电机中常用绝缘材料

1、在进行电力拖动设计时， 必须按照经济、可靠的原则为生产机械选择电动机.首要的是在各种工作方式和工作条件下电动机功率的选择，同时还要确定电动机的电流种类、形式、 额定电压与额定转速。决定电动机功率时，既要考虑电动机能够胜任生产机械负载的要求， 还耍考虑电动机的发热、允许过载能力与启动能力等因素，一般情况下，以发热问题最重要。 所以，我们首先要研究电动机发热和冷却的一般规律，然后再根据负载运行的不同倩况介绍正确选择电动机的原则和电动机运行中的监视与维护方面的知识。§ 72电机中常用的绝缘材料及其容许温度电机中常用的绝缘材料，按其耐热能力分为A、E、B、F、H和C六个等级。1. A级绝缘A

2、级绝缘包括经过浸渍处理的棉纱、丝、纸等有机纤维材料以及普通漆包线上的磁 漆等。目前仅在变压器中使用。A级绝缘的最高容许工作温度为105Co2. E级绝缘E级绝缘包括用聚酯树脂、环氧树脂、三醋酸纤维等制成的薄膜，聚乙烯醇缩醛高 强度漆包线上的磁漆等。用在中、小型交、直流电机中。E级绝缘的最高容许工作温度为 120Co3. B级绝缘(作了耐热性处理)作为 聚酯高强度漆包线上的磁漆等。一般大、中型同步机及B级绝缘材料的最高容许工作温度为130CoB级绝缘包括云母、石棉、玻璃丝等无机物用有机漆或树脂 粘合剂制成的材料及其组合物， 中、小型交、直流电机中采用。4. F级绝缘玻璃丝等无机物用硅有机化合物改

3、性的合成树脂漆，或F级绝缘包括云母、石棉、 耐热性能符合这一等级要求的醇酸、环氧树脂作为粘合物而制成的材料或其组合物。 级绝缘的最高容许工作温度为155Co5. H级绝缘H级绝缘包括硅有机物以及云母、石棉、玻璃丝等无机物用硅有机漆作为粘合物而 制成的材料。主要应用在要求尽量缩小尺寸、减轻重量的场合，如航空电机、吊车电机 牵引电机等。H级绝缘最高容许工作温度为 180Co6o C级绝缘C级绝缘包括无枯合剂的云母、石英、玻璃丝等，用热稳定性特别好的肿有机树脂、 聚酰亚胺浸渍漆等处理过的石棉、玻璃纤维织物或其他制成物，以及聚酰亚胺基漆包线 的磁漆、聚酰亚胺薄膜等。C级绝缘是要求更高的绝缘材料，目前正

4、在推广使用。它的最高容许工作温度在 180 C以上。关于绝缘材料的使用两须注意加下两点：(1) 电机的绝缘等级由它所采用的主要绝缘材料中耐热等级最低的材料决定。 些特殊情况下，为了提高运行的可靠性，还要降低绝缘等级使用。t(a)与使用温(2) 温度对绝缘材料寿命影响极大。实验表明，A级绝缘材料的寿命度0(C)有如下关系：t=ce-a绝缘寿命就缩短式中c和a为试验决定的常数。例如当 a 0.088时，每当温度增高8C,一半。 如果电机是属于短期工作的，材料的容许最高工作温度应根据寿命缩短的情况相应 地提高。第二节 电机的发热和测定温度的方法 一台电机中的温度分布和热量流通情况十分复杂。各种损耗形

5、成不同的热风损耗转 化为热量后，将流过不同的材料，由电机外表面散发至外面。主要的热源来自电机内部， 即来自电流流过导体时产生的铜损耗，以及在铁芯内当磁通变化时所产生的铁损耗。轴承 摩擦所产生的热，仅为局部的热源，对绕组和铁芯的温升影响不大。当电机开始运转后， 由于热量不断产生，各部分温度将继续增加，直到热量的产生和散发达到乎衡为止。在电 机内部，各点的温度是不均匀的。在发热量大而散热不易之处，例如在电枢的槽的底部温 度为最高。绝缘材料同时也是不良的导热体，沿着绝缘层的温度梯度较高，而导电体同时 也是良好的导热体，故在铜线内部的温度梯度很小。钢片的导热系数虽远不如铜但依旧 是良好的导热体。 由于

