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电机转速与温升检测装置的设置


毕业设计(论文)



目:

电机转速与温升检测装置的设置

系 专 学

部: 业: 号:

机械系 机电一体化

学生姓名: 指导教师:

二 O 一四 年 四 月 二十五 日

毕业论文(设计)任务书

课题名称: 系 专 学 部: 业: 号:

电机转速与温升检测装置的设置 机械系 机电一体化

学生姓名: 指导教师:

二〇一四 年 四 月 二十五 日

一、毕业论文(设计)的目的与要求:发电机在运行时,由于各种损耗的 存在,将使发电机的定子绕组,转子绕组及铁芯发热而导致温度升高。如 果各部温度超过了绝缘材料的允许工作温度,就会使绝缘老化加快,从而 大大缩短发电机的使用寿命。发电机的温升试验,就是为了在发电机带负 荷运行时,了解各部分温度的变化情况,以便将其控制在限额之内,保证 发电机的安全运行。 电机中绝缘材料的寿命与运行温度有密切的关系,为保证电机安全、合理 的使用,需要监视与测量电机绕组、铁心等其他部分的温度。按国家标准 规定,不同绝缘等级的电机绕组有不同的允许温升。

二、毕业论文(设计)的内容:电机由常温(其各部分温度与环境温度相 同)开始运行,温度不断升高,当其高出环境温度后,一方面继续吸收热 量缓慢升温。另一方面开始向周围散发热量。当电机处于热量平衡装态, 温度不再升高时,电机的温度与环境温度之差称之为电机温升。一般来说 和转速关系最大的是轴承温升,电机温升不单单和转速有关。

三、毕业论文(设计)进程的安排
序 号 论文(设计)各阶段名称 日 期 备 注

1 2 3 4 5 6

读毕业设计资料,了解具体要求 确定毕业设计题目 搜集相关资料,请教老师 大体思路汇报给老师给予指导 详细做设计 上交毕业设计

2014.1.12 2014.2.3 2014.2.20 2014.3.10 2014.4.19 2014.4.25

四、任务执行日期:
自_2014__年__1__月___11__日起,至__2014__年__4 _月___25 __日止。



生(签字)_____

指导教师(签字)__________ 系主任(签字)

_________

毕业设计(论文)成绩评定表 系部:机械系
姓 名 设计(论文)题目

专业:机电一体化

班级:11 机电二班

设计(论文)总成绩:

电机转速与温升检测装置的设置

指 导 教 师 评 语

评定成绩:

签名:







评 阅 人 评 语

评定成绩:

签名:







答 辩 小 组 评 语

答辩成绩:

组长签名:







注:设计(论文)总成绩=指导教师评定成绩(30%)+评阅人评定成绩(30%)+答辩成绩(40%)

摘要
电力电子技术是能够给电力工业带来革命性进步的新技术, 而电力电子 试验室的建设是电力电子技术在电力系统中工程化应用的先决条件,按照 IEC 有关标准, 各类电力电子实用装置均对相关的实验条件提出了具体的要 求。同时,试验装备(耐压试验装置、温升试验装置、过电流试验装置以及 合成 “全工况” 试验装置)的建设又将进一步促进电力电子装置实用化进程。 目前电力电子试验室建设的首要任务就是完成温升试验装置开发工 作。这是由温升试验装置的核心与基础地位所决定的。因为它一方面要负 责被试品的温升试验,即测试被试品在正常工作情况下的温度性能指标。 另一方面它还将是进行过电流试验、合成“全工况”试验的辅助设备,没 有它将无法进行这两项试验。因此相对而言温升试验装置更具基础性和必 要性。 温升试验装置实际上就是一个可提供不同等级大电流的单相、高压试 验电源。该试验电源一次回路的设计原理较为简单。首先通过一个转换变 压器将三相电源转换为单相电源,然后通过单相温升试验变压器向被试品 (高压阀)提供不同等级的高电压、大电流。温升试验装置的二次部分,即 测控系统作为试验装置的神经中枢,对试验装置自身的性能和调节特性都 有十分重要的作用,特别是温升试验回路的测控系统必须具备较大的控制 灵活性,因为它不仅仅是用于温升试验,还要提供辅助接口作为过电流试 验、合成“全工况”试验的辅助部分协同工作。 经过综合比较我们决定采用西门子公司的可编程序控制器 (PLC) 技术 和 PROFIBUS 现场总线技术来实现温升试验装置的测量、控制功能。 最后

