机利用高压脉冲冲击波形比较法进行绕组线圈匝间绝缘介
电强度试验的原理，波形显示及故障表现。并根据工作中的事例对H315及以上机座号电机线圈匝间绝缘介电强度试验进行分析，阐明了电动机匝间绝缘介电强度试验存在一定的不确定性因素，提出了加强检测的方法和措施。
关键词
匝间绝缘介电强度；高压脉冲；绕组绝缘；衰减振荡频率
文献标识码：B
7281（2011）04-0043-03文章编号：1008-中图分类号：TM305．2
Analysis on Interturn Insulating Dielectric Strength Test of
Three-Phase Induction Motor
Zheng Chunbing
Abstract
This paper mainly describes the principle ，waveform display and fault status of
interturn insulating dielectric strength test of three-phase induction motor windings based on the comparative method of high-voltage pulse impact waveform．The test performed in the motor
factors in the test are indicated．The methods and measures are proposed to reinforce inspec-tion．Key words Interturn insulating dielectric strength ；high-voltage pulse ；winding insula-tion ；attenuation oscillation frequency 电强度测试同计算机应用相结合，采用高速A /D引言测试系统，实现了匝间绝缘介电强度波形的数字
with frame sizes 315and more is analyzed according to the cases in work ，and the uncertainty
定子是电机的心脏，定子线圈匝间绝缘性能化，通过微机对匝间绝缘介电强度波形的几个参量
直接关系到整台电机的使用寿命。所以定子绕组绝缘性能检测是电机检测的重点，一般要经过两次检测。一是定子接完线浸漆前的定子线圈匝间绝缘介电强度检测；二是电机整机装配完成后的整机匝间绝缘介电强度性能试验。
电机绕组线圈冲击匝间绝缘介电强度检测，传统方法是电机在130%额定电压下运行3min ，看电机是否烧坏，来判定电机合格与否。这种方法对电机造成一定的损害，且浪费电能。19世纪80年代中后期，推出了高压脉冲冲击波形比较法，将具有规定峰值电压和波前时间的冲击电压波，交替地（或同时）直接施加于同一台电机的被测绕组上，利用冲击电压波在三相绕组中引起的衰减振荡波形差异，由人工判定来检测电机匝间绝缘是否良好，此方法受人为因素影响较大。近几年随着电机微机测试技术的发展，电机匝间绝缘介
进行计算处理，得出波形的量化指标：衰减率、频率微机通过计算比较，自动判断。和积分面积，
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匝间绝缘介电强度冲击波形比较
法进行试验的原理
高速A /D测试系统以高压脉冲对电机绕组线圈进行等效过电压模拟试验。通过仪器显示的
进行观察、对比与分析，判定绕组的匝间绝波形，
缘好坏。当线圈发生直接固体短路故障时，会形成匝间短路，将明显改变绕组的电感、电容和电阻。对尚有一定绝缘介电强度的匝间绝缘薄弱点，在没有达到使薄弱点击穿而暴露之前，其绕组电感、电阻和电容基本上无明显变化，因而无法观察故障。当试验电压超过绝缘薄弱点的耐压值时，会造成匝间绝缘击穿，产生火花放电并伴有放电声。同时明显改变绕组的电感、电容和电阻，进
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而改变冲击试验电压波在绕组中的衰减振荡频率和衰减速率，使三相绕组的试验波形产生差异。同一台电机的三相绕组，其各绕组的电容、电感和电阻的设计值通常是对称和平衡的，
匝间绝缘良好，波形重合，波形显示如图1。由于施加的高压脉冲波前时间短，能量小，故被认为是无损试验
。
图1绕组匝间绝缘介电强度试验冲击波形图
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匝间绝缘介电强度波形比较法的
判别因素和标准
对于中小型三相异步电动机匝间绝缘介电强度试验，根据国家标准，散嵌定子试验峰值电压为
3100V ，成型线圈峰值电压3400V ，波前时间0．5μs 。匝间绝缘介电强度试验波形的振幅，振频应根据所试电机进行调整，
以显示2～3个完整正弦波为最佳。从日常检测可知，
影响绝对差值和面积差值的最大因素是匝间短路或匝间绝缘不良，匝间短路使能量损耗迅速加大，波形衰减加快，
绝对差值、面积差值增大。由于制造工艺、材料等影响使绝对差值有2%～5%的变化，面积差值有1%～2%的变化，