6、相邻登片间的绝缘层， 所以沿铁芯轴向的导热系数大为减小。 叠片压 紧时压力的大小， 也可影响导热系数。 绝缘材料的导热系数极小， 仅为铜的导热系数的 1/1000 以下。棉丝经过浸渍处理后，导热系数可以增加34 倍，故浸渍对于热量的流通有利。电机的热量向外发散时主要依靠对流作用，其次为幅射作用。因为电机的底座和电机 所接触的空气都为不良导热体，由传导作用传热主要在电机内部进行。辐射作用的有效表 面仅为电机各部分的外表面。对流作用又可区分为自然对流和强制对流两种。自然对流作 用是由于和散热面相接触的热空气的上升，且其所逸出的空间由周围的的空气的填补；强 制对流作用是由待备的通风器，例如附装在机轴

7、上的风扇，在冷却表面上形成气流。旋转 着的电枢本身也起着带动气流的作用。限制温升的有效方法是增强散热作用。由于电机各 部分的发热和散热过程比较复杂，影响的因素很多，所以对温升的计算通常只作近似的估 算，在设计电机时，常以经验数据为依据。测定电机各部分温度的方法，主要有下列四种。一、温度计法 此法用温度计直接测定温度，最为简便。但用温度计仅能接触到电机各部分的表面，所测得的仅为表面温度。用温度计无法测出电机内部的最高温度。二、电阻法r1 ,即当绕组温度等于冷却介质温度 t2,绕组的电阻便增加至r2。加温度用摄此法只能用以测定绕组的平均温度，原理如下。 在电机运转以前，我们先测得绕组的冷态电阻t2

8、。t1 时的电阻。设电机运转以后绕组的湿度升高至 氏来量度，则对铜线绕组有下列关系： r1/r2= （235+t1 ）/（235+t2） 由上式可知，如 r1、r2 和 t1 为已知，便可求解235 改为 225。t1-t2，便是该绕组对冷却介质的温升。对子铝线绕组，将上式中常数三、埋量检温计法 较大的电机，在装配时，常在估计到可能有较高温度的各点，埋置检温计。检温元件有热电偶及电阻温度计等。检温计的受热端，可以埋在槽的深处，例如导体与横底之间、 上下层导体之间。检温计的引出端引至外面，接至测量仪表，借以读出温度。应用的检温 计愈多，则所测得的温度愈有可能接近于最热点的温度。四、叠加法 （双桥

9、带电测温法 ） 在不中断交变的负载电流的情况下，在负载电流上叠加一微弱直流电流，以测量绕组直流电阻随温度而发生的变化从而确定交流绕组的温升。电机各部分的温升限度与所用绝橡材料的级别有关，与冷却介质的温度有关，也与测 量温度的方法有关。绝缘材料的寿命决定于它在远行时的绝对温度，而不决定于温升。从 冬季到夏季，从北方到南方，环境温度的变化很大。当环境温度较低时，电机的温升限度 可以提高，而当环境温度较高时，电机的温升限度必须降低。为了明确起见，在规定电机 各部分的温升限度时，必须同时规定冷却介质的标准温度。我国电工技术标准规定冷却介 质的标准温度为4QC。依据此规定，电机各部分的温升，应用不同的绝

10、缘材料以及用不同 测温方法，有不同的温升限度。小结电机的额定容量是指符合定额的输出功率。它主要取决于电机各部分绝缘材料的极限 允许温度。电机远行时各种损耗都变为热量，使电机温度升高，并向周围冷却介质散热， 最后达到热稳定，此时电机稳定温度与周围介质温度之差称为温升，这是评价电机热性能的重要指标。温升与电机的工作制、周围环境有关。电机各部分温度的溯量可用温度计法、 电阻法；叠加法（双桥带电测温法 ）、埋置俭温计法。电机的发热和冷却过程曲线都是按指数规律变化的。电机的散热方式主要是对流，其次为辐射。对于旋转电机，往往来用强制对流效果更好，因此电机的通风冷却方式对电机运行影响很大，值得研究。电机温升

