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有限公司瀏覽量：載入中...發布時間：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荷運轉甚至堵轉，是電機損壞的主要原因之一。
  電機的損壞主要表現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現，終可能導致繞組燒毀。繞組燒毀后，掩蓋了一些導致燒毀的現象或直接原因，使得事后分析和原因調查比較困難。然而，電機的運轉離不開正常的電源輸入，合理的電機負荷，良好的散熱和繞組漆包線絕緣層的保護。從這幾方面入手，不難發現繞組燒毀的原因不外乎如下六種：(1)異常負荷和堵轉;(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. 異常負荷和堵轉
  電機負荷包括壓縮氣體所需負荷以及克服機械摩擦所需負荷。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，將增加電機負荷。潤滑失效，摩擦阻力增大，是負荷異常的首要原因。回液稀釋潤滑油，潤滑油過熱，潤滑油焦化變質，以及缺油等都會破壞正常潤滑，導致潤滑失效。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潤滑油高溫變稀甚至焦化，影響正常油膜的形成。系統回油不好，壓縮機缺油，自然無法維持正常潤滑。曲軸高速旋轉，連桿活塞等高速運動，沒有油膜保護的摩擦面會迅速升溫，局部高溫使潤滑油迅速蒸發或焦化，使該部位潤滑更加困難，數秒鐘內可引起局部嚴重磨損。潤滑失效，局部磨損，使曲軸轉動需要更大力矩。小功率壓縮機(如冰箱，家用空調壓縮機)由于電機扭矩小，潤滑失效后常出現堵轉(電機無法轉動)現象，并進入“堵轉-熱保護-堵轉”死循環，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，電機功率會在一定范圍內隨負荷而增大，從而引起更為嚴重的磨損，甚至引起咬缸(活塞卡在氣缸內)，連桿斷裂等嚴重損壞。
  堵轉時的電流(堵轉電流)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電流。由于電阻放熱量與電流的平方成正比，啟動和堵轉時的電流會使繞組迅速升溫。熱保護可以在堵轉時保護電極，但一般不會有很快的響應，不能阻止頻繁啟動等引起的繞組溫度變化。頻繁啟動和異常負荷，使繞組經受高溫考驗，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，或將低溫壓縮機用于高溫，都會影響電機負荷和散熱，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(如金屬屑構成導電回路，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首。壓縮機運轉時的正常振動，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子與定子磨損(掃膛)時產生的)會直接落在繞組上。繞組中聚集了金屬屑后，發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，負壓回氣管破裂后空氣進入等)，潤滑油就可能出現酸性。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，持續超載和低電壓。它們必須有足夠大的面積以散發負載電流所產生的熱量，觸點材料的選擇必須在啟動或堵轉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，谷輪公司認可的接觸器必須滿足如下四項：
  · 接觸器必須滿足ARI標準780-78“接觸器標準”規定的工作和測試準則。
  · 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電流。
  · 如果接觸器下游還有其它負載，比如電機風扇等，也必須考慮。
  · 當使用兩個接觸器時，每個接觸器的分繞組堵轉額定值必須等于或大于壓縮機半繞組堵轉額定值。
  接觸器的額定電流不能低于壓縮機銘牌上的額定電流。規格小或質量低劣的接觸器無法經受壓縮機啟動，堵轉和低電壓時的大電流沖擊，容易出現單相或多相觸點抖動, 焊接甚至脫落的現象，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。熱保護系統并未設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，容易出現單相狀態。
  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或不穩定控制回路電壓產生的高溫，可能焊合或從觸頭架中脫落。焊合的觸頭將產生性單相狀態，使過載保護器持續地循環接通和斷開。
  需要特別強調的是，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。
  因此，當電機燒毀后，檢查接觸器是必不可少的工序。接觸器是導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備啟動和運轉時造成低電壓。電機電源線必須能夠承載電機的額定電流。
  如果發生缺相時壓縮機正在運轉，它將繼續運行但會有大的負載電流。電機繞組會很快過熱，正常情況下壓縮機會被熱保護。當電機繞組冷卻至設定溫度，接觸器會閉合，但壓縮機啟動不起來，出現堵轉，并進入“堵轉-熱保護-堵轉”死循環。
  現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。
  電壓不平衡百分數計算方法為,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數為5.2%。
  作為電壓不平衡的結果，在正常運行使負載電流的不平衡是電壓不平衡百分點數的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會(NEMA)電動機和發電機標準出版物指出，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平方的兩倍。前例中電壓不平衡點數為5.2，繞組溫度增加的百分數為54%. 結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。蒸發溫度越低，系統質量流往往越小。當蒸發溫度很低時(超過制造商的規定)，流量就不足以冷卻電機，電機就會在較高溫度下運轉。空氣冷卻型壓縮機(一般不超過10HP)對回氣的依賴性小，但對壓縮機環境溫度和冷卻風量有明確要求。
  制冷劑大量泄漏也會造成系統質量流減小，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現制冷劑大量泄漏了。
  電機過熱后會出現頻繁保護，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荷與冷卻。由于不同溫區的壓縮機的價格不同，過去國內冷凍行業超范圍使用壓縮機是比較常見的。隨著專業知識的增長和經濟條件的改善，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被人們淡忘了，但制冷行業中還有一些現場施工人員保留了過去的習慣――用壓縮機抽真空。這是非常危險的。
  空氣扮演著絕緣介質的角色。密閉容器內抽真空后，里面的電極之間的放電現象就很容易發生。因此，隨著壓縮機殼體內的真空度的加深，殼內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，一旦通電，電機可能在瞬間內短路燒毀。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，并且在系統和壓縮機處于真空狀態時(抽完真空還沒有加制冷劑)，嚴禁給壓縮機通電。
  7. 總結
  電機燒毀后，掩蓋了繞組損壞的現象，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荷甚至堵轉，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行;電機賴以運轉的電源出現異常，將從根本上毀掉任何電機;用壓縮機抽真空，可能引起內接線柱放電。
  不幸的是，上述不利因素還會相互引發：異常負荷和堵轉時的大電流可能導致接觸器焊合;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，是避免壓縮機電機損壞的根本方法。

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