壓縮機常見故障分析(1)--電機燒毀

來源：上海川悅自動化系統(tǒng)有限公司瀏覽量：載入中...發(fā)布時間：2017.12.27

  電動機壓縮機(以下簡稱壓縮機)的故障可分為電機故障和機械故障(包括曲軸，連桿，活塞，閥片，缸蓋墊等)。機械故障往往使電機超負(fù)荷運轉(zhuǎn)甚至堵轉(zhuǎn)，是電機損壞的主要原因之一。
  電機的損壞主要表現(xiàn)為定子繞組絕緣層破壞(短路)和斷路等。定子繞組損壞后很難及時被發(fā)現(xiàn)，終可能導(dǎo)致繞組燒毀。繞組燒毀后，掩蓋了一些導(dǎo)致燒毀的現(xiàn)象或直接原因，使得事后分析和原因調(diào)查比較困難。然而，電機的運轉(zhuǎn)離不開正常的電源輸入，合理的電機負(fù)荷，良好的散熱和繞組漆包線絕緣層的保護。從這幾方面入手，不難發(fā)現(xiàn)繞組燒毀的原因不外乎如下六種：(1)異常負(fù)荷和堵轉(zhuǎn);(2)金屬屑引起的繞組短路; (3)接觸器問題;(4)電源缺相和電壓異常;(5)冷卻不足;(6)用壓縮機抽真空。實際上，多種因素共同促成的電機損壞更為常見。
  1. 異常負(fù)荷和堵轉(zhuǎn)
  電機負(fù)荷包括壓縮氣體所需負(fù)荷以及克服機械摩擦所需負(fù)荷。壓比過大，或壓差過大，會使壓縮過程更為困難;而潤滑失效引起的摩擦阻力增加，以及極端情況下的電機堵轉(zhuǎn)，將增加電機負(fù)荷。潤滑失效，摩擦阻力增大，是負(fù)荷異常的首要原因。回液稀釋潤滑油，潤滑油過熱，潤滑油焦化變質(zhì)，以及缺油等都會破壞正常潤滑，導(dǎo)致潤滑失效。回液稀釋潤滑油，影響摩擦面正常油膜的形成，甚至沖刷掉原有油膜，增加摩擦和磨損。壓縮機過熱會引起使?jié)櫥透邷刈兿∩踔两够绊懻Ｓ湍さ男纬伞Ｏ到y(tǒng)回油不好，壓縮機缺油，自然無法維持正常潤滑。曲軸高速旋轉(zhuǎn)，連桿活塞等高速運動，沒有油膜保護的摩擦面會迅速升溫，局部高溫使?jié)櫥脱杆僬舭l(fā)或焦化，使該部位潤滑更加困難，數(shù)秒鐘內(nèi)可引起局部嚴(yán)重磨損。潤滑失效，局部磨損，使曲軸轉(zhuǎn)動需要更大力矩。小功率壓縮機(如冰箱，家用空調(diào)壓縮機)由于電機扭矩小，潤滑失效后常出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)(電機無法轉(zhuǎn)動)現(xiàn)象，并進入“堵轉(zhuǎn)-熱保護-堵轉(zhuǎn)”死循環(huán)，電機燒毀只是時間問題。而大功率半封閉壓縮機電機扭矩很大，局部磨損不會引起堵轉(zhuǎn)，電機功率會在一定范圍內(nèi)隨負(fù)荷而增大，從而引起更為嚴(yán)重的磨損，甚至引起咬缸(活塞卡在氣缸內(nèi))，連桿斷裂等嚴(yán)重?fù)p壞。
  堵轉(zhuǎn)時的電流(堵轉(zhuǎn)電流)大約是正常運行電流的4-8倍。電機啟動瞬間，電流的峰值可接近或達到堵轉(zhuǎn)電流。由于電阻放熱量與電流的平方成正比，啟動和堵轉(zhuǎn)時的電流會使繞組迅速升溫。熱保護可以在堵轉(zhuǎn)時保護電極，但一般不會有很快的響應(yīng)，不能阻止頻繁啟動等引起的繞組溫度變化。頻繁啟動和異常負(fù)荷，使繞組經(jīng)受高溫考驗，會降低漆包線的絕緣性能。
