電機的溫升試驗及誤差分析.doc

電機的溫升試驗及誤差分析柴修山（立奇電器）1 引言 溫升試驗是一個重要而費時的型式試驗項目，超過規(guī)定的限值將會影響電機的壽命和可靠性。為了提高產(chǎn)品的技術(shù)經(jīng)濟指標，電機的溫升裕度一般不宜取得過大，但電機的電磁參數(shù)、材料性能、通風結(jié)構(gòu)的制造質(zhì)量等都會直接或間接影響電機的損耗和散熱冷卻。電磁計算時，溫升計算的準確度不高。因而，電機的溫升指標必須通過試驗考核確定。2溫升試驗 電機溫升是電機運行的重要參數(shù)之一，溫升試驗的方法有許多種，但應(yīng)用在電機繞組中的溫升試驗，測量繞組溫升的主要方法是電阻法。 根據(jù)繞組導線受熱后電阻值增加的原理，其電阻與溫度間的關(guān)系符合式(1)。如果測得溫升試驗前冷態(tài)電阻R1及試驗結(jié)束瞬間繞組的熱態(tài)電阻R2，就可直接按式(1)計算繞組的平均溫升。 式中t1試驗開始時的繞組溫度， T2試驗結(jié)束時的冷卻介質(zhì)的溫度， K銅繞組取235 上式中，要求定子繞組的熱態(tài)電阻R2需在電機切離電源前用帶電測量裝置測量，但由于條件有限，普通直流電橋用以測量繞組電阻時，規(guī)定應(yīng)在交流電源斷開后再接贏流電橋，繞組熱態(tài)電阻就只能在電機切離電源并停車后測量。但是無論動作多么迅速。也總需要一段時間才能測取電阻的數(shù)值，而在這一段時間內(nèi)，可能電機繞組的溫度已經(jīng)開始下降了，因此新測出的電阻值不是運行中的電阻值，不可能正確反應(yīng)運行時的溫度，而是冷卻了一段時間后的繞組溫度?？梢?，繞組熱態(tài)電阻的測量足電機溫升試驗的重要步驟，溫升計算的準確與否，關(guān)鍵要看所測量的方法是否正確，測量的數(shù)據(jù)是否準確。3繞組電阻的測量 電機切離電源后，繞組溫度會立即降低，既使在斷電后1520s內(nèi)測得的熱態(tài)電阻，計算溫升也比實際溫升低5左右，故電機停轉(zhuǎn)后測得的熱態(tài)電阻，可用外推法進行修正。在不具備用帶電測量定子繞組熱態(tài)電阻裝置時，準確估算熱態(tài)電阻，不僅可提高溫升的測試準確度，而且可方便地測取電機的發(fā)熱血線。下面介紹兩種推算熱態(tài)電阻R。的方法。31繪制曲線法 電機斷電后，迅速測量繞組熱態(tài)電阻，是提高測試準確度的關(guān)鍵。按標準規(guī)定，自電機斷電至測取繞組熱態(tài)電阻第1點的讀數(shù)時間間隔，小功率電機應(yīng)盡可能不大于20s，測量時應(yīng)快速取得第1次讀數(shù)，以后相隔一定時間測量一次，至少測6次。相隔時間長短視繞組冷卻速度而定，以電阻值的變化能從儀表上明顯反映出為準(一般為1525s) 以每次測得電阻值的對數(shù)值lgR1、lgR2lgRa為縱座標，切離斷電瞬間的時間間隔為橫座標，繪出冷卻曲線lgR=f(t)，最短時間間隔的一點切線延長哇瞽線直到與縱軸相交，即得溫升試驗結(jié)束時電機切離電源瞬間的繞組熱態(tài)電阻的對數(shù)值IgR：，如圖1所示。電機斷電瞬間的繞組電阻，也可用R=f(t)曲線進行修正(見圖1)。當讀數(shù)點較多時，準確度可與對數(shù)曲線法接近。 32公式計算法 斷電后，由于做不到立即測量電阻，而造成溫度下降，這時從斷電到真正測得溫度這段時間內(nèi)，繞組溫度按指數(shù)下降。為補償下降的溫度，應(yīng)計算出修正值。例如經(jīng)過t。、如后測得的電阻值分別為砭和砭，則有下列關(guān)系：4溫升計算分析 原國標GB75581電機基本技術(shù)要求規(guī)定，不分功率大小，一律按“電機各部分的溫度在切離線路后測得，測得溫度應(yīng)加以修正。電機在溫升試驗終結(jié)而切離電路瞬間的溫度，可用冷卻曲線延長而外推至切離線路瞬間的方法求得”(冷卻曲線及外推法見圖1)。 現(xiàn)國際GB75587則改為根據(jù)電機功率大小進行外推。