电机的温升试验及误差分析.doc

电机的温升试验及误差分析柴修山（立奇电器）1 引言 温升试验是一个重要而费时的型式试验项目，超过规定的限值将会影响电机的寿命和可靠性。为了提高产品的技术经济指标，电机的温升裕度一般不宜取得过大，但电机的电磁参数、材料性能、通风结构的制造质量等都会直接或间接影响电机的损耗和散热冷却。电磁计算时，温升计算的准确度不高。因而，电机的温升指标必须通过试验考核确定。2温升试验 电机温升是电机运行的重要参数之一，温升试验的方法有许多种，但应用在电机绕组中的温升试验，测量绕组温升的主要方法是电阻法。 根据绕组导线受热后电阻值增加的原理，其电阻与温度间的关系符合式(1)。如果测得温升试验前冷态电阻R1及试验结束瞬间绕组的热态电阻R2，就可直接按式(1)计算绕组的平均温升。 式中t1试验开始时的绕组温度， T2试验结束时的冷却介质的温度， K铜绕组取235 上式中，要求定子绕组的热态电阻R2需在电机切离电源前用带电测量装置测量，但由于条件有限，普通直流电桥用以测量绕组电阻时，规定应在交流电源断开后再接赢流电桥，绕组热态电阻就只能在电机切离电源并停车后测量。但是无论动作多么迅速。也总需要一段时间才能测取电阻的数值，而在这一段时间内，可能电机绕组的温度已经开始下降了，因此新测出的电阻值不是运行中的电阻值，不可能正确反应运行时的温度，而是冷却了一段时间后的绕组温度。可见，绕组热态电阻的测量足电机温升试验的重要步骤，温升计算的准确与否，关键要看所测量的方法是否正确，测量的数据是否准确。3绕组电阻的测量 电机切离电源后，绕组温度会立即降低，既使在断电后1520s内测得的热态电阻，计算温升也比实际温升低5左右，故电机停转后测得的热态电阻，可用外推法进行修正。在不具备用带电测量定子绕组热态电阻装置时，准确估算热态电阻，不仅可提高温升的测试准确度，而且可方便地测取电机的发热血线。下面介绍两种推算热态电阻R。的方法。31绘制曲线法 电机断电后，迅速测量绕组热态电阻，是提高测试准确度的关键。按标准规定，自电机断电至测取绕组热态电阻第1点的读数时间间隔，小功率电机应尽可能不大于20s，测量时应快速取得第1次读数，以后相隔一定时间测量一次，至少测6次。相隔时间长短视绕组冷却速度而定，以电阻值的变化能从仪表上明显反映出为准(一般为1525s) 以每次测得电阻值的对数值lgR1、lgR2lgRa为纵座标，切离断电瞬间的时间间隔为横座标，绘出冷却曲线lgR=f(t)，最短时间间隔的一点切线延长哇瞽线直到与纵轴相交，即得温升试验结束时电机切离电源瞬间的绕组热态电阻的对数值IgR：，如图1所示。电机断电瞬间的绕组电阻，也可用R=f(t)曲线进行修正(见图1)。当读数点较多时，准确度可与对数曲线法接近。 32公式计算法 断电后，由于做不到立即测量电阻，而造成温度下降，这时从断电到真正测得温度这段时间内，绕组温度按指数下降。为补偿下降的温度，应计算出修正值。例如经过t。、如后测得的电阻值分别为砭和砭，则有下列关系：4温升计算分析 原国标GB75581电机基本技术要求规定，不分功率大小，一律按“电机各部分的温度在切离线路后测得，测得温度应加以修正。电机在温升试验终结而切离电路瞬间的温度，可用冷却曲线延长而外推至切离线路瞬间的方法求得”(冷却曲线及外推法见图1)。 现国际GB75587则改为根据电机功率大小进行外推。电机断电后，如能在下述时间内测得第1点读数，则以读数计算电机的温升，而不需外推到断电瞬间。 小功率电机，断电后间隔时间为15s，P50kW，断电后间隔时间为30s。如果电机额定功率在该规定间隙时间内不能测得第1点读数，则应尽快测取。用冷却曲线并用外推法进行修正。将测得的读数作为时间的函数绘成曲线，并根据电机的额定功率，将此盐线外推至上述相应的间隔时间，所获得的温度作为电机断电瞬间的温度。 我厂新产品三相3kw电机在创省优时，曾运用不同的方法进行验算。该电机经试验测得一组数据，并用三种方法进行计算，对比试验数据如表1所示。 42作曲线法 作曲线求出R2及(见图2)。44各种方法的误差分析 用直线法、曲线法、计算法所得误差如表2所示。 从表2中可看出，用直接法计算求出的温升准确度不高，误差较大，比修正后的实际温度低5左右，也就是说，电机停车后测得的热态电阻时间再短也还是有误差的。当热态电阻R2误差1时，电机温升汁算温度误差5左右。电机停车后测得的热态电阻在一定情况下，有必要用外推法进行修正，以提高电机绕组温升计算的准确度，减少温科试验误差。5 结语 由于修正方法不同，所得的温升值将是有差别的。通过对本厂不同型号、不同规格的电机作了试验对比，用曲线法求温升，需要作图画睦线，但必须使热态电阻的测量馓到点点可靠。 