  此外，壓縮氣體所需負(fù)荷也會隨壓縮比增大和壓差增大而增大。因此將高溫壓縮機用于低溫，或?qū)⒌蜏貕嚎s機用于高溫，都會影響電機負(fù)荷和散熱，是不合適的，會縮短電極使用壽命。
  繞組絕緣性能變差后，如果有其它因素(如金屬屑構(gòu)成導(dǎo)電回路，酸性潤滑油等)配合，很容易引起短路而損壞。
  2. 金屬屑引起的短路
  繞組中夾雜的金屬屑是短路和接地絕緣值低的罪魁禍?zhǔn)住嚎s機運轉(zhuǎn)時的正常振動，以及每次啟動時繞組受電磁力作用而扭動，都會促使夾雜于繞組間的金屬屑與繞組漆包線之間的相對運動和摩擦。棱角銳利的金屬屑會劃傷漆包線絕緣層，引起短路。
  金屬屑的來源包括施工時留下的銅管屑，焊渣，壓縮機內(nèi)部磨損和零部件損壞(比如閥片破碎)時掉下的金屬屑等。對于全封閉壓縮機(包括全封閉渦旋壓縮機)，這些金屬屑或碎粒會落在繞組上。對于半封閉壓縮機，有些顆粒會隨氣體和潤滑油在系統(tǒng)中流動，由于磁性聚集在繞組中;而有些金屬屑(比如軸承磨損以及電機轉(zhuǎn)子與定子磨損(掃膛)時產(chǎn)生的)會直接落在繞組上。繞組中聚集了金屬屑后，發(fā)生短路只是一個時間問題。
  需要特別提請注意的是雙級壓縮機。在雙級壓縮機中，回氣以及正常的回油直接進入級(低壓級)氣缸，壓縮后經(jīng)中壓管進入電機腔冷卻繞組，然后和普通單級壓縮機一樣，進入第二級(高壓級氣缸)。回氣中帶有潤滑油，已經(jīng)使壓縮過程如履薄冰，如果再有回液，級氣缸的閥片很容易被打碎。碎閥片經(jīng)中壓管后可進入繞組。因此，雙級壓縮機比單級壓縮機更容易出現(xiàn)金屬屑引起的電機短路。
  不幸的事情往往湊到一塊，出問題的壓縮機在開機分析時聞道的常常是潤滑油的焦糊味。金屬面嚴(yán)重磨損時溫度是很高的，而潤滑油在175oC以上時開始焦化。系統(tǒng)中如果有較多水分(真空抽得不理想，潤滑油和制冷劑含水量大，負(fù)壓回氣管破裂后空氣進入等)，潤滑油就可能出現(xiàn)酸性。酸性潤滑油會腐蝕銅管和繞組絕緣層，一方面，它會引起鍍銅現(xiàn)象;另一方面，這種含有銅原子的酸性潤滑油的絕緣性能很差，為繞組短路提供了條件。
  3. 接觸器問題
  接觸器是電機控制回路中重要部件之一，選型不合理可以毀壞的壓縮機。按負(fù)載正確選擇接觸器是極其重要的。
  接觸器必須能滿足苛刻的條件，如快速循環(huán)，持續(xù)超載和低電壓。它們必須有足夠大的面積以散發(fā)負(fù)載電流所產(chǎn)生的熱量，觸點材料的選擇必須在啟動或堵轉(zhuǎn)等大電流情況下能防止焊合。
  為了安全可靠，壓縮機接觸器要同時斷開三相電路。谷輪公司不推薦斷開二相電路的方法。
  在美國，谷輪公司認(rèn)可的接觸器必須滿足如下四項：
  · 接觸器必須滿足ARI標(biāo)準(zhǔn)780-78“接觸器標(biāo)準(zhǔn)”規(guī)定的工作和測試準(zhǔn)則。
  · 制造商必須保證接觸器在室溫下，在銘牌電壓的80%時能閉合。
  · 當(dāng)使用單個接觸器時，接觸器額定電流必須大于電機銘牌電流額定值(RLA). 同時，接觸器必須能承受電機堵轉(zhuǎn)電流。
  · 如果接觸器下游還有其它負(fù)載，比如電機風(fēng)扇等，也必須考慮。