依据温升装置在验收调试过程和 TCSC TE 板触发功能的开发调试等实际运 行过程中收集的大量试验数据、波形图文件进行了充分的理论分析、过程 判别,从而对温升试验装置做出一个全面的、客观的性能评估。 电机温升对电机的安全可靠运行和绝缘寿命长短有着非常重要的影响 , 因此把电机温升测试作为电机型式试验和出厂试验的重要组成部分。本论 文介绍了多种电机温升的测试方法,同时根据定子电阻与其自身温升的线 性关系,重点研究用定子电阻在线监测方法实现对交流电机定子绕组平均 温升的在线实时测试。分别详细论述了等效直流灌注法和双电抗器法两种 交流电机定子电阻在线测试方法的原理和实现方案 ,设计开发了相应的电 机温升测试系统。 等效直流灌注法并非真实地向绕组内部注入直流电流, 而是通过串联在电机供电回路的一种简单电路装置 ,通过改变一个工频周 期内此装置两端的阻抗,等效为向定子绕组中注入可控的直流,从而测得定 子电阻的实时变化。 关键词:电动机;温度;温升;绝缘

目录
1 绪论....................................................1 1.1 发电机温升意义 ................................................................. 1 1.2 电机的转速 ........................................................................ 1 1.3 电机绝缘温升、防护等级.............................2 2 电机的温度与温升.......................................10 2.1绝缘材料的耐热等级..................................10 2.2温升的概述..........................................10 2.3温升与气温等因素的关系..............................12 2.4极限工作温度与最高工作温度..........................13 2.5电动机各部位的温度限度..............................14 2.6故障的排除..........................................15 3 温度与温升测量.........................................15 3.1温度的测量..........................................15 3.2温度测量三种基本方法................................16 3.3电动机的温升测量....................................18 3.4电机温升测试注意问题................................19 结论与展望.............................................19 致谢...................................................21 附录...................................................22 参考文献...............................................23

第一章 绪 论
1.1发电机温升意义 发电机在运行时,由于各种损耗的存在,将使发电机的定子绕组、 转子绕组及铁芯发热而导致发电机温度升高。如果各部温度超过了绝缘材 料的允许工作温度,就会使绝缘老化加快,从而大大缩短发电机的使用寿 命。 发电机的温升试验,就是为了了解发电机在带负荷运行时,各部分温 度的可能变化情况,从而能将其控制在限额以内,保证发电机的安全可靠 运行。 温升试验的意义如下。 (1) 了解发电机在额定状态下运行时,发电机的额定负荷能力和过载能 力。 (2) 绘制发电机在允许的电压变动范围内,及不同冷却介质温度时的极 限工作能力曲线,从而为发电机在非正常情况下的运行提供依据。 (3) 研究发电机各部分温度与最高发热点温度的关系,为评价和改进发 电机结构及通风冷却系统提供依据。 (4) 测定定子绕组绝缘热降,研究绝缘热降所反映的绝缘老化情况。 (5) 确定绕组平均温度、最高发热点温度和测温计反映的温度之间的关 系,研究准确监视测量绕组温度的方法。

1.2电机的转速 直流电机:电枢电压.磁通.电枢回路电阻(与线圈线径.匝数.长短及外接的

有关)。 交流电机:电源频率.极对数.转差率(主要取决转子回路电阻) 无论直流电机还是交流电机,运行时的发热,均来自于电机的损耗,也 就是说,效率越高的电机,损耗越小,发热也就愈少,温升则低反之损耗 越大。发热就厉害,温升则高,因此可以把一台电机损耗的大小,等效成 一个功率大小不同的电炉对电机个体加热7前面的温升试验发电机陪试法, 则是一种间接电炉加热法,即被试电机带额定负载运行时损耗象附带放了 一个电炉为电机个体加热。 有了间接电炉法,可以想能否用直接电炉法为电机个体加热。回答是可以 的,方法是只要能测知这台电机的效率是多少,就可算出这台电机额定输 出时的损耗功率是多少,然后将这台电机的转子卡住堵转,再在线圈内通 直流电流, 电流的大小, 等于它与端电压的乘积3即额定运行时的损耗功率。 这样测出的堵转温升理论上应与电机额定运行的测出的温升相等,因二者 的发热条件和散热条件基本一样。等效法测电机温升正是基于这一原理。 1.3电机绝缘温升、防护等级 1.3.1电动机防护等级 IP(INTERNATIONAL PROTECTION)防护等级是专门的工业防护等级,它 将电器依其防尘、防湿气之特性加以分级。这里所指的外物含工具,人的 手指等均不可接触到电器内之带电部分,以免触电。IP 防护等级是由两个 数字所组成,第一个数字表示电器离尘、防止外物侵入的等级,第二个数 字表示电器防湿气、防水侵入的密闭程度,数字越大表示其防护等级越高, 两个标示数字所表示的防护等级如表一及表二。