用计算法求温升简单、方便、直观，且准确度易保证。 按标准规定，热态电阻R。第一点读数超过规定的时间间隔时，用曲线法进行修正。根据实际情况，两种方法用其中1种均可，以达到准确测量计算温升的目的。表1、表2的数据说明： a. 2种方法的平均差道与断电后延迟的时间间隔关系最大，第1点读数的时间间隔越大，平均差值越大。 b 电机的功率越大，平均差值也越大。原因是功率越大的电机，绕组电阻越小，测准越困难，需时间间隔也越长。 c 用直接法测量的温升值按功率等级分别增加50c左右，即为外推法的温升近似值。公式P=U2/R可以用于单纯的电阻电路，在电机中加在电机绕组两端电压之间的除了电阻还有电感，且通常情况下感抗要远大于电阻；另一方面在对电机来讲，大部分电能要转换为机械能，上述公式更不能成立。“加大线径要考虑槽满率的允许”和“调整材料”之外，前面分析多有错误。在输出不变的情况下要降低温升，有多种方法，如：1 如果槽满率允许，可以加大线径（不必增加匝数）；这是最直接有效的方法之一。2 提升铁心材料材质，降低铁心损耗。3 改善散热条件，如改善通风，增加风冷，提高浸漆质量等。4 在工艺水平允许的条件下，减小定、转子之间气隙也常是一个非常有效的方法。另外其它设计和工艺的改进都有可能做进一步改善。大家都知道衡量电机发热程度是用“温升”而不是用“温度”，当“温升”突然增大或超过最高工作温度时，说明电机已发生故障。下面就一些基本概念进行讨论。 4 D, S/ J* I( O# H8 I- D7 c$ s7 . b4 |1 绝缘材料的绝缘等级 三维网技术论坛+ T: x6 Yk: K7 W. # k0 o0 1 0 V: a7 JE* a2 r; , L绝缘材料按耐热能力分为Y、A、E、B、F、H、C7个等级，其极限工作温度分别为90、105、120、130、155、180、及180以上。 三维网技术论坛6 1 Vs4 K# A& ?6 M* w. f; R, hf( n2 L! e三维网技术论坛所谓绝缘材料的极限工作温度，系指电机在设计预期寿命内，运行时绕组绝缘中最热点的温度。根据经验，A级材料在105、B级材料在130的情况下寿命可达10年，但在实际情况下环境温度和温升均不会长期达设计值，因此一般寿命在1520年。如果运行温度长期超过材料的极限工作温度，则绝缘的老化加剧，寿命大大缩短。所以电机在运行中，温度是寿命的主要因素之一。 / s, A. OB0 r7 S% q- 8 L. L6 $ Uh; G& K三维网技术论坛2 温 升 $ n# G y/ o$ p9 k1 # P三维,cad,机械,技术,汽车,catia,pro/e,ug,inventor,solidedge,solidworks,caxa,时空,镇江; U& X5 V8 q* * B. E三维网技术论坛温升是电机与环境的温度差，是由电机发热引起的。运行中的电机铁芯处在交变磁场中会产生铁损，绕组通电后会产生铜损，还有其它杂散损耗等。这些都会使电机温度升高。另一方面电机也会散热。当发热与散热相等时即达到平衡状态，温度不再上升而稳定在一个水平上。当发热增加或散热减少时就会破坏平衡，使温度继续上升，扩大温差，则增加散热，在另一个较高的温度下达到新的平衡。但这时的温差即温升已比以前增大了，所以说温升是电机设计及运行中的一项重要指标，标志着电机的发热程度，在运行中，如电机温升突然增大，说明电机有故障，或风道阻塞或负荷太重。 三维网技术论坛6 b- i) Z) F h c/ v6 c, u2 j8 V, e2 E- q- 4 m4 h3 温升与气温等因素的关系 三维网技术论坛3 a- Z& f n* f( g! # c8 s4 u0 P( d4 N4 f t/ s三维网技术论坛对于正常运行的电机，理论上在额定负荷下其温升应与环境温度的高低无关，但实际上还是受环境温度等因素影响的。 三维网技术论坛/ s! G9 Y$ k0 u) S4 S) q3 0 n+ a5 X5 K三维网技术论坛(1) 当气温下降时，正常电机的温升会稍许减少。这是因为绕组电阻R下降，铜耗减少。温度每降1，R约降0.4%。 三维网技术论坛0 / 9 G, 0 _( T9 $ q- k# _% W# 2 a/ s# w(2) 对自冷电机，环境温度每增10，则温升增加1.53。这是因为绕组铜损随气温上升而增加。所以气温变化对大型电机和封闭电机影响较大。 7 e# i2 B( B) W6 U9 fC G三维网技术论坛3 D8 F1 h+ P& w% u( IF: (3) 空气湿度每高10%，因导热改善，温升可降0.070.38，平均为0.19。 