  · 當(dāng)使用兩個接觸器時，每個接觸器的分繞組堵轉(zhuǎn)額定值必須等于或大于壓縮機半繞組堵轉(zhuǎn)額定值。
  接觸器的額定電流不能低于壓縮機銘牌上的額定電流。規(guī)格小或質(zhì)量低劣的接觸器無法經(jīng)受壓縮機啟動，堵轉(zhuǎn)和低電壓時的大電流沖擊，容易出現(xiàn)單相或多相觸點抖動, 焊接甚至脫落的現(xiàn)象，引起電機損壞。
  觸點抖動的接觸器頻繁地啟停電機。電機頻繁啟動，巨大的啟動電流和發(fā)熱,會加劇繞組絕緣層的老化。每次啟動時，磁性力矩使電機繞組有微小的移動和相互摩擦。如果有其它因素配合(如金屬屑，絕緣性差的潤滑油等)，很容易引起繞組間短路。熱保護系統(tǒng)并未設(shè)計成能防止這種毀壞。此外，抖動的接觸器線圈容易失效。如果有接觸線圈損壞，容易出現(xiàn)單相狀態(tài)。
  如果接觸器選型偏小，觸頭不能承受電弧和由于頻繁開停循環(huán)或不穩(wěn)定控制回路電壓產(chǎn)生的高溫，可能焊合或從觸頭架中脫落。焊合的觸頭將產(chǎn)生性單相狀態(tài)，使過載保護器持續(xù)地循環(huán)接通和斷開。
  需要特別強調(diào)的是，接觸器觸點焊合后，依賴接觸器斷開壓縮機電源回路的所有控制(比如高低壓控制，油壓控制，融霜控制等)將全部失效，壓縮機處于無保護狀態(tài)。
  因此，當(dāng)電機燒毀后，檢查接觸器是必不可少的工序。接觸器是導(dǎo)致電機損壞的一個常常被人遺忘的重要原因。
  4. 電源缺相和電壓異常
  電壓不正常和缺相可以輕而易舉地毀掉任何電機。電源電壓變化范圍不能超過額定電壓的±10%。三相間的電壓不平衡不能超過5%。大功率電機必須供電，以防同線其他大功率設(shè)備啟動和運轉(zhuǎn)時造成低電壓。電機電源線必須能夠承載電機的額定電流。
  如果發(fā)生缺相時壓縮機正在運轉(zhuǎn)，它將繼續(xù)運行但會有大的負(fù)載電流。電機繞組會很快過熱，正常情況下壓縮機會被熱保護。當(dāng)電機繞組冷卻至設(shè)定溫度，接觸器會閉合，但壓縮機啟動不起來，出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)，并進入“堵轉(zhuǎn)-熱保護-堵轉(zhuǎn)”死循環(huán)。
  現(xiàn)代電機繞組的差別非常小，電源三相平衡時相電流的差別可以忽略。理想狀態(tài)下，相電壓始終相等，只要在任一相上接一個保護器就可以防止過電流造成的損壞。實際上很難保證相電壓的平衡。
  電壓不平衡百分?jǐn)?shù)計算方法為,相電壓與三相電壓平均值的偏差值與三相電壓平均值比值. 例如，標(biāo)稱380V三相電源，在壓縮機接線端測量的電壓分別為380V,366V,400V. 可以計算出三相電壓平均值382V, 偏差為20V,所以電壓不平衡百分?jǐn)?shù)為5.2%。
  作為電壓不平衡的結(jié)果，在正常運行使負(fù)載電流的不平衡是電壓不平衡百分點數(shù)的4-10倍。前例中, 5.2%不平衡電壓可能引起50%的電流不平衡。
