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【汽车电机失效分析】什么!汽车电机冒烟了,我只想吹个空调

2023-09-16  浏览量:105

 

【汽车电机失效分析】什么!汽车电机冒烟了,我只想吹个空调

 

随我国汽车普及与保有量的增加,以及汽车向电器化、自动化、智能化的发展,汽车非交通引发的事故发生量呈持续上升趋势。汽车火灾除外来火源导致外,其中最主要是汽车电气系统原因所导致,占事故相当大的比例。

 

背景介绍

 

某重汽卡车行驶4000公里,开启空调散热器风扇一段时间后,电机部位出现浓烟,拆解后发现电机烧毁。本文主要通过金相法以及宏微观形貌分析法等多种手段与方法,确认电机铜线烧毁模式,并找到引起烧毁主要原因,最后利用模拟手段对烧毁现象进行复现以找到电机失效的根本原因,为消防火灾鉴定以及保险理赔提供科学依据分析。

 

(图源于网络)

 

检验与结果

 

1 检验与结果

 

将电机转子从壳体拆解下发现,电机转子与板上导线均发生烧损,烧损发黑面积几乎覆盖壳体内部全部表面以及零件。定子底部电刷所在板接入线外部包裹的绝缘塑料已呈硬脆多孔的碳化状态。转子铁芯外包裹的原黑色塑料卡箍已完全被烧毁,铜绕线的外漆已呈脆化发黑状态,易脱落。在转子最外层绕线上发现一根外露断裂的铜导线(下文简称铜线A),其端部尖锐,疑似损伤。

 

2 低倍形貌

 

转子铜绕线内部发现两处不同匝线圈断裂现象,断裂处线匝附近未见其它线匝异常,记其中一断裂铜导线为B。

图1 为铜线烧毁低倍图,断裂铜线A一端断口尖锐且被硬脆的碳化物质包裹,不易脱落,与铁芯处的烧熔的黑色塑料卡箍形貌基本一致。清洗后发现铜线尖锐端在呈扁平状,疑似被挤压。另一端位于铜绕线组内,其端部呈熔球状,且附近可见一较大孔洞以及大量气孔。断裂铜线B一端存在熔珠,熔珠表面可见数量较少的细小孔洞。烧损未断铜线C超声清洗后可见局部存在烧熔点坑,光泽度较强。

 

铜线烧毁低倍图

图1 铜线烧毁低倍图

 

3 铜线微观形貌

 

图2为熔痕SEM形貌,断裂铜线A尖锐端断口附近可见明显划伤痕迹,在远离断口位置局部可见裂纹分布。另一端可见呈抛物线型卵型花样,附近存在较大的内壁光滑气孔,以及不均匀孔洞。断裂铜线B端部可见短路熔珠,熔珠表面可见较小气孔。烧损未断铜线C局部可见裂纹分布。

 

熔痕SEM形貌

图2 熔痕SEM形貌

 

4 金相组织

 

图3为铜导线金相组织图,断裂铜线A断口尖端位置可见胞状晶,气孔较少,晶界粗大,熔痕与导线的过渡区界限明显。断裂铜线B端部气孔小且较少,熔痕与导线的过渡区界限不明显。附近熔珠内可见多处较大的规则气孔,熔痕与导线的过渡区界限明显。烧损未断铜线C可见粗大的再结晶组织,无明显气孔,具有明显的过负荷特征。未使用电机铜线D金相组织为退火完全的细小等轴晶。

 

铜导线金相组织图形貌

图3 铜导线金相组织图形貌

 

5 模拟验证

 

失效电机整体烧黑严重,烧损面积几乎覆盖壳体内部全部零件,表明线圈表现为整体发热,具有过负荷特征。铜线A断口一端呈明显压扁损伤的尖锐状且被烧熔碳化的黑色塑料卡箍包裹,而其它断裂未见此现象,表明该铜线的压扁损伤在熔断之前,推断此匝铜线圈断裂后,铜线的一端由于在线匝的最外沿而无约束,随电机转动引起端头损伤,而压扁损伤与电机卡死应存在较高的相关性。

为复现过负荷,首先模拟风扇叶片无法转动导致的电机烧毁。将叶片固定,加载额定电压,过程中发现电机内部温度上升,并散发刺激性气味的烟雾。拆解后,电机内部整体烧黑严重,与失效电机基本一致。

为验证压扁铜线与电机卡死的相关性,首先将电机某最外沿线匝剪断一根,加载额定电压,电机转动3分钟停机,观察发现断裂铜线可见划伤。重新开机后发现电机运转正常,并进行多次关、开机操作,最后一次开机时发现电机无法转动,若干分钟后可见烟雾从电机冒出。关机后拆解外壳发现,人为剪断的铜线一端嵌入铁芯与磁铁缝隙将电机卡死,铜线端部出现压扁损伤,也从侧面说明电机卡死后由于启动扭矩较小而无法转动。

 

结论

 

结合熔痕金相以及宏观、微观SEM观察分析,并利用模拟试验复现烧毁过程,得出以下结论:

(1)铜线断裂模式为瞬时一次熔断。

(2)引起电机铜线瞬时一次熔断的根本原因为铜线表面存在裂纹,裂纹不平直,具有应力扩展特征。电机高速运转时裂纹疲劳扩展导致铜线截面积减小,启动时瞬间电流过大引起铜线熔断。

(3)铜线瞬时一次熔断后,熔断一端在停机后卡在电机转子与定子之间,再次启动时,由于启动扭矩过低使电机无法转动而过负荷,最终烧毁。

(4)铜线兼具一次与二次短路熔痕特征可能是由于瞬时一次熔断后,后续电机无法转动而过负荷产生高温,铜线包漆被高温碳化后,导致断裂位置后续可能发生二次烧熔。

 

文章来源

 

《重型汽车空调散热器烧毁原因分析与验证》

作者:吴冰冰,邓番林,曾志卫,王君兆

作者单位:深圳市美信检测技术股份有限公司、深圳市美信咨询有限公司

 

*** 以上内容均为原创,如需转载,请注明出处 ***

 

简介

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