電機中常用絕緣材料

1、在進行電力拖動設(shè)計時， 必須按照經(jīng)濟、可靠的原則為生產(chǎn)機械選擇電動機.首要的是在各種工作方式和工作條件下電動機功率的選擇，同時還要確定電動機的電流種類、形式、 額定電壓與額定轉(zhuǎn)速。決定電動機功率時，既要考慮電動機能夠勝任生產(chǎn)機械負載的要求， 還?？紤]電動機的發(fā)熱、允許過載能力與啟動能力等因素，一般情況下，以發(fā)熱問題最重要。 所以，我們首先要研究電動機發(fā)熱和冷卻的一般規(guī)律，然后再根據(jù)負載運行的不同倩況介紹正確選擇電動機的原則和電動機運行中的監(jiān)視與維護方面的知識。§ 72電機中常用的絕緣材料及其容許溫度電機中常用的絕緣材料，按其耐熱能力分為A、E、B、F、H和C六個等級。1. A級絕緣A

2、級絕緣包括經(jīng)過浸漬處理的棉紗、絲、紙等有機纖維材料以及普通漆包線上的磁 漆等。目前僅在變壓器中使用。A級絕緣的最高容許工作溫度為105Co2. E級絕緣E級絕緣包括用聚酯樹脂、環(huán)氧樹脂、三醋酸纖維等制成的薄膜，聚乙烯醇縮醛高 強度漆包線上的磁漆等。用在中、小型交、直流電機中。E級絕緣的最高容許工作溫度為 120Co3. B級絕緣(作了耐熱性處理)作為 聚酯高強度漆包線上的磁漆等。一般大、中型同步機及B級絕緣材料的最高容許工作溫度為130CoB級絕緣包括云母、石棉、玻璃絲等無機物用有機漆或樹脂 粘合劑制成的材料及其組合物， 中、小型交、直流電機中采用。4. F級絕緣玻璃絲等無機物用硅有機化合物改

3、性的合成樹脂漆，或F級絕緣包括云母、石棉、 耐熱性能符合這一等級要求的醇酸、環(huán)氧樹脂作為粘合物而制成的材料或其組合物。 級絕緣的最高容許工作溫度為155Co5. H級絕緣H級絕緣包括硅有機物以及云母、石棉、玻璃絲等無機物用硅有機漆作為粘合物而 制成的材料。主要應(yīng)用在要求盡量縮小尺寸、減輕重量的場合，如航空電機、吊車電機 牽引電機等。H級絕緣最高容許工作溫度為 180Co6o C級絕緣C級絕緣包括無枯合劑的云母、石英、玻璃絲等，用熱穩(wěn)定性特別好的腫有機樹脂、 聚酰亞胺浸漬漆等處理過的石棉、玻璃纖維織物或其他制成物，以及聚酰亞胺基漆包線 的磁漆、聚酰亞胺薄膜等。C級絕緣是要求更高的絕緣材料，目前正

4、在推廣使用。它的最高容許工作溫度在 180 C以上。關(guān)于絕緣材料的使用兩須注意加下兩點：(1) 電機的絕緣等級由它所采用的主要絕緣材料中耐熱等級最低的材料決定。 些特殊情況下，為了提高運行的可靠性，還要降低絕緣等級使用。t(a)與使用溫(2) 溫度對絕緣材料壽命影響極大。實驗表明，A級絕緣材料的壽命度0(C)有如下關(guān)系：t=ce-a絕緣壽命就縮短式中c和a為試驗決定的常數(shù)。例如當 a 0.088時，每當溫度增高8C,一半。 如果電機是屬于短期工作的，材料的容許最高工作溫度應(yīng)根據(jù)壽命縮短的情況相應(yīng) 地提高。第二節(jié) 電機的發(fā)熱和測定溫度的方法 一臺電機中的溫度分布和熱量流通情況十分復(fù)雜。各種損耗形

5、成不同的熱風(fēng)損耗轉(zhuǎn) 化為熱量后，將流過不同的材料，由電機外表面散發(fā)至外面。主要的熱源來自電機內(nèi)部， 即來自電流流過導(dǎo)體時產(chǎn)生的銅損耗，以及在鐵芯內(nèi)當磁通變化時所產(chǎn)生的鐵損耗。軸承 摩擦所產(chǎn)生的熱，僅為局部的熱源，對繞組和鐵芯的溫升影響不大。當電機開始運轉(zhuǎn)后， 由于熱量不斷產(chǎn)生，各部分溫度將繼續(xù)增加，直到熱量的產(chǎn)生和散發(fā)達到乎衡為止。在電 機內(nèi)部，各點的溫度是不均勻的。在發(fā)熱量大而散熱不易之處，例如在電樞的槽的底部溫 度為最高。絕緣材料同時也是不良的導(dǎo)熱體，沿著絕緣層的溫度梯度較高，而導(dǎo)電體同時 也是良好的導(dǎo)熱體，故在銅線內(nèi)部的溫度梯度很小。鋼片的導(dǎo)熱系數(shù)雖遠不如銅但依舊 是良好的導(dǎo)熱體。 由于

