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级绝缘

2、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105C。2. 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 120C。3. B级绝缘B级绝缘包括云母、石棉、玻璃丝等无机物用有机漆或树脂(作了耐热性处理)作为粘合剂制成的材料及其组合物，聚酯高强度漆包线上的磁漆等。一般大、中型同步机及 中、小型交、直流电机中采用。B级绝缘材料的最高容许工作温度为130C。4. F级绝缘F级绝缘包括云母、石棉、玻璃丝等无机物用

3、硅有机化合物改性的合成树脂漆，或 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。F级绝缘的最高容许工作温度为155C。5. 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 180C。6. 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，目前正在推广使用

4、。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。在有 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。(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t(a)与使用温度。(C)有如下关系：t=ceA-a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,绝缘寿命就缩短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。各种损耗形成不同的热风损耗转化为

5、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。由于相邻登片间的绝缘层，所以沿铁芯轴向的导热

6、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3 4 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

7、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r1 ， 即当绕组温度等于冷却介质温度t1时的电阻。设电机运转以后绕组的湿度升高至t2,绕组的电阻便增加至r2。加温度用摄氏来量度，则对铜线绕组有下列关系

8、：r1/r2= （ 235+t1 ） /（ 235+t2）由上式可知，如r1 、 r2 和 t1 为已知，便可求解t2。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235 改为225。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

9、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

10、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 卜埋置俭温计法。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。电机温升计算比较复杂，本章着重进行了定性分析。1E2 电机的发热与冷却电机常用材料包寻：导电材

11、料、导磁材料和蒯绿材料等二种不同性质用途的材料。也舞材料在使用中反复受到电流引起的甄升、环境条件变化、机械、电气 此学和热力 负荷以及其地因素等第种原因的作用.使其纳缘靠力逐渐降低.就是匏老化&绝爆村邦I的寿曲也就决定了电动机使用期限.绝缴材料能的使用的期限称之为葩绿材料的寿布日；我国国家标准规定：电机使用的筑缘材料其最高允许温度以及最高允许温升分成七个等 级。如去11所示O杏种绝缘材科一离允许湿度与速升表表114第维等收YAEBFH(量高允许WJI(V)90105120IM155»«0180以上龄高之许H不。50658090115140140以上也绿杉料未经过 浸

12、漆处强 的枢纱、 丝、纸华用绛然 漆处度过 的忸妙、 丝，纸等含有有 机材料所 组成的绝 獴制品，如 聚面带膜、 环乂树盾、 聚乙堂、股 纸板等云田、石 柝,欣声轩 维等JM成，云母、石 棉，用有机 合成胶做 粘合剂的 制成品(硅石机 材料或用 代有机呵 料做粘合 泡的云母、 石柑、戢埼 奸缝等制 M段虎、阳 遂.石英等 无贪财W注；以上材料中、徵MIC级在电机中咬“聚汨电机在运行中最高工作温度3吨,不得超过绘绿材料最高允许温度即。3*机标这 就是按发热条件朱证电机长期运行而选用电机的依据，温升的意义是电机带负我运行以后，在按规定条件运行的时向内温度连续上升，洌得的 最n泄度m去周阳环境温度的

13、泡度度.或者说电机在蜕定条件下运行最高温度比周围环境温 度升高的度牧，赤为温升。电机运行的最高允许阻升»= L-M(H-D我国标准规定：环境温度 = 40匕. 绝缘材料的最高允许温升，保证电机正常、安全运行的发热条件为:(112)(11-3)电机在运行过程中电能振新将转换成热能引起电机沮度产高。发热成不但与电流平方成 正比，币且与负裁时间成正比，这就阐定了电动机功率计券中各种工作制,如长期、短时、 克熨短时等规定，电机温升有一个复杂的过程。负较运行开始时电流所产生的热量主要用于电机本身的息 升.一小部分散发到周展介质中。随着负载时间的增长.温升增高,散发的热电比例也增 大.当电机所产

14、生的热量等于散发到制图介质中熊鼠时，电机的温升就不再增阐.而在其一 温度上稳定运行， 35c 所以.电机的温升不但与发热有关,而且与散热也有关。为改善欷热条件，降低温度，再看各仲技术措施，如改善通风,用专M通风机对大型电 动机进行冷却，在电机外壳上加散热耗等电机又是由各仲不同热容粒与传热系数不同的材料制成的，所以在分析电机发烝与拎却 时造成许多困难，为此在忽略一些次要因素的基础上作以下两点假慢电机以及其个别那分，如晓地、滋路等都假定为统一均匀体。因此，任何一部分体 积的比婷与其他各部分相同，各都分表面散热系数也相同，而且比热和散热系数均为常数， 不随温度变化而变化。电机散发到周第介潢中热量与电