  美國國家電器制造商協(xié)會(NEMA)電動機和發(fā)電機標(biāo)準(zhǔn)出版物指出，由不平衡電壓造成的相繞組溫升百分比大約是電壓不平衡百分點數(shù)平方的兩倍。前例中電壓不平衡點數(shù)為5.2，繞組溫度增加的百分?jǐn)?shù)為54%. 結(jié)果是一相繞組過熱而其他兩個繞組溫度正常。
  一份由U.L.(保險商實驗室，美國)完成的調(diào)查顯示，43%的電力公司允許3%的電壓不平衡，另有30%的電力公司允許5%的電壓不平衡。
  5. 冷卻不足
  功率較大的壓縮機一般都是回氣冷卻型的。蒸發(fā)溫度越低，系統(tǒng)質(zhì)量流往往越小。當(dāng)蒸發(fā)溫度很低時(超過制造商的規(guī)定)，流量就不足以冷卻電機，電機就會在較高溫度下運轉(zhuǎn)。空氣冷卻型壓縮機(一般不超過10HP)對回氣的依賴性小，但對壓縮機環(huán)境溫度和冷卻風(fēng)量有明確要求。
  制冷劑大量泄漏也會造成系統(tǒng)質(zhì)量流減小，電機的冷卻也會受到影響。一些無人看管的冷庫等，往往要等到制冷效果很差時才會發(fā)現(xiàn)制冷劑大量泄漏了。
  電機過熱后會出現(xiàn)頻繁保護，有些用戶不深入檢查原因，甚至將熱保護器短路，那是非常糟糕的事情。過不了多久，電機就會燒掉。
  壓縮機都有安全運行工況范圍。安全工況主要的考慮因素就是壓縮機和電機的負(fù)荷與冷卻。由于不同溫區(qū)的壓縮機的價格不同，過去國內(nèi)冷凍行業(yè)超范圍使用壓縮機是比較常見的。隨著專業(yè)知識的增長和經(jīng)濟條件的改善，情況已明顯改善。
  6. 用壓縮機抽真空
  開啟式制冷壓縮機已經(jīng)被人們淡忘了，但制冷行業(yè)中還有一些現(xiàn)場施工人員保留了過去的習(xí)慣――用壓縮機抽真空。這是非常危險的。
  空氣扮演著絕緣介質(zhì)的角色。密閉容器內(nèi)抽真空后，里面的電極之間的放電現(xiàn)象就很容易發(fā)生。因此，隨著壓縮機殼體內(nèi)的真空度的加深，殼內(nèi)裸露的接線柱之間或絕緣層有微小破損的繞組之間失去了絕緣介質(zhì)，一旦通電，電機可能在瞬間內(nèi)短路燒毀。如果殼體漏電，還可能造成人員觸電。
  因此，禁止用壓縮機抽真空，并且在系統(tǒng)和壓縮機處于真空狀態(tài)時(抽完真空還沒有加制冷劑)，嚴(yán)禁給壓縮機通電。
  7. 總結(jié)
  電機燒毀后，掩蓋了繞組損壞的現(xiàn)象，給故障分析造成了一定的困難。然而引起壓縮機電機損壞的根本原因并不會消失。潤滑不良或失效時引起的異常負(fù)荷甚至堵轉(zhuǎn)，散熱不足，都會縮短繞組的壽命;繞組中夾雜了金屬屑更是為短路提供了變利;接觸器焊合將使壓縮機的保護無法執(zhí)行;電機賴以運轉(zhuǎn)的電源出現(xiàn)異常，將從根本上毀掉任何電機;用壓縮機抽真空，可能引起內(nèi)接線柱放電。
  不幸的是，上述不利因素還會相互引發(fā)：異常負(fù)荷和堵轉(zhuǎn)時的大電流可能導(dǎo)致接觸器焊合;單個觸點拉弧甚至焊合會引起相不平衡或單相;相不平衡會引起散熱問題;散熱不足會引起磨損;磨損會產(chǎn)生金屬屑…
  因此，正確安裝使用壓縮機，以及合理的日常維護，可以防止不利因素的出現(xiàn)，是避免壓縮機電機損壞的根本方法。

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