6、相鄰登片間的絕緣層， 所以沿鐵芯軸向的導(dǎo)熱系數(shù)大為減小。 疊片壓 緊時壓力的大小， 也可影響導(dǎo)熱系數(shù)。 絕緣材料的導(dǎo)熱系數(shù)極小， 僅為銅的導(dǎo)熱系數(shù)的 1/1000 以下。棉絲經(jīng)過浸漬處理后，導(dǎo)熱系數(shù)可以增加34 倍，故浸漬對于熱量的流通有利。電機的熱量向外發(fā)散時主要依靠對流作用，其次為幅射作用。因為電機的底座和電機 所接觸的空氣都為不良導(dǎo)熱體，由傳導(dǎo)作用傳熱主要在電機內(nèi)部進行。輻射作用的有效表 面僅為電機各部分的外表面。對流作用又可區(qū)分為自然對流和強制對流兩種。自然對流作 用是由于和散熱面相接觸的熱空氣的上升，且其所逸出的空間由周圍的的空氣的填補；強 制對流作用是由待備的通風(fēng)器，例如附裝在機軸

7、上的風(fēng)扇，在冷卻表面上形成氣流。旋轉(zhuǎn) 著的電樞本身也起著帶動氣流的作用。限制溫升的有效方法是增強散熱作用。由于電機各 部分的發(fā)熱和散熱過程比較復(fù)雜，影響的因素很多，所以對溫升的計算通常只作近似的估 算，在設(shè)計電機時，常以經(jīng)驗數(shù)據(jù)為依據(jù)。測定電機各部分溫度的方法，主要有下列四種。一、溫度計法 此法用溫度計直接測定溫度，最為簡便。但用溫度計僅能接觸到電機各部分的表面，所測得的僅為表面溫度。用溫度計無法測出電機內(nèi)部的最高溫度。二、電阻法r1 ,即當繞組溫度等于冷卻介質(zhì)溫度 t2,繞組的電阻便增加至r2。加溫度用攝此法只能用以測定繞組的平均溫度，原理如下。 在電機運轉(zhuǎn)以前，我們先測得繞組的冷態(tài)電阻t2

8、。t1 時的電阻。設(shè)電機運轉(zhuǎn)以后繞組的濕度升高至 氏來量度，則對銅線繞組有下列關(guān)系： r1/r2= （235+t1 ）/（235+t2） 由上式可知，如 r1、r2 和 t1 為已知，便可求解235 改為 225。t1-t2，便是該繞組對冷卻介質(zhì)的溫升。對子鋁線繞組，將上式中常數(shù)三、埋量檢溫計法 較大的電機，在裝配時，常在估計到可能有較高溫度的各點，埋置檢溫計。檢溫元件有熱電偶及電阻溫度計等。檢溫計的受熱端，可以埋在槽的深處，例如導(dǎo)體與橫底之間、 上下層導(dǎo)體之間。檢溫計的引出端引至外面，接至測量儀表，借以讀出溫度。應(yīng)用的檢溫 計愈多，則所測得的溫度愈有可能接近于最熱點的溫度。四、疊加法 （雙橋

9、帶電測溫法 ） 在不中斷交變的負載電流的情況下，在負載電流上疊加一微弱直流電流，以測量繞組直流電阻隨溫度而發(fā)生的變化從而確定交流繞組的溫升。電機各部分的溫升限度與所用絕橡材料的級別有關(guān)，與冷卻介質(zhì)的溫度有關(guān)，也與測 量溫度的方法有關(guān)。絕緣材料的壽命決定于它在遠行時的絕對溫度，而不決定于溫升。從 冬季到夏季，從北方到南方，環(huán)境溫度的變化很大。當環(huán)境溫度較低時，電機的溫升限度 可以提高，而當環(huán)境溫度較高時，電機的溫升限度必須降低。為了明確起見，在規(guī)定電機 各部分的溫升限度時，必須同時規(guī)定冷卻介質(zhì)的標準溫度。我國電工技術(shù)標準規(guī)定冷卻介 質(zhì)的標準溫度為4QC。依據(jù)此規(guī)定，電機各部分的溫升，應(yīng)用不同的絕

10、緣材料以及用不同 測溫方法，有不同的溫升限度。小結(jié)電機的額定容量是指符合定額的輸出功率。它主要取決于電機各部分絕緣材料的極限 允許溫度。電機遠行時各種損耗都變?yōu)闊崃?，使電機溫度升高，并向周圍冷卻介質(zhì)散熱， 最后達到熱穩(wěn)定，此時電機穩(wěn)定溫度與周圍介質(zhì)溫度之差稱為溫升，這是評價電機熱性能的重要指標。溫升與電機的工作制、周圍環(huán)境有關(guān)。電機各部分溫度的溯量可用溫度計法、 電阻法；疊加法（雙橋帶電測溫法 ）、埋置儉溫計法。電機的發(fā)熱和冷卻過程曲線都是按指數(shù)規(guī)律變化的。電機的散熱方式主要是對流，其次為輻射。對于旋轉(zhuǎn)電機，往往來用強制對流效果更好，因此電機的通風(fēng)冷卻方式對電機運行影響很大，值得研究。電機溫升

11、計算比較復(fù)雜，本章著重進行了定性分析。H2 電機的發(fā)熱與冷卻電機常用材料包話：導(dǎo)電材科、導(dǎo)礎(chǔ)材料和欝ft材料等三種不同件質(zhì)用途的材料"S緣村料在愷用申反復(fù)受刊電涼41起的溫升、環(huán)境條件變化，機械、電住、牝?qū)W和熱力 負敞丄陵其