15、机和周国介成的泡理差即遢升r成正比，而不受电 机本身漏度数值的影峋。一、电机的发热司机发出的热量为Q = *» (11 4)式中电机的总损耗(W)；A热能与电能变埃的比例系数(J/m).在负载不变情况下，电机热平窗方程式写成：Qdt = Ardf + Cdr (J)(11-5)式中 A电机的散热系数，即在电机温度高于周圈介喷愚度1匕的温差时，每秒钟敢发 到周圉介质中热储(J/C-);C热容员.为电机制度升高1C所需要的热毫u/t);r电机的温升.在时间/时电机温度高于周围介质湿度的度数(r)；dr电机在以时间内的温升(V )©这迫一阶微分方程式，等号左边代表电机在&

16、时间内产生的热量，等号右边第一项表 示散发到质围介质中姒属，而Cck是电机在df时何内澧次升到dr所需要的热量g将上式变数分离：(Q - Ar)d/ = Cdr求积分得出t = - *n( Q At) + K () A若电机在/ =0时其起始温升r = ro代入上式得出积分常数K = £ln(Q - A”)将K值代入(11-7)式得：£ = 一 Q - Ar) - ln(Q - Ar0)l(H-6)(11-7)(11(11-9)Ci Q Ar设发慈时何常数了物理意文是假如电机热第不散发到周用介质中去，电机溟度达熨稳定值Q所需要的 时间。它是反映电机雷升增长快慢程度的物理坦，

17、根征岩电机热惯性大小,通常热惯性比机 械惯性大得多，所以T比Tm大很多倍，小功率电机T约为几十分钟，大电机可达数小时”电机的检定温升(11-11)考虑以上二式后，(11-9)式写成电机源升r-f (/)形式；r = r J 1 - ©-：)十 F|)e f(11-12)用它描述的指数曲线如图11-1 (1)中曲线1所示,八)量余食(川旬他图111电机的发器与冷却曲线如果电机在才=0时从冷却状态开始发热，则此时电机洞发等于周南介质湿度“ =0, 上式变成,r = rj 1 - e4)(11-13)上式如图lt-1 (1)中曲线2所示。以上两条曲线最后稳定温升都等于一，这是因为它们都是按

18、电机具有相同负敕条件下 得出的，如：ani(1)中上面平行于横轴虚装位置。现在分析两种确定丁的方法：£ 二 丁法。在上式中若2= 7则：r = q(1。eT) = 0.632、(11-14)因为电机存在向周阳介度散热，在，：丁时间内电尻四升只达到0.632ry稳定值“根据这一原理如果通过试脸而得到某台电机的澄典曲线，则可以只在= / (/)曲线的 0.632。点上作垂直于横轴的垂战因确定时间常数T值。切线法” 352 在已知r = / (，)发热曲线的，=0原点，作切线与平行于横鞠的功线的交点,到纵坐 标跑周即为I (ft.其理论依据是将(11 13)式微分一次，井在£=0

19、时表示为切线斜率：(1M5)式中。处切线与横坐标轴的夹角。按(11/3)式可知！只有当“8时 一 5 事实上，=47时,r-0.982ry,即可以 认为电机产生的热置已全部散发到周遗介质中去.达到/稳定温升。二、电机的冷却电机负栽成小，从而使损地P或小,产生的热* Q也就减少，或者停车时电机的温升 F降，由原来的温升降至新的廉定温升r.,这个过程称为冷却过程，叙着微热系数A值不 变，则冷却过程的r =/(/)方程为(11-16)，1 - e 小)+ rye式中ry冷却开始时乱升；Q新的稳定温升。诙式曲线如图111 (2)曲线1所示。若切除电源停车，则2 P = o即Q = 0电机不再产生执量,

20、潟升逐渐下降,最后冷却到与 周围介啦的阻度相等，故此时rn = 0,上式写成(U-17)它用图11-1 (2)中曲线2表示。11.3电机工作方式分类 .根据电机发热和冷却情况，以及负载持续时间不同将电机运行方式分成三种工作耦,， 一、长期工作制，1用IL2反期工作制的功率负仗33与乱升曲级又舜为连虢工作制，特点是电机连续工作时间较长/> (3-4) T.有的达几小时、几天等这类电机以根据铭牌规 定的功率长期运行，其温升达到稳定值，选用时其租定温升rz等于电机的最高允许温升r-c图1L2表示了它的功率P = f (r)曲线和澧升t = / (r) 曲线.这类电机在产品中占大敬融,弊牌或样本

21、并数中未注明 工作制的电机都属于长期工作制。属于此类工作机械有泵类、通风机、矿山空压机，主明风 机、费纸机、球*机、浮选机等，二、短时工作制特点是电机带负毂工作时间很短，即：< (34) T,在这期间温升达不到稳定值. 而停车冷却脑间很长“(3-4) T,足以能够使电机各部分冷却到和周圉介质潟度相同,.353 图”3短时工作制的功率 负载图与程升曲线即阻升卜降到零0图11-3我示了负载n = / (t)与:=/ (/)曲线。其中 与横坐标轴平行的,虚线ry表示带同样负载长期工作制达到的 温升稔定值。r,为其额定温升，它小于j值，即一3若电机工作时间超过规定的时间运行，它格按=/ (t) 虚线部分上升，超过阻升Q会因过热而使电机寿命降低6由于工作性质带点，一些短时工作制的电叽功率只取决于 其过载