电机防护等级(第一位数字)的分级和定义 0 无防护 没有专门的防护 1 防护大于50mm 的固体 能防止直径大于50mm 的固体异物进入壳内。能防止人体的某一大面积部分 (如手)偶然或意外地触及壳内带电或运动部分,但不能防止有意识地接 近这些部分。 2 防护大于12mm 的固体 能防止直径大于12mm 的固体异物进入壳内。能防 止手指触及壳内带电或运动部分 3 防护大于2.5mm 的固体 能防止直径大于2.5mm 的固体异物进入壳内。能防止厚度或直径大于2.5mm 的工具、金属线等触及壳内带电或运动部分 4 防护大于1mm 的固体 能防止直径大于1mm 的固体异物进入壳内。能防止直径或厚度大于1mm 的导 线或片条触及壳内带电或运转部分 5 防尘 能防止灰尘进入达到影响产品正常运行的程度,完全防止触及壳内带电或 运动部分。 6 尘密 能完全防止灰尘进入壳内,完全防止触及壳内带电或运动部分 ① 对用同轴外风扇冷却的电机,风扇的防护应能防止其风叶或轮辐被手触 及,在出风口,手插入时,其直径为50mm 的护板不能通过。 ② 不包括泄水孔,泄水孔应不低于2级的规定。

电机防护等级(第二位数字)的分级和定义 0 无防护 没有专门的防护 1 防 滴 垂直的滴水应不能直接进入电机内部 2 防滴 与铅垂线成15o 角范围内的滴水,应不能直接进入电机内部 3 防淋水 与铅垂线成60O 角范围内的淋水,应不能直接进入电机内部 4 防 溅 任何方向的溅水对电机应无有害的影响 5 防喷水 任何方向的喷水对电机应无有害的影响 6 防海浪 或强加喷水 猛烈的海浪或强力的喷水对电机应无有害影响 7 浸 水 电机在规定的压力和时间下浸在水中,其进水量应无有害影响 8 潜 水 电机在规定的压力下长时间浸在水中,其进水量应无有害影响 电机最常用的防护等级有 IP11、IP21、IP22、IP23、IP44、IP54、IP55 等。 电机防护等级用 IPXX 表示,IPXX 后第一个数字表示防尘,数字为0、 1、 2、 3、 4、5,数字越大,防尘等级越高。第二个数字表示防水,数字为0、1、2、3、 4、5、6、7、8,数字越大,防水等级越高。 IEC IP 防护等级定义 IP 表示 Ingress Protection (进入防护) , IEC IP 防护等级是电气设备安全防护的重要保障等级。 IP 防护等级系统提供了一 个以电器设备和包装的防尘、防水和防碰撞程度来对产品进行分类的方法, 这 套 系 统 得 到 了 多 数 欧 洲 国 家 的 认 可 , 国 际 电 工 协 会 IEC ( International Electro Technical Commission ) 起 草 , 并 在 IED529 (BS EN 60529:1992)外包装防护等级(IP code)中宣布。 防护等级多以 IP 后跟随两个数字来表述,数字用来明确防护的等级。第一

个数字表明设备抗微尘的范围,或者是人们在密封环境中免受危害的程度。 I 代表防止固体异物进入的等级,最高级别是6;第二个安字表明设备防水 的程度,最高级别是8。接触保护和外来物保护等级(第一个数字) 防水保 护等级( 第二个数字) X 的意义:它表示外壳对人和壳内部件的防护,共分6个等级 X 防护等级防护等级防护等级 0 无防护电机无防护电机无防护电机 1 防护大于50mm 固体的电机 能防止大面积的人体( (如手如手) )偶然或意外地接触及接近壳内带电或 转动部件偶然或意外地接触及接近壳内带电或转动部件( (但不能防止故意 接触意接触) ) 能防止直径大于50mm 的固体异物进入壳内的固体异物进入壳内 2 防护大于12mm 固体的电机 3 能防止手指或长度不超过80mm 的类似物体触及或接近壳内带电或转动部 件的类似物体触及或接近壳内带电或转动部件 能防止直径大于12mm 的固 体异物进入的固体异物进入壳内壳内壳内 4 防护大于2.5mm 固体的电机 能防止直径大于2.5mm 的工具或导线触及或接近壳内带电或转动部件的工 具或导线触及或接近壳内带电或转动部件 异物进入壳内的固体异物进入壳内 5 防护大于防护大于1mm 固体的电机 能防止直径或厚度大于1mm 的导线或片条触及或接近壳内带电或转动部件 能防止直径大于2.5mm 的固体 无专门防护无专门防护

