丁新 王丽杰
摘要：電机和电器产品中存在各式各样的引线连接，不同的应用环境对引线连接方式和结构有不同的要求。随着电机和电器产品功率的不断增大和应用环境变恶劣，对引线连接的可靠性提出了更高的要求。本文通过介绍多种引线连接方式，并对已发生的引线烧损故障进行分析，为后续引线连接的结构设计、工艺制造和检查分析提供依据。
关键词：引线连接;烧损故障;结构设计
一、 引言：
电机和电器产品中存在着各种各样的引线连接，与传统的钢结构连接不同，引线材质一般为铜材，而连接螺栓一般为钢材。引线连接不仅有力学性能要求，还有电气性能要求。在实际应用过程中，不仅外部环境会对引线连接的可靠性产生影响，引线连接自身也会发热，导致引线连接的可靠性降低，甚至产生烧损故障。
二、 引线连接方式介绍
目前比较成熟的引线连接方式有：焊接、螺栓连接、连接器连接。以下主要介绍引线连接中的螺栓连接方式。
（一）铜扁线平面接触，螺栓固定
例如两个铜扁线的宽面接触，中间靠螺栓进行压紧。
连接特点：连接方式较为简单、可靠，可应用于直流和交流场合。
连接注意事项：
1.铜扁线的接触面要平整，在螺栓未施加预紧力的情况下要能紧密贴合;
2.压紧螺栓要求至少为两个，否则存在连接面转动的风险。
3.螺栓底部要使用大平垫，或者垫板，否则容易造成应力集中，导致连接线变形，甚至影响接触面
4.螺栓要有锁紧措施，尤其是在承受振动、热应力的情况。
5.连接完成后，要检查接触面是否足够大，一般要求有效接触面大于铜线横截面两倍以上。
6.在特殊场合，如振动、热应力较大的情况下，连接部位不能悬空过长，否则需要施加辅助固定措施。
（二）圆柱导线通过螺栓端面与扁铜线连接
这种连接方式在电机、电抗器引出线端子上较常见。
连接特点：从电流通路模型分析可知，电流导通横截面存在较大变化，一般接触面要小于圆柱导线的横截面，在电流剧烈波动的情况下存在电磁热甚至产生火花的风险。
连接注意事项：
1. 结构设计时应避免螺母/螺纹起导电作用，即螺母不能既用于导电，又用于产生预紧力。
2. 圆柱导线和扁铜线均应可靠固定，避免悬空过长导致结构不稳定。
3. 防松措施应避免采用螺纹锁固剂，尤其是直接与接触面连接的部位，螺纹锁固剂容易造成接触电阻变大，影响导电。
4. 由于连接螺纹为铜材，热应力和热变形较大，结构设计和制定工艺参数时应充分考虑使用过程中预紧力下降带来的风险。
5. 应用于高速旋转部位时，应考虑离心力带来的连接失效风险。
（三）圆柱导线与圆柱导线间的异形连接
这种连接方式不常用，仅在某些极特殊的场合（如空间限制、某一部位已成型而无法再做变动），此处不做详细介绍。
三、实际应用中发生的故障、原因分析和解决措施
实际应用中，引线连接部位烧损故障时有发生，给企业造成了巨大损失。
（一）铜扁线平面连接发生的故障
此处以某出口发电机为例，分析故障发生的原因。2019年公司出口非洲的某型发电机，转子上某处引线连接出现烧损故障，后经拆解未出厂电机，分析故障原因为引线连接接触面不足导致引线烧损。详细情况如图一：
原因分析：1.目测检查，引线上螺栓孔周围有明显的下凹，结合塞尺检查结果发现：两根引线只有螺栓孔周围的连接面接触了，其余部分均存在间隙。引线连接的接触面不足是导致引线烧损的直接原因。2.引线悬空部位过长，转子高速旋转时产生的周期性振动，加剧了引线连接失效，是导致引线烧损的间接原因。
解决措施：1.后续引线连接安装螺栓前，用专用夹具将两根连接引线调平，确保在预紧之前两个铜扁线能充分接触，同时在螺母下增加厚垫板，确保螺栓的压紧力均匀分布在引线连接的接触面上。2.在引线连接部位增加辅助固定措施，减少引线悬空长度，增加引线连接的整体强度。
经过改进后，此处引线连接再没有发生烧损故障。
（二）圆柱导线与铜扁线连接发生烧损
以已发生烧损故障的发电机转子引线连接为例介绍，详细情况如下图二：
通过分析和试验验证，得出以下结论：
1. 热膨胀引起的螺杆预紧力下降约15.5%。
2. 涂抹螺纹锁固剂对接触电阻值的影响约10-15%。
3. 铜螺母材质杂质含量高导致接触电阻增加了40%。
4. 螺母与螺杆不垂直，导致压接处损失接触面约40%。
原因分析：此处引线连接烧损为4种综合原因导致。失效机理主要原因是引线与铜平垫和铜螺母接触不良，在高速旋转和振动条件下，接触电阻急剧增大导致过热或虚接打火，引起引线烧损
解决措施：由于电机结构已固定，热膨胀和热冲击无法彻底消除，只能对导致故障发生的85%的原因进行改进。具体措施如下：
1. 改进铜螺杆结构，在连接处增加六方凸台，增大接触面积，同时也避免了用底部螺母的螺纹导电。
2. 不再使用螺纹锁固剂防松，改用扣片和双螺母防松。
3. 严格检测、控制铜螺母材质和杂质含量，减少接触电阻。
4. 提高螺杆和螺母的螺纹加工精度，确保连接处实际接触面符合要求，同时也避免了接触面应力集中的风险。
上述改进实施后，该型转子此处引线再未发生烧损故障。
四、结束语
引线连接是电气产品设计和制造的基础要求。虽然从表面上看此处结构并不复杂，但是产品具体应用中引线发生的烧损故障和带来的经济损失却不能忽视。因此，重视、加强基础设计和基础工艺十分重要，只有这样才能避免“千里之堤，溃于蚁穴”。
作者简介：
丁新（1982-）;性别：男;籍贯：山西省永济市;学历：本科，职称：高级工程师;单位名称：中车永济电机有限公司;研究方向：电机电器设计与制造。
猜你喜欢结构设计房屋建筑结构设计中的应用优化技术研究中国房地产业·上旬(2021年8期)2021-08-12一种轻量化自卸半挂车结构设计智富时代(2019年2期)2019-04-18一种轻量化自卸半挂车结构设计智富时代(2019年2期)2019-04-18建筑结构设计中的安全隐患及提升对策简述居业(2018年4期)2018-10-24绿色建筑结构设计指南神州·上旬刊(2017年9期)2017-10-15水池结构设计中几个易忽视问题的探讨科学与财富(2017年20期)2017-07-10汽车电气系统结构设计及常见故障检修分析未来英才(2016年20期)2017-01-03石家庄万达广场商业综合体结构设计建筑建材装饰(2016年6期)2016-10-14高墩滑模模板设计及计算企业技术开发·中旬刊(2016年7期)2016-05-14带裙楼的高位转换高层结构设计探讨科学与财富(2016年8期)2016-05-12 相关热词搜索： 引线 故障分析 连接