引線連接方式結構和故障分析

丁新 王麗杰

摘要：電機和電器產品中存在各式各樣的引線連接，不同的應用環境對引線連接方式和結構有不同的要求。隨著電機和電器產品功率的不斷增大和應用環境變惡劣，對引線連接的可靠性提出了更高的要求。本文通過介紹多種引線連接方式，并對已發生的引線燒損故障進行分析，為后續引線連接的結構設計、工藝制造和檢查分析提供依據。

關鍵詞：引線連接;燒損故障;結構設計

一、 引言：

電機和電器產品中存在著各種各樣的引線連接，與傳統的鋼結構連接不同，引線材質一般為銅材，而連接螺栓一般為鋼材。引線連接不僅有力學性能要求，還有電氣性能要求。在實際應用過程中，不僅外部環境會對引線連接的可靠性產生影響，引線連接自身也會發熱，導致引線連接的可靠性降低，甚至產生燒損故障。

二、 引線連接方式介紹

目前比較成熟的引線連接方式有：焊接、螺栓連接、連接器連接。以下主要介紹引線連接中的螺栓連接方式。

（一）銅扁線平面接觸，螺栓固定

例如兩個銅扁線的寬面接觸，中間靠螺栓進行壓緊。

連接特點：連接方式較為簡單、可靠，可應用于直流和交流場合。

連接注意事項：

1.銅扁線的接觸面要平整，在螺栓未施加預緊力的情況下要能緊密貼合;

2.壓緊螺栓要求至少為兩個，否則存在連接面轉動的風險。

3.螺栓底部要使用大平墊，或者墊板，否則容易造成應力集中，導致連接線變形，甚至影響接觸面

4.螺栓要有鎖緊措施，尤其是在承受振動、熱應力的情況。

5.連接完成后，要檢查接觸面是否足夠大，一般要求有效接觸面大于銅線橫截面兩倍以上。

6.在特殊場合，如振動、熱應力較大的情況下，連接部位不能懸空過長，否則需要施加輔助固定措施。

（二）圓柱導線通過螺栓端面與扁銅線連接

這種連接方式在電機、電抗器引出線端子上較常見。

連接特點：從電流通路模型分析可知，電流導通橫截面存在較大變化，一般接觸面要小于圓柱導線的橫截面，在電流劇烈波動的情況下存在電磁熱甚至產生火花的風險。

連接注意事項：

1. 結構設計時應避免螺母/螺紋起導電作用，即螺母不能既用于導電，又用于產生預緊力。

2. 圓柱導線和扁銅線均應可靠固定，避免懸空過長導致結構不穩定。

3. 防松措施應避免采用螺紋鎖固劑，尤其是直接與接觸面連接的部位，螺紋鎖固劑容易造成接觸電阻變大，影響導電。

4. 由于連接螺紋為銅材，熱應力和熱變形較大，結構設計和制定工藝參數時應充分考慮使用過程中預緊力下降帶來的風險。

5. 應用于高速旋轉部位時，應考慮離心力帶來的連接失效風險。

（三）圓柱導線與圓柱導線間的異形連接

這種連接方式不常用，僅在某些極特殊的場合（如空間限制、某一部位已成型而無法再做變動），此處不做詳細介紹。

三、實際應用中發生的故障、原因分析和解決措施

實際應用中，引線連接部位燒損故障時有發生，給企業造成了巨大損失。

（一）銅扁線平面連接發生的故障

此處以某出口發電機為例，分析故障發生的原因。2019年公司出口非洲的某型發電機，轉子上某處引線連接出現燒損故障，后經拆解未出廠電機，分析故障原因為引線連接接觸面不足導致引線燒損。詳細情況如圖一：

原因分析：1.目測檢查，引線上螺栓孔周圍有明顯的下凹，結合塞尺檢查結果發現：兩根引線只有螺栓孔周圍的連接面接觸了，其余部分均存在間隙。引線連接的接觸面不足是導致引線燒損的直接原因。2.引線懸空部位過長，轉子高速旋轉時產生的周期性振動，加劇了引線連接失效，是導致引線燒損的間接原因。

解決措施：1.后續引線連接安裝螺栓前，用專用夾具將兩根連接引線調平，確保在預緊之前兩個銅扁線能充分接觸，同時在螺母下增加厚墊板，確保螺栓的壓緊力均勻分布在引線連接的接觸面上。2.在引線連接部位增加輔助固定措施，減少引線懸空長度，增加引線連接的整體強度。

經過改進后，此處引線連接再沒有發生燒損故障。

（二）圓柱導線與銅扁線連接發生燒損

以已發生燒損故障的發電機轉子引線連接為例介紹，詳細情況如下圖二：

通過分析和試驗驗證，得出以下結論： 1. 熱膨脹引起的螺桿預緊力下降約15.5%。 2. 涂抹螺紋鎖固劑對接觸電阻值的影響約10-15%。 3.? 銅螺母材質雜質含量高導致接觸電阻增加了40%。 4. 螺母與螺桿不垂直，導致壓接處損失接觸面約40%。

原因分析：此處引線連接燒損為4種綜合原因導致。失效機理主要原因是引線與銅平墊和銅螺母接觸不良，在高速旋轉和振動條件下，接觸電阻急劇增大導致過熱或虛接打火，引起引線燒損

解決措施：由于電機結構已固定，熱膨脹和熱沖擊無法徹底消除，只能對導致故障發生的85%的原因進行改進。具體措施如下： 1. 改進銅螺桿結構，在連接處增加六方凸臺，增大接觸面積，同時也避免了用底部螺母的螺紋導電。 2. 不再使用螺紋鎖固劑防松，改用扣片和雙螺母防松。 3. 嚴格檢測、控制銅螺母材質和雜質含量，減少接觸電阻。 4. 提高螺桿和螺母的螺紋加工精度，確保連接處實際接觸面符合要求，同時也避免了接觸面應力集中的風險。

上述改進實施后，該型轉子此處引線再未發生燒損故障。

四、結束語

引線連接是電氣產品設計和制造的基礎要求。雖然從表面上看此處結構并不復雜，但是產品具體應用中引線發生的燒損故障和帶來的經濟損失卻不能忽視。因此，重視、加強基礎設計和基礎工藝十分重要，只有這樣才能避免“千里之堤，潰于蟻穴”。

作者簡介：

丁新（1982-）;性別：男;籍貫：山西省永濟市;學歷：本科，職稱：高級工程師;單位名稱：中車永濟電機有限公司;研究方向：電機電器設計與制造。