的导线或片条触及或接近壳内带电或转动部件 体异物进入壳内的固体异物进入壳内 6 防尘电机

能防止直径大于1mm 的固

能防止触及或接近壳内带电或转动部件进尘量不足以影响电机的正常运行 能防止触及或接近壳内带电或转动部件进尘量不足以影响电机的正常运 行 Y 的意义的意义: :它表示由于外壳进水而引起有害影响的防护它表示 由于外壳进水而引起有害影响的防护, ,共分9个等级个等级 Y 防护等级防护等级防护等级 0 无防护电机无专门防护无防护电机无专门防护无防护电机无专门防 护。 1 防滴电机 垂直滴水应无有害影响垂直滴水应无有害影响。 2 防滴电机 当电机从正常位置向任何方向倾斜至15˙15˙以内任一角度时以内任一角 度时以内任一角度时, ,垂直滴水应无有害影响垂直滴水应无有害影响 3 防淋水电机防淋水电机 与垂直线成60˙60˙角范围内的淋水应无有害影响角范围内的淋水应无有 害影响角范围内的淋水应无有害影响 4 防溅水电机防溅水电机。 承受任何方向的溅水应无有害影响承受任何方 向的溅水应无有害影响 5 防喷水电机防喷水电机 承受任何方向的喷水应无有害影响承受任何方向的喷水应无有害影响。

6 防海浪电机防海浪电机。 承受猛烈的海浪冲击或强烈喷水时承受猛烈的海浪冲击或强烈喷水时,电 机的进水量应不达到有害的程度电机的进水量应不达到有害的程度。 7 防浸水电机。 当电机浸入规定压力的水中经规定时间时当电机浸入规定压力的水中经规 定时间时, ,电机的进水量应不达到有害的程度电机的进水量应不达到有害 的程度。 8 潜水电机 电机在制造厂规电机在制造厂规定的条件下能长期潜水定的条件下能长期 潜水定的条件下能长期潜水。电机一般为水密型电机一般为水密型,但对 某些类型电机也可允许水进入进入,但应不达到有害的程度但应不达到有 害的程度。 在实际使用中, , 一般情况下室内使用的电机采用 IP23的防护等级的防 护等级,在稍微严酷的环境在稍微严酷的环境, ,选择 IP44或 IP54IP54。 。 在室外使用的电机最低的防护等级一般为 IP54IP54, , 而且必须做户外处理 而且必须做户外处理。 。 在特殊环境下殊环境下 ( (如腐蚀环境如腐蚀环境) ) 也必须提高电机的防护等级也必须提高电机的防护等级, ,并且电机的壳体 做特殊处理并且电机的壳体做特殊处理。 1.3.2电动机绝缘等级 人们根据不同绝缘材料耐受高温的能力对其规定了 7个允许的最高温 度,按照温度大小排列分别为:Y、A、E、B、F、H 和 C。它们的允许工作 温度分别为:90、105、120、130、155、180和180℃以上。因此,B 级绝缘

说明的是该发电机采用的绝缘耐热温度为130℃。使用者在发电机工作时应 该保证不使发电机绝缘材料超过该温度才能保证发电机正常工作。电动机 的绝缘等级是指其所用绝缘材料的耐热等级,分 A、E、B、F、H 级。允许 温升是指电动机的温度与周围环境温度相比升高的限度。 绝缘的温度等级:A 级 E级 B级 F级 130 80 100 155 100 120 H级 180 125 145

最高允许温度(℃) :105 120 绕组温升限值(K) : 60 性能参考温度(℃) :80 75 95

在发电机等电气设备中,绝缘材料是最为薄弱的环节。绝缘材料尤其 容易受到高温的影响而加速老化并损坏。 不同的绝缘材料耐热性能有区别,采用不同绝缘材料的电气设备其耐 受高温的能力就有不同。因此一般的电气设备都规定其工作的最高温度。 绝缘等级为 B 级的绝缘材料,主要是由云母、石棉、玻璃丝经有机胶胶合 或浸渍而成的。常用的 B 级绝缘材料有 PVC 玻璃纤维套管(黄腊管), 6520 复合纸,DMD 绝缘纸等。 电机的绝缘等级与电机的使用温度有关。在使用温度确定后,往往会使 用至少同级或较高的绝缘材料,以提高电机的使用寿命。比如,常用的 B 级电机,其内部的绝缘材料往往是 F 级的,而铜线可能使用 H 级甚至更高 的,来提高其质量的。一般为提高使用寿命,往往规定高级绝缘要求,低 一级来考核。比如,常见的 F 级绝缘的电机,做 B 级来考核,即其温升不 能超过120度(留10度作为余量,以避免工艺不稳定造成个别电机温升超 差) 。