这一变化并非由匝间短路引起；测试仪受温度、电源变化等影响，出现的重
复精度误差绝对差值和面积差值为0．5%～1%；匝间短路，电晕放电，一匝短路、多匝短路或层间短路，将引起绝对差值和面积差值有8%～15%的变化（或更大）。如何将正常因素与故障因素对绝对差值、
面积差值的影响分开，这是确定绝对差值和面积差值大小的关键。绝对差值和面积差值的设定没有统一的标准，一般根据电机类型和生产工艺来确定。机器绕线和嵌线的定子，绝对差值可放于4%～5%，面积差值可放于2%～3%，而手工绕嵌的定子或材料不稳定的定子，绝对差值可放于8%～10%，面积差值可放于3%～4%左右。有些型号的电机定子匝间绝缘介电强度波形图受转子影响，两极电机最明显，当转子转换方向后，44
匝间绝缘介电强度波形有可能恢复正常，这种情况下，转子应转换方向多试几次，不易盲目下结论。根据多年的试验经验，对于中小型低压三相异步电动机，
一般将三相波形重合度绝对差值设为15%，面积差值设为10%。有关线圈的各种故障在这一测试过程中都能不同程度的体现出来，便于对定子绕组存在故障的电机进行局部修理。
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绕组存在故障电机的匝间绝缘介
电强度波形判别
由于在被试电机的三相绕组中，绝缘故障部
位同时出现和故障程度完全相同的机率甚小，即使完全相同，
通过观察三相波形的平滑度也可判定是否存在故障。三相绕组匝间绝缘存在缺陷时，
在一定的冲击电压下将被击穿而造成线圈短路，匝间绝缘介电强度波形中的绝对差值或面积
差值超出试验标准，并伴有放电火花和放电声，如图2、图3所示
。图2
绕组匝间绝缘介电强度试验冲击波形图
图3
绕组匝间绝缘介电强度试验冲击波形图
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非匝间绝缘故障因素对电机匝间
绝缘介电强度波形的影响
利用高压脉冲冲击波形比较法测试电机匝间绝缘介电强度时，除线圈绝缘损伤短路外，当绕组
有部分接错线或嵌错槽为非对称故障时，也会改变绕组阻抗，使匝间绝缘介电强度波形显示异常，异常程度随接错或嵌错的程度而不同，如图4所示。当三相绕组全部同样接错或嵌错时，其阻抗是对称和平衡的，
三相波形重合，匝间绝缘介电强
度波形不显示故障。此时可通过电机的三相电流，确认是否存在故障
。
图4绕组匝间绝缘介电强度试验冲击波形图
当三相绕组中有一相或两相断线或接错造成断路时，试验中将有一相或两相不显示匝间绝缘介电强度波形，
只显示两条或一条波形，断路相显示为逐渐趋向中心线的弧线，如图5所示
。
图5
绕组匝间绝缘介电强度试验冲击波形图
5电机匝间绝缘故障的不确定性因素体现当电机三相绕组间或绕组与铁心间施加冲击电压时，若绝缘无故障，则因绕组间和对地绝缘的阻抗甚大，试验时冲击振荡波形不成回路。若绝缘有故障，则随故障发生部位的不同，冲击波会显示一定的振荡，
并伴有放电火花和放电声。对绕组绝缘故障难以修复的，
一般再做130%的额定电压冲击试验，若电压冲击试验电机正常，再做匝间绝缘介电强度波形试验，
如果仍显示波形故障，并有放电声或放电火花，表明电机匝间绝缘存在隐患。对存在匝间绝缘介电强度波形故障的电机，
只有波形故障排除后，才可确认电机线圈隐患消失，如果不能排除，说明绕组存在隐患，需重新更换线圈。电机匝间故障的不确定性因素事例如下。5．1
一台Y400L-8-H 电机，在出厂试验测试时，其他各项参数性能符合要求，但匝间绝缘介电强
度波形明显存在故障隐患，绝对差值达到87%，电机拆开后对定子进行测试，波形无变化，看不到打火部位，
但可听到放电声，进行局部修理后，故障无法排除。于是决定装上转子，做130%额定电压匝间冲击，重新对各项参数进行测试，可问题依然存在。很明显电机线圈存在一定的绝缘隐患，通过重新下线，线圈隐患排除，绕组匝间绝缘介电强度波形正常。5．2
试验中有时匝间绝缘介电强度波形正常，但做130%的额定电压冲击试验时，电机烧坏，这是电机运转过程中，
异物撞击线圈造成匝间或电机运转中线圈温度升高，使线圈或引线的薄弱环节问题突显出来，造成电机烧坏。09年10月份，一台Y355L2-6-H 电机在做出厂试验时，各项电气性能参数完全符合要求，在做试验时，大约运行1min 130%额定电压冲击
左右，电机起火冒烟，线圈
烧坏。拆开后发现电机引线连接处短路，造成电机绕组烧坏。6结语综上所述，电机绕组匝间绝缘隐患存在一定的不确定性，对于中小型鼠笼式三相异步电动机定子
线圈，利用匝间绝缘介电强度冲击波形试验，可以检测出线圈的绝缘隐患，
并通过局部修理排除故障，是今后电机定子线圈匝间绝缘介电强度试验的有效方法。同时，由于电机线圈绝缘隐患的不确定性，
对H315及以上电机在做匝间绝缘介电强度冲击波形试验合格后，再做130%的额定电压冲击试验，
以保证电机不确定性隐患的突现，进一步排除电机线圈绝缘隐患，
保障电机质量。作者简介：郑春兵男1971年生；毕业于海军工程大
学机电管理专业，现从事船用机电设备检测与故障分析
工作．
收稿日期：2011-03-1145