0　引　言
        电机是不均质体,从电机的构成和材料来看, 由绕组、浸漆、硅钢、钢材、绝缘胶、绑带、氧化膜绝 缘层、涂制绝缘层及加固用绝缘泥、槽楔(木、竹 质或树脂) 、填充绝缘导磁材料等十几种材料组 成CONTROL ENGINEERING China版权所有,各种材料的温度特性、膨胀系数都各不相同。 因此,电机温度的骤变(骤升或骤降)对电机影响 很大,突出表现在各种材料间由于膨胀系数不同 而出现相对移动,材料间出现间隙、裂缝。电机内 部出现的间隙、空隙、裂缝,人们往往会意识到和 观察到,但并未思考其成因,并因此忽略对它的关 注、管理。久而久之,随着时间的推移,问题会越 积累越多,绕组在定子槽内不能被很好地固定,空 隙大到一定程度www.cechina.cn,绕组会振动。因为绕组在电能 与机械能的转化过程中受力,其局部振动会加剧 空隙的扩大,同时也加剧电机绕组本身外层绝缘 漆的磨损、脱落,加剧电机耐压和绝缘能力的降 低。这种有害过程发展到一定程度会表现为电机 某一相接地或间歇性接地,更严重的情况是二相 或三相同时有以上情况发生,最严重的情况是通 过电机定子或转子的硅钢片使二相或三相短路, 这种情况一旦发生往往会造成定子或转子严重变 形、烧熔、报废。当然,这种情况少有发生,而经常 出现的情况是由于膨胀系数的不同使得绕组松 动、振动、噪声加大、槽楔脱落,即使被人们发现, 也已经导致电机本身不得不进行大修处理,电机 的使用寿命缩短,大修周期得不到保障。
        1　电机呼吸现象产生
        本文所提到的电机既包括异步电机、同步电 机,也包括直流电机,既包括电动机也包括发电 机。因此,抛开各种类型电机的特殊性,专门研究 电机的普遍性。
        众多材料形成的不均质体(定子、转子)的热 应力随温度变化,每种材质均会按照自己的膨胀 系数随温度变化而膨胀和收缩,有些材料的膨胀 系数是相近或相同的,有些则相差较多,膨胀系数 的差异意味着热应力大小的不同,膨胀系数相近 或相同的材质在一起,热应力相对较小,反之,热 应力会相对较大。理论上讲,只要膨胀系数有差 别的材质在一起,那么温度的变化就会带来热应 力,热应力的大小取决于膨胀系数差别及温度变 化的骤缓,热应力的方向沿电机轴向分为径向胀 缩热应力和轴向胀缩热应力,两种应力在分析时 可作为单个力来分析,但两个力之间也相互关联,相互影响,同时电机定子、转子的各材质间均有这 种应力。例如,电机定子或转子槽与绝缘泥之间, 绝缘泥和填充物之间,填充物和绕组绑扎物之间, 绕组绑扎物和电磁线的外层绝缘漆之间,漆包线 或绕包线的绝缘物质与导电线之间,绝缘泥、填充 物与定子、转子槽楔之间,各种物质制作时形成的 空隙气泡、间隙,以及这些空隙在抽真空浸漆期间 被浸漆充满后各种相邻材质之间等,均存在径向 热应力和轴向热应力。
        径向热应力表现为:各种材质当温度上升时 都会膨胀(电机定子、转子没有负温度膨胀的材 质) ,造成较大的材质间各种材质被固定在一起www.cechina.cn, 有时也会出现膨胀系数较大的材料通过相邻材质 对并不直接相联的材质施加压力。当温度上升较 快时,膨胀系数较大的材质产生较大的向外扩张 热应力,表现为在径向对周围材质形成挤压,并向 束缚力较小的方向扩张,这种力的突出表现是定 子、转子的表面槽楔涨裂、脱落。当温度下降时, 膨胀系数高的材质也收缩较快控制工程网版权所有,在达到一个较低 的温度时,不同材质的物体间因收缩程度不同而 留下空间。这种空间或间隙对电机绕组的后续影 响甚至是致命的。当这种空隙只在材料间存在、 体积也不大时,和外界空气也无法连通,不足以对 电机形成威胁。当空隙积累到一定程度,比如已 和外部空气相通,那么这个空隙就已形成一个气 囊,它就会在以后的岁月中伴随温度的升高、降低 而发生“呼吸现象”。气囊的“呼吸现象”会导致 气囊内的湿度发生变化www.cechina.cn,湿度的变化又会影响电 机的绝缘指标,这也是现场电机经常出现绝缘忽 高忽低的原因。更严重的情况是当气囊在不断呼 吸的过程中,还会带入空气中的粉尘,从而在电机 内造成不可逆转的绝缘降低。当气囊扩大到某个 程度时,电磁线会在气囊内呈悬空状态。由于电 磁线在电机工作中是受力元件,且受力的大小、方 向随时间在发生变化,这种周期性的变化表现为 在气囊内振动,