電機斷電后，如能在下述時間內(nèi)測得第1點讀數(shù)，則以讀數(shù)計算電機的溫升，而不需外推到斷電瞬間。 小功率電機，斷電后間隔時間為15s，P50kW，斷電后間隔時間為30s。如果電機額定功率在該規(guī)定間隙時間內(nèi)不能測得第1點讀數(shù)，則應(yīng)盡快測取。用冷卻曲線并用外推法進行修正。將測得的讀數(shù)作為時間的函數(shù)繪成曲線，并根據(jù)電機的額定功率，將此鹽線外推至上述相應(yīng)的間隔時間，所獲得的溫度作為電機斷電瞬間的溫度。 我廠新產(chǎn)品三相3kw電機在創(chuàng)省優(yōu)時，曾運用不同的方法進行驗算。該電機經(jīng)試驗測得一組數(shù)據(jù)，并用三種方法進行計算，對比試驗數(shù)據(jù)如表1所示。 42作曲線法 作曲線求出R2及(見圖2)。44各種方法的誤差分析 用直線法、曲線法、計算法所得誤差如表2所示。 從表2中可看出，用直接法計算求出的溫升準確度不高，誤差較大，比修正后的實際溫度低5左右，也就是說，電機停車后測得的熱態(tài)電阻時間再短也還是有誤差的。當熱態(tài)電阻R2誤差1時，電機溫升汁算溫度誤差5左右。電機停車后測得的熱態(tài)電阻在一定情況下，有必要用外推法進行修正，以提高電機繞組溫升計算的準確度，減少溫科試驗誤差。5 結(jié)語 由于修正方法不同，所得的溫升值將是有差別的。通過對本廠不同型號、不同規(guī)格的電機作了試驗對比，用曲線法求溫升，需要作圖畫睦線，但必須使熱態(tài)電阻的測量馓到點點可靠。 用計算法求溫升簡單、方便、直觀，且準確度易保證。 按標準規(guī)定，熱態(tài)電阻R。第一點讀數(shù)超過規(guī)定的時間間隔時，用曲線法進行修正。根據(jù)實際情況，兩種方法用其中1種均可，以達到準確測量計算溫升的目的。表1、表2的數(shù)據(jù)說明： a. 2種方法的平均差道與斷電后延遲的時間間隔關(guān)系最大，第1點讀數(shù)的時間間隔越大，平均差值越大。 b 電機的功率越大，平均差值也越大。原因是功率越大的電機，繞組電阻越小，測準越困難，需時間間隔也越長。 c 用直接法測量的溫升值按功率等級分別增加50c左右，即為外推法的溫升近似值。公式P=U2/R可以用于單純的電阻電路，在電機中加在電機繞組兩端電壓之間的除了電阻還有電感，且通常情況下感抗要遠大于電阻；另一方面在對電機來講，大部分電能要轉(zhuǎn)換為機械能，上述公式更不能成立。“加大線徑要考慮槽滿率的允許”和“調(diào)整材料”之外，前面分析多有錯誤。在輸出不變的情況下要降低溫升，有多種方法，如：1 如果槽滿率允許，可以加大線徑（不必增加匝數(shù)）；這是最直接有效的方法之一。2 提升鐵心材料材質(zhì)，降低鐵心損耗。3 改善散熱條件，如改善通風，增加風冷，提高浸漆質(zhì)量等。4 在工藝水平允許的條件下，減小定、轉(zhuǎn)子之間氣隙也常是一個非常有效的方法。另外其它設(shè)計和工藝的改進都有可能做進一步改善。大家都知道衡量電機發(fā)熱程度是用“溫升”而不是用“溫度”，當“溫升”突然增大或超過最高工作溫度時，說明電機已發(fā)生故障。下面就一些基本概念進行討論。 4 D, S/ J* I( O# H8 I- D7 c$ s7 . b4 |1 絕緣材料的絕緣等級 三維網(wǎng)技術(shù)論壇+ T: x6 Yk: K7 W. # k0 o0 1 0 V: a7 JE* a2 r; , L絕緣材料按耐熱能力分為Y、A、E、B、F、H、C7個等級，其極限工作溫度分別為90、105、120、130、155、180、及180以上。 三維網(wǎng)技術(shù)論壇6 1 Vs4 K# A& ?6 M* w. f; R, hf( n2 L! e三維網(wǎng)技術(shù)論壇所謂絕緣材料的極限工作溫度，系指電機在設(shè)計預(yù)期壽命內(nèi)，運行時繞組絕緣中最熱點的溫度。根據(jù)經(jīng)驗，A級材料在105、B級材料在130的情況下壽命可達10年，但在實際情況下環(huán)境溫度和溫升均不會長期達設(shè)計值，因此一般壽命在1520年。