三维网技术论坛& |$ U1 K, b3 N8 g e5 R3 G- h三维网技术论坛(4) 海拔以1 000 m为标准，每升100 m,温升增加温升极限值的1%。 1 s, u, v3 q h4 f- ; G$ P三维网技术论坛* W# h& 9 F3 u& s ( w% t三维网技术论坛4 极限工作温度与最高允许工作温度 a+ n3 6 ) m- z* : 9 % x. p; U) _ K0 l通常说A级的极限工作温度为105，A级的最高允许工作温度是90。那么，极限工作温度与最高允许工作温度有何不同？其实，这与测量方法有关，不同的测量方法，其反映出的数值不同，含义也不一样。 7 X. 4 1 e/ % _/ & k9 |三维网技术论坛 d$ a, Q5 T- d8 w三维网技术论坛(1) 温度计法 其测量结果反映的是绕组绝缘的局部表面温度。这个数字平均比绕组绝缘的实际最高温度即“最热点”低15左右。该法最简单，在中、小电机现场应用最广。 三维|cad|机械|汽车|技术|catia|pro/e|ug|inventor|solidedge|solidworks|caxa; i3 . UA3 ) m4 j; L. A S Q三维|cad|机械|汽车|技术|catia|pro/e|ug|inventor|solidedge|solidworks|caxa(2) 电阻法 其测量结果反映的是整个绕组铜线温度的平均值。该数比实际最高温度按不同的绝缘等级降低515。该法是测出导体的冷态及热态电阻，按有关公式算出平均温升。 三维网技术论坛0 d: V! P# v6 F) B4 K1 C3 K, E% Q+ v, 0 X6 R+ h三维,cad,机械,技术,汽车,catia,pro/e,ug,inventor,solidedge,solidworks,caxa,时空,镇江(3) 埋置温度计试验时将铜或铂电阻温度计或热电偶埋置在绕组、铁心或其它需要测量预期温度最高的部件里。其测量结果反映出测温元件接触处的温度。大型电机常采用此法来监视电机的运行温度。 # 5 q& x- s J m; s1 O三维,cad,机械,技术,汽车,catia,pro/e,ug,inventor,solidedge,solidworks,caxa,时空,镇江三维网技术论坛# |- k- W* S7 o$ |2 x各种测量方法所测量到的温度与实际最高温度都有一定差值，因此需将绝缘材料的“极限工作温度”减去此差值才是“最高允许工作温度”。 三维网技术论坛6 q& u3 J5 h7 y& y( 三维|cad|机械|汽车|技术|catia|pro/e|ug|inventor|solidedge|solidworks|caxa( F0 o! Y* A; Q5 v: l& Z) _ y S& k5 电机各部位的温度限度 三维网技术论坛1 9 z, e% A5 ?& V) u M5 Z- Z2 u- ; SG三维网技术论坛(1) 与绕组接触的铁心温升(温度计法)应不超过所接触的绕组绝缘的温升限度(电阻法)，即A级为60，E级为75，B级为80，F级为100，H级为125。 ( G6 |0 N1 s5 qY5 W9 M# ?; S4 E0 b/ & C( b* x三维|cad|机械|汽车|技术|catia|pro/e|ug|inventor|solidedge|solidworks|caxa(2) 滚动轴承温度应不超过95，滑动轴承的温度应不超过80。因温度太高会使油质发生变化和破坏油膜。 % W8 v6 Yz Y, L( P三维网技术论坛1 a2 B+ x$ c8 三维网技术论坛(3)机壳温度实践中往往以不烫手为准。 8 |, + o& p7 U4 O4 ) U三维网技术论坛& m* Z& S: - o/ C C三维,cad,机械,技术,汽车,catia,pro/e,ug,inventor,solidedge,solidworks,caxa,时空,镇江(4) 鼠笼转子表面杂散损耗很大，温度较高，一般以不危及邻近绝缘为限。可预先刷上不可逆变色漆来估计。 / ?( b: L4 Y% _- W: f& Y三维|cad|机械|汽车|技术|catia|pro/e|ug|inventor|solidedge|solidworks|caxa+ E7 w$ Q! w5 a. t三维网技术论坛6 电机发热故障的排除 ! S! S! u8 e3 k4 b . c三维网技术论坛. I+ Y. P9 N; T$ j, Y7 j3 P* K0 F0 q当电机温度超过最高工作温度或温升超过规定或温升虽然未超过规定，但在低负荷时温