九种工作制 S1 连续工作制:在恒定负载下的运行时间足以达到热稳定。 S2 短时工作制:在恒定负载下按给定的时间运行,该时间不足以达到热稳 定,随之即断能停转足够时间,使电机再度冷却到与冷却介质温度之差在 2K 以内。 S3 断续周期工作制:按一系列相同的工作周期运行,每一周期包括一段恒 定负载运行时间和一段断能停转时间。这种工作制中的每一周期的起动电 流不致对温升产生显著影响。 S4 包括起动的断续周期工作制:按一系列相同的工作周期运行,每一周期 包括一段对温升有显著影响的起动时间、一段恒定负载运行时间和一段断 能停转时间。 S5 包括电制动的断续周期工作制:按一系列相同的工作周期运行,每一周 期包括一段起动时间、一段恒定负载运行时间、一段快速电制动时间和一 段断能停转时间。 S6 连续周期工作制:按一系列相同的工作周期运行,每一周期包括一段恒 定负载运行时间和一段空载运行时间,但无断能停转时间。 S7 包括电制动的连续周期工作制:按一系列相同的工作周期运行,每一周 期包括一段起动时间、一段恒定负载运行时间和一段快速电制动时间,但 无断能停转时间。 S8 包括变速变负载的连续周期工作制:按一系列相同的工作周期运行,每 一周期包括一段在预定转速下恒定负载运行时间,和一段或几段在不同转 速下的其它恒定负载的运行时间,但无断能停转时间。

S9 负载和转速非周期性变化工作制:负载和转速在允许的范围内变化的非 周期工作制。这种工作制包括经常过载,其值可远远超过满载。

第二章 电机的温度与温升
2.1绝缘材料的耐热等级 绝缘材料按耐热能力分为 Y、A、E、B、F、H、C 7个等级,其极限工作 温度分别为90、105、 120、130、155、180、及180℃以上。 所谓绝缘材料的极限工作温度,系指电动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15~20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,寿命严重缩短。所以电动机在运行中,温度是 寿命的主要因素之一。 2.2温升的概述 2.2.1温升 是指电子电气设备中的各个部件高出环境的温度。 导体通流后产生电流热效应,随着时间的推移, 导体表面的温度不断 地上升直至稳定。稳定的条件是在3个小时内前后温差不超过2℃,此时测 得导体表面的温度为此导体的最终温度,温度的单位为度(℃) 。上升的温 度中超过周围空气的温度(环境温度)的这一部分温度称为温升,温升的 单位为开氏(K) 。有些关于温升方面的文章和试验报告及试题中,经常把 温升的单位写成(℃) ,单位用度(℃)来表示温升是不妥当的。 为验证电子产品的使用寿命、稳定性等特性,通常会测试其重要元件(IC

芯片等)的温升,将被测设备置于高于其额定工作温度( T=25℃)的某一 特定温度(T=70℃)下运行,稳定后记录其元件高于环境温度的温升,验 证此产品的设计是否合理。 电气类产品中:电动机的额定温升,是指在设计规定的环境温度(十40℃) 下,电动机绕组的最高允许温升,它取决于绕组的绝缘等级。 温升取决于电动机运行中发热情况和散热情况。常根据温升判断电动机散 热是否正常。 电动机温度是指电动机各部分实际发热温度,它对电动机的绝缘材影响很 大,温度过高会使绝缘老化缩短电动机寿命,甚至导致绝缘破坏·为使绝 缘不致老化和破坏,对电动机绕组等各部分温度作了一不定期的限制,这 个温度限制就是电动机的允许温度。 2.2.2公式 电动机的各部温度的高低还与外界条件有关,温升就是电动机温度比周 围环境温度高出的数值. θ =T2-T1 式中 θ -------温升 T1------- 实 际 冷 却 状 态 下 的 绕 组 温 度 ( 即 环 境 温 度 , 室 温 不 允 许 超 过 40℃); T2-------发热状态下绕组温度. 温升是指电动机在额定运行状态下,定子绕组的温度高出环境温度的数值 (环境温度规定为35℃或40℃以下,如果铭牌上未标出具体数值,则为40℃) 2.2.3计算