11、计算比较复杂，本章着重进行了定性分析。H2 电机的发热与冷却电机常用材料包话：导电材科、导礎材料和欝ft材料等三种不同件质用途的材料"S缘村料在愷用申反复受刊电凉41起的溫升、环境条件变化，机械、电住、牝学和热力 负敞丄陵其也園家等芽种浪丙的柞用，使英匏镰能力谨渐降低，就是艷#老4L樂嫌材斜的壽和也就决述了电动机槌用期眼.絶縑材料能尊魁用的期限尊之为墾缥村料的寿命。；* 34? *我匡W家标«规定：电机使用的绝缘材料其最高允忤a度以及最高允许淑升分成七个等 级。如宏H1所示YA£3FHC«為允许 y/x<r)90105120IM155180180以

12、上*高允许 fl兴代)5080W115140140 1U fc未经过用蜒绿含有有云讶、石云母、右建為机瑕堆、离浸湊处9漆处理过杖材斜断綿.»«紆棉，用有机材< m瓷右英務的松0.的阕如组战的怡合成胶做g机坊无n对叫丝纸尊绿制£h如粘合剂的料做粘合:、制朋晶丸的云母、环朋、石 «s«rtl聚乙烯、胶护维棒制i成品表IM注：以上材轉屮、cafe电机中找少杀月电机左运行中最高工作汎度不得超过铤缘材料髙允许縊度即这 就是按发热条件呆证电机长期运行帀选用电机的依据。淑升的意义是电91帶负载运行以后，在按规定条件运行的时何内温度连续上升，樓I得的 竝

13、0?泡度减去周围环境証度的温度基.或者说电机在蜕定条件下运行最爲迟度比周躍歼境遍 度升高的度敛，冰为温升。电机运行的*高允许汨升nu*(U-1)(II 2)我g标准规定：环境溫度tfo = 40V, 绝缘材料妁杲裔允许温升2% 6 - %保证电机正常、安全运行的发热条件为J(11-3)电机在运行过祥中电能报綾将转换成热能引起电机fi度产高。发热64不但与电流半方成 正比，罚且与煲載肘间成止比，这就确定了电动机功事计算中各种工咋制.如K期、短时、 5坯短时等规定，电机湼升有一个复杂的过思。负銭运行开雄时电流所产生的热®主要用于电机本身的温 升，一小部分散发到購R介底中。隨着负载时间的增

14、长.温升增高.橄发的热最比例也增 大.当电机所产生的热星等于散发到Md整介质牛热a时，削机的溫升就不再增加.而在某一 »度上稳定运冇， 35C -A% - A“(lb9)所以电机的温升K但与发热有关.力ft与散热也有关。为改#»馬条件降低湛度.禺看各种技术把施，如改善通风.用专用通风机对大舉电动机迸行冷却.左电机外壳上加焦箭等。电机又題由备冲不冋热客与传再系数不同的材料W成的，所以在分析电枕发热与冷却 时造成许多因难.为此庄忽略一些次要因絮的搖础上作以下两点假设. 电机以及英个别部分，如a爼、緖寻都俶定为扯一均匀体.因此.任何一部分体 积的比热与其他各ff分相同各部分表面啟

15、热系数也相I叭 而且比热和放热系取均为常戳. 不WS度变化而变化. 电乳K发到勒圈介嵐中热&与电机和周«介項的沮度差即a升r成正比，祈不受电 机本身?5度数值的影晦。-X电机的发热月机发出的热试为(114)Q = *2> (J) 式中P电机的总损耗(W);* 热能与电能变換的比例系 G/m). 在负载不变情况下，电忙热平無方程式写成：Qdr = Ardf + Cdr (J)(11 5)式中 A电机的散处系数，叩在电机温虞高于周圄介质親度It的温菱时，每秒钟发 褻周a介质中热帚(j/r-s)；C热容ft.为电机溫度升高19所需要的总u/r)；r 电机的也升在时间/时电机温

16、度高于周83介质消度的度数(D； dr电机在df时何内的fi升(匸人等号左边代联电机恋血时间内产生的热*.等号右边第一顼表 而Cdr是电机企办时切内岌升到dr胪需要的热屋。这* 一阶分方程 示发到介质中热S,将上式变数分需，(H 6)(Q Ar)<l/ = Cdr取积分得出/ =-予n(Q Ar) + K («)若电机在/ = 0时其起始温升r= “代入上式得出积分當救K =和(Q - Aifl)将K值代入(11-7)式得:厂-入【in(Q - Ar) - ln(Q - A")设发热时间常数<tMO)丁詢琛意灵是假如电机热R不散发到周W介庾中去，电机a度达我稳定