如果運行溫度長期超過材料的極限工作溫度，則絕緣的老化加劇，壽命大大縮短。所以電機在運行中，溫度是壽命的主要因素之一。 / s, A. OB0 r7 S% q- 8 L. L6 $ Uh; G& K三維網(wǎng)技術(shù)論壇2 溫 升 $ n# G y/ o$ p9 k1 # P三維,cad,機械,技術(shù),汽車,catia,pro/e,ug,inventor,solidedge,solidworks,caxa,時空,鎮(zhèn)江; U& X5 V8 q* * B. E三維網(wǎng)技術(shù)論壇溫升是電機與環(huán)境的溫度差，是由電機發(fā)熱引起的。運行中的電機鐵芯處在交變磁場中會產(chǎn)生鐵損，繞組通電后會產(chǎn)生銅損，還有其它雜散損耗等。這些都會使電機溫度升高。另一方面電機也會散熱。當發(fā)熱與散熱相等時即達到平衡狀態(tài)，溫度不再上升而穩(wěn)定在一個水平上。當發(fā)熱增加或散熱減少時就會破壞平衡，使溫度繼續(xù)上升，擴大溫差，則增加散熱，在另一個較高的溫度下達到新的平衡。但這時的溫差即溫升已比以前增大了，所以說溫升是電機設(shè)計及運行中的一項重要指標，標志著電機的發(fā)熱程度，在運行中，如電機溫升突然增大，說明電機有故障，或風道阻塞或負荷太重。 三維網(wǎng)技術(shù)論壇6 b- i) Z) F h c/ v6 c, u2 j8 V, e2 E- q- 4 m4 h3 溫升與氣溫等因素的關(guān)系 三維網(wǎng)技術(shù)論壇3 a- Z& f n* f( g! # c8 s4 u0 P( d4 N4 f t/ s三維網(wǎng)技術(shù)論壇對于正常運行的電機，理論上在額定負荷下其溫升應(yīng)與環(huán)境溫度的高低無關(guān)，但實際上還是受環(huán)境溫度等因素影響的。 三維網(wǎng)技術(shù)論壇/ s! G9 Y$ k0 u) S4 S) q3 0 n+ a5 X5 K三維網(wǎng)技術(shù)論壇(1) 當氣溫下降時，正常電機的溫升會稍許減少。這是因為繞組電阻R下降，銅耗減少。溫度每降1，R約降0.4%。 三維網(wǎng)技術(shù)論壇0 / 9 G, 0 _( T9 $ q- k# _% W# 2 a/ s# w(2) 對自冷電機，環(huán)境溫度每增10，則溫升增加1.53。這是因為繞組銅損隨氣溫上升而增加。所以氣溫變化對大型電機和封閉電機影響較大。 7 e# i2 B( B) W6 U9 fC G三維網(wǎng)技術(shù)論壇3 D8 F1 h+ P& w% u( IF: (3) 空氣濕度每高10%，因?qū)岣纳?，溫升可?.070.38，平均為0.19。 三維網(wǎng)技術(shù)論壇& |$ U1 K, b3 N8 g e5 R3 G- h三維網(wǎng)技術(shù)論壇(4) 海拔以1 000 m為標準，每升100 m,溫升增加溫升極限值的1%。 1 s, u, v3 q h4 f- ; G$ P三維網(wǎng)技術(shù)論壇* W# h& 9 F3 u& s ( w% t三維網(wǎng)技術(shù)論壇4 極限工作溫度與最高允許工作溫度 a+ n3 6 ) m- z* : 9 % x. p; U) _ K0 l通常說A級的極限工作溫度為105，A級的最高允許工作溫度是90。那么，極限工作溫度與最高允許工作溫度有何不同？其實，這與測量方法有關(guān)，不同的測量方法，其反映出的數(shù)值不同，含義也不一樣。 7 X. 4 1 e/ % _/ & k9 |三維網(wǎng)技術(shù)論壇 d$ a, Q5 T- d8 w三維網(wǎng)技術(shù)論壇(1) 溫度計法 其測量結(jié)果反映的是繞組絕緣的局部表面溫度。這個數(shù)字平均比繞組絕緣的實際最高溫度即“最熱點”低15左右。該法最簡單，在中、小電機現(xiàn)場應(yīng)用最廣。 