采用空气冷却的变压器, 它的温升除了与磁心损耗和绕组铜损之和有关 外,还和辐射表面的面积有关。气流流经变压器,变压器的温度会降低, 降低的程度与气流速度(in(3) /min)有关。 想要精确、系统地计算出变压器的温升是不容易的,但可以通过一些经验 曲线来得到温升值,误差只在10℃以内。这些曲线是基于辐射表面面积的 热敏阻抗这一概念得来的。 散热片热敏阻抗 Rt 的定义为散热片每耗散1W 功 率所带来的温升(通常以℃为单位) ,温升的增加 DT 与耗散功率 P 之间的 关系为:DT=PRT。 一些厂家还给出了不同产品的 R,值,这就间接说明了磁心外表面的温 升为 Rt 与磁心损耗和铜损之和的乘积,有经验的用户通常会假定内表面最 热点(一般位于磁心的中心柱)的温升比磁心外表面温升高10~15℃。 温升不仅和辐射表面的面积有关,还与磁心总的耗散功率有关。辐射 表面的耗散功率越大,辐射表面和周围空气的温差就越大,表面也就更容 易冷却,也就是说表面的热敏阻抗越低。 因此,在估算变压器的温升时,往往将变压器`总的外表面积看成是一个等 效散热片的辐射表面积。总的外表面积为 (2×宽度×高度+2×宽度×厚度+2×高度×厚度) 等效散热片的热敏阻抗可以根据总的耗散功率(磁心损耗与铜损之和)来 校正。 2.3温升与气温等因素的关系 由于各地各时的环境温度不相同,因此必须规定标准的环境温度。我国 早期设计的电动机均采用35℃,而从1965年后设计的 J2、JO2和 Y 系列电动

机则用40℃。 对于正常运行的电动机,在额定负荷下其温升应与环境温度的高低无 关,且当环境温度低于40℃(或35℃)时,其运行温升也不允许超出铭牌 额定值。如一台正在运行的 A 级绝缘电动机 ,当环境温度降到10℃时,并 不意味着温升允许扩大到80℃。有人认为只要绕组温度不超过规定的90℃ 即可。这不全对,如负荷未增加,而温升达到80℃,这说明电动机本身出 了故障 。 那么,额定负载下运行的电动机温升是否与气温等因素毫无关系呢: 不!是稍有影响的。 1、 气温下降时, 正常电动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%。 2、自冷电动机的环境温度每增10℃,则温升增1.5~3℃。这是因为绕组铜 损随气温上升而增加。气温变化对大型电动机和封闭电动机影响较大。 3、 空气湿度升高10%, 因导热改善, 温升可降0.07~0.38℃, 平均为0,19℃。 4、海拔以1000m 为标准,每升100m,温升增加温升极限值的1%。 2.4极限工作温度与最高工作温度 (1)温度计法其测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、 小电动机现场应用最广。对低电阻绕组,此法比电阻法准确。由于水银温 度计在交变磁场中会因涡流损耗发热,故在交流电动机中使用酒精温度计。 (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5~15℃。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。
(3)埋置检测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

心或其他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。大型电动机常采用此法来监视电动机的运行温度。在 100~ 200℃范围内铜或铂电阻温度计较准确,而热电偶不常用 。 另外,封闭扇冷式电动机用电阻法测得的温度比温度计法测得的高0~ 15%;防护式高10%~2 0%。而电阻法与预埋铜电阻检温计相差±5%。 综上所述,各种测量方法所测量到的温度与实际最高温度都有差值,不能 真正反映出绝缘材料的实际最高温度,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” 。 2.5电动机各部位的温度限度 (1)与绕组级接触的铁心温升(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℃。 对于封闭式电动机, 温度计可插入机座的吊环螺孔与铁心接解。 (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。温度计应插近滚珠轴承外圈或滑动轴承 下轴瓦。如测轴承盖温度,其值比外圈低 15%~25%。如测油池上层油温, 其值比轴瓦低15℃。 (3)机壳温度实践中往往以不烫手为准。 (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。 2.6故障的排除

当发生下列任一种情况时,说明电动机有故障: (1)温度超过最高工作温度。 (2)温升超过规定或温升虽然未超过规定,但在低负荷时温升突然增大。 这两类故障的判断和排除方法是: (1)在额定负荷下温升未超过温升限度,仅由于环境温度超过40℃而使电 动机温度超过最大允许工作温度。这种现象说明电动机本身是正常的。解 决的办法是用人工方法使环境温度下降,如办不到,则必须减负荷运行。

(2)在额定负载下温升超出铭牌规定。不管什么情况,均属有故障,必 须停机检查,特别对 温升突然变大更要注意。其外部原因有:电网电压太 低或线路压降太大(超过10%) ,负载太重(超过10%) ,电动机与机械配合 不当;内部原因有;单相运行、匝间短路、相间短路、定子接地、风扇损 坏或未紧固、风道阻塞、轴承损坏,定转子相擦、电动机与电缆接头发热 (特别是铜铝或铝铝连接) 、电动机受腐蚀或受潮等。此外,从理论上讲电 动机均可正反转,但有些电动机的风扇有方向性,如反了,温升会超出许 多。总之,必须针对各种具体情况,排除故障。