17、値5所ff®的 时W。它Q反映电机升增长恢慢桎度的樹理ft, «征电机热惯性大小.通常热性比机 皱惯性大得多.所以T thTw大很多倍小功率电机T约为几十分神，大电机可达小肘0 电机的稳定a升(IMO卄？y A考虑以上二式后，(11-9)式写戌电机®升r-Z(Z)形式;T ry( 1 - ') t me#用它描述的指数曲线如图(1)中曲线1所示，)7Ll_j 丄4如果电机在/-0时从冷却状S开始发热，则就时电机潟等于用M介质混度"-0 上式变成，0 r/ I - e *)上式如圈IM (1)中0线2所示。以上两条曲线最后穂定邈升都等于r”这是因为

18、它们按电机良有相同负載条件下 得出的，如图H.1 (1>中上面平行于横轴虚线位ft。理衣分析话种确定T的方法，T此在匕式中若r = TXJ：(11 14)r = r/l - J) = O.632r,因为电机存在向W附介嚴毗热，隹f - 丁时间内电机海升只达到0.632r,稳定值.根摇这一原理如累通过试脸而得到某台电机的发热®线，則可以n4 r=/ (<)曲线的 0.632r,点上作畫直干楼轴的垂找羁确定时间常数丁值=©切线法-352 在已知发義曲线的/=OIS点，作切絞号平行于横釉的5线的交点.到纵坐 标即为T值.其理论依«是将(H 13)式分一次并在

19、】=0时表示为切线斜率:(11-15)dr = Il -吕-sdf_ 丁-辭式中a是切线与«坐标轴的夹角.按(H13)式可®2只有当"8时s 事实上 /=4TBt r-09825 即可W 认为包机产生的热宜ti全那散发別周田介质中去达到f炭定升。二、电机的冷却电机负廉小.从面便损耗丫 P威小，产生的热 Q也就减少或者停车时电机的a升 F降.由原来的升r,降至新的升r这个过程称为冷却过a. ffifrtt热断数A 变.w冷却过s的T =/(z>方a为(11-16)丈中 J挣却开时fl升；J新的tt定温升.该式曲絞如(2) A线I所示。若切除电停车，SW2P =

20、 oBPQ = 0电机不再产生皴量,升邃渐下降*后冷却到与 WS介贞的肌度相等，故此时J = 0>上式写成r =它用图H1 (2)中曲线2表示。11.3电机工作方式分类P» Ai>凹U2檢期EfT制的功* 负图与升曲绫根据堪机发热和衿却情况.以及负載待续时何不同将龟机运行方式分成三种工作tt。 -长期工作制又祢为连缜工作«,特点是电机连续工作时间长4> (3-4) T.有的达几小时.几天需。这类4i机W*«铭« 定的功率长期运行其温升达到稳定«,选用时其恋定升r, 115于电机的最离允许fl升031b2«示了它的功率

21、P/ (r)曲线和afl-r = / (r) 曲给这类电机在产品中占大tt%«.铭«样本巻®中未注明 工作制的电机邮于长期I:作制。属于此类工作机械有桌类、通风机.矿山空压机、主剧风 机.逍纸机、球W机、浮选机尊.二、規时工作制待点是电机帯勿載工作时间«即：儿V (34) T,在这期伺出升达不到稳定值, 而停车冷却时何很长"> (3-4)八 足以能够使电机各部分冷却到和卅介侵S度相河, 353 -厂P刖7m 113短时工惟的功审J负載升曲钱«用车机等。PPPP即汨产卜降到容.图113«示了负载卩二/ (/)与r-/ (/)曲线。其屮 与橫坐标轴平行的尬线r,麦示带同樺负载长期工作制达封的fc为其歡定温升，它小于y值，即J<ry,苦乜机工作时间超过规定的时间运行，它将按r = / (t) 虔线部分匕升，超过泪升！>会S过热而便电机春命降低.由予工作性质甘点，些te时工作制的电叽功率只取决于 其曲截能力与启动