三維|cad|機械|汽車|技術(shù)|catia|pro/e|ug|inventor|solidedge|solidworks|caxa; i3 . UA3 ) m4 j; L. A S Q三維|cad|機械|汽車|技術(shù)|catia|pro/e|ug|inventor|solidedge|solidworks|caxa(2) 電阻法 其測量結(jié)果反映的是整個繞組銅線溫度的平均值。該數(shù)比實際最高溫度按不同的絕緣等級降低515。該法是測出導體的冷態(tài)及熱態(tài)電阻，按有關(guān)公式算出平均溫升。 三維網(wǎng)技術(shù)論壇0 d: V! P# v6 F) B4 K1 C3 K, E% Q+ v, 0 X6 R+ h三維,cad,機械,技術(shù),汽車,catia,pro/e,ug,inventor,solidedge,solidworks,caxa,時空,鎮(zhèn)江(3) 埋置溫度計試驗時將銅或鉑電阻溫度計或熱電偶埋置在繞組、鐵心或其它需要測量預(yù)期溫度最高的部件里。其測量結(jié)果反映出測溫元件接觸處的溫度。大型電機常采用此法來監(jiān)視電機的運行溫度。 # 5 q& x- s J m; s1 O三維,cad,機械,技術(shù),汽車,catia,pro/e,ug,inventor,solidedge,solidworks,caxa,時空,鎮(zhèn)江三維網(wǎng)技術(shù)論壇# |- k- W* S7 o$ |2 x各種測量方法所測量到的溫度與實際最高溫度都有一定差值，因此需將絕緣材料的“極限工作溫度”減去此差值才是“最高允許工作溫度”。 三維網(wǎng)技術(shù)論壇6 q& u3 J5 h7 y& y( 三維|cad|機械|汽車|技術(shù)|catia|pro/e|ug|inventor|solidedge|solidworks|caxa( F0 o! Y* A; Q5 v: l& Z) _ y S& k5 電機各部位的溫度限度 三維網(wǎng)技術(shù)論壇1 9 z, e% A5 ?& V) u M5 Z- Z2 u- ; SG三維網(wǎng)技術(shù)論壇(1) 與繞組接觸的鐵心溫升(溫度計法)應(yīng)不超過所接觸的繞組絕緣的溫升限度(電阻法)，即A級為60，E級為75，B級為80，F(xiàn)級為100，H級為125。 ( G6 |0 N1 s5 qY5 W9 M# ?; S4 E0 b/ & C( b* x三維|cad|機械|汽車|技術(shù)|catia|pro/e|ug|inventor|solidedge|solidworks|caxa(2) 滾動軸承溫度應(yīng)不超過95，滑動軸承的溫度應(yīng)不超過80。因溫度太高會使油質(zhì)發(fā)生變化和破壞油膜。 % W8 v6 Yz Y, L( P三維網(wǎng)技術(shù)論壇1 a2 B+ x$ c8 三維網(wǎng)技術(shù)論壇(3)機殼溫度實踐中往往以不燙手為準。 8 |, + o& p7 U4 O4 ) U三維網(wǎng)技術(shù)論壇& m* Z& S: - o/ C C三維,cad,機械,技術(shù),汽車,catia,pro/e,ug,inventor,solidedge,solidworks,caxa,時空,鎮(zhèn)江(4) 鼠籠轉(zhuǎn)子表面雜散損耗很大，溫度較高，一般以不危及鄰近絕緣為限?？深A(yù)先刷上不可逆變色漆來估計。 / ?( b: L4 Y% _- W: f& Y三維|cad|機械|汽車|技術(shù)|catia|pro/e|ug|inventor|solidedge|solidworks|caxa+ E7 w$ Q! w5 a. t三維網(wǎng)技術(shù)論壇6 電機發(fā)熱故障的排除 ! S! S! u8 e3 k4 b . c三維網(wǎng)技術(shù)論壇. I+ Y. P9 N; T$ j, Y7 j3 P* K0 F0 q當電機溫度超過最高工作溫度或溫升超過規(guī)定或溫升雖然未超過規(guī)定，但在低負荷時溫