第三章 温度与温升测量
3.1温度的测量 (1)冷却介质温度测量。所谓冷却介质是指能够直接或间接地把定子和转 子绕组、铁心以及轴承的热量带走的物质;如空气、水和油类等。靠周围 空气来冷却的电机,冷却空气的温度(一般指环境温度)可用放置在冷却 空气进放电机途径中的几只膨胀式温度计(不少于2只)测量。温度计球部

所处的位置,离电机1~2m,并不受外来辐射热及气流的影响。温度计宜选 用分度为0.2℃或0.5℃、量程为0~50℃为适宜。 (2)绕组温度的测量。电阻法是测定绕组温升公认的标准方法。1000kW 以 下的交流电机几乎都只用电阻法来测量。电阻法是利用电动机的绕组在发 热时电阻的变化,来测量绕组的温度,具体方法是利用绕组的直流电阻, 在温度升高后电阻值相应增大的关系来确定绕组的温度,其测得是绕组温 度的平均值。冷态时的电阻(电机运行前测得的电阻)和热态时的电阻(运 行后测得的电阻)必须在电机同一出线端测得。绕组冷态时的温度在一般 情况下,可以认为与电机周围环境温度相等。这样就可以计算出绕组在热 态的温度了。 (3)铁心温度的测量。定子铁心的温度可用几只温度计沿电机轴向贴附在 铁心轭部测量,以测得最高温度。对于封闭式电机,温度计允许插在机座 吊环孔内。铁心温度也可用放在齿低部的铜—康铜热电偶或电阻温度计测 量。 3.2温度测量三种基本方法 (1)电阻法 在一定的温度范围内,电机绕组的电阻值将随着温度的上升而相应的 增加,而且其阻值与温度之间存在着一定的函数关系。根据这一原理,可 以通过测定电机绕组的电阻来确定其温度,故称电阻测量法。 当绕组温度在-50~150度范围时,其温升有下式确定 Δ θ =(Rf-R0)(k+θ 0)/R0+θ 0-θ f 式中 R0、θ 0分别为绕组的实际冷态电阻和环境温度;Rf、θ f 分别为绕组

热态式电阻和环境温度;k 为常数,对铜绕组为235,对铝绕组225 如果不能采用带电测量装置,可采用较先进的快捷、准确、数字显示的各 种毫欧表或微欧计等直流电阻测量仪。其基本工作原理是采用高准确度、 高稳定度的恒流电源所产生的直流电流通到被测电阻上,则电阻两端的电 压降将严格的按照电阻值变化。 (2)温度计法 对电机中不能采用电阻法测量的部位,如定子铁心,轴承及冷却介质 等,可采用温度计法来测量。 温度计法是用温度计贴附在可接触的表面来测量温度,所测得的温度是被 测点的表面温度。为了减小误差,从被测点到温度计的热传导尽可能的良 好,将温度计球面部分用绝热材料覆盖,以免周围冷却介质的影响。温度 计除包括水银、酒精等膨胀式温度计外,也包括半导体温度计及非埋置的 热电耦或电阻温度计。在电机中存在交变磁场的部分,不可采用水银温度 计,因为交变磁场在水银中产生涡流会发热,以致影响测量的准确性。 (3)埋置检温计法 埋置检温计法是讲电阻检温计、热电耦或半导体热敏元件埋植于电机内部 不能触及的部位,如定子绕组的槽部和铁心内等,经连接导线引到电机外 的二次仪表,从而测定温度值。在测量时应控制测量电流的大小和通电时 间,以免因测量电流引起的发热而带来误差。每个检测元件应与被检测点 表面紧密相贴,以有效的防止测温元件受到冷却介质的影响。 此法所测温度为测点的局部温度。一般检温计应埋置于预计的最热处,对 电机的绕组温度,其数目应不少于6个。也可用于监视局部温升状况。

电动机过热故障的原因 (1)电动机过载运行。如:定、转子之间摩擦(俗称扫膛)、装配不合格、 被驱动的机械部分有摩擦或犯卡等过载故障。 (2)电动机缺相运行。 (3)三相电压及三相电流的不平衡程度超出规定的允许范围。 (4)电源电压过高或过低,超出电动机额定电压的允许变动范围(即± 10%)。 (5)电动机绕组接线错误。如:定子绕组某相端接头接反。 (6)电动机绕组存在故障。如:绕组匝间或层间短路、绕组接地。 (7)定子铁芯硅钢片之间绝缘损坏,以致定子铁芯短路,引起定子铁芯 涡流增大,造成电动机过热。 (8)启动频繁。 (9)电动机风道阻塞,通风不良。 (10)电动机周围环境温度过高(超出设计规定的+40℃),散热不良、冷 却效果差。 3.3电动机的温升测量 一般采用的方法是发电机陪试法。即被试电机拖动一台功率转速相当 的陪试电机作发电机,然后将发电机的输出能量消耗在电阻上,让被试电 机在额定负载下运行,直到温升稳定,最后用电阻法测出温升值。可以看 出,这种方法没有一台功率转速相当的陪试电机,温升试验根本无法进行。 当然转矩仪也可用于温升试验,但因温升须长时间连续运行,这对贵重的 转矩仪寿命是一个重大的损害。

3.4电机温升测试注意问题 将电动机装入合格且匹配的空调器整机中,整机在室温环境条件下,电动 机达到热稳定状态后(运行试验必须超过4h)测试的结果。冷态直流电阻测 量必须保证电机绕组达到完全冷态,电机移动到温度不同的新场所时,必 须继续放置2h 以上方能测量冷态电阻; 热态电阻必须在电机断电3s 内测量, 且应及时堵死风轮,使电机立即停止转动,以免影响测量阻值 ,造成较大阻 值偏差。试验档位分别为最高速和最低速两者取温升高的作为试验结果; 试验电压分别为上限电压(高压)和下限电压(低压) ,两者取温升高的作 为试验结果,具体试验电压规定如下:电动机试验的上限电压(如果额定 电压是一个范围,则取最高额定电压来计算) :1.1倍额定电压。电动机试 验的下限电压 (如果额定电压是一个范围, 则取最低额定电压来计算) : 0.85 倍额定电压。

结论与展望
一到夏季, 电工们为电动机过热而烦恼。但大家都知道衡量电动机发热 程度是用“温升”而不是用“温度” 。例如一台 A 级绝缘的电动机,温升限 度为50℃,那么: 1、当气温为15℃而绕组温度为80℃时,电动机能否继 续运行?一种回答是,当然行:理由是 :虽然温升超过了50℃达65℃,但 绕组温度并未超过 A 组绝缘的最高允许工作温度90℃。而另一种回答是不 行,因为温升超过了。 2、当气温为45℃(如夏季露天或高温车间)而电 动机绕组温度为95℃时。 电动机能否继续运行?同样有两种意见: 一说不行,

而另一说可以。后者理由是铭牌上不是说温升限度为50℃ 吗?并未超过此 值。类似上述问题的产生都是由于对温升、温度、绝缘的耐热及发热与散 热的平衡等没有明确的概念所致。 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。 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。 电机温升是指电机在正常的以额定功率长时间的工作中某一部分部件 的温度与周围其它介质的温度的差.这个温升在要求范围内可以保证电机 正常长时间工作,超过限度将会使电机局部过热 ,或直接烧毁电机 ,或由于 热膨胀磨损,滞转等造成电机损坏,甚至会造成更大的损失。 电机的发热避免不了的想到了发热程度,涉及到电机发热程度的理论认

识是:温升,温升限度、绝缘材料、绝缘结构,耐热等级等。电机绕组、 轴承及其它部件,只有低于其最高允许工作温度下使用,才能保证其经济 使用寿命和运行可靠性。电机在额定负载下长期运行达到热稳定状态时, 电机各部件温升的允许极限,称温升限度。在电机中一般都采用温升作为 衡量电机发热标志,因为电机的功率是与一定温升相对应的。因此,只有 确定了温升限度才能使电机的额定功率获得确切的意义。

致谢
历时几个月的时间终于将这篇论文写完,在论文的写作过程中遇到了 无数的困难和障碍,都在同学和老师的帮助下度过了。尤其要强烈感谢我 的论文指导老师—老师,他对我进行了无私的指导和帮助,不厌其烦的帮 助进行论文的修改和改进。另外,在校图书馆查找资料的时候,图书馆的 老师也给我提供了很多方面的支持与帮助。在此向帮助和指导过我的各位 老师表示最中心的感谢! 感谢这篇论文所涉及到的各位学者。本文引用了数位学者的研究文献, 如果没有各位学者的研究成果的帮助和启发,我将很难完成本篇论文的写 作。 感谢我的同学和朋友,在我写论文的过程中给予我了很多你问素材,还在 论文的撰写和排版灯过程中提供热情的帮助。由于我的学术水平有限,所 写论文难免有不足之处,恳请各位老师和学友批评和指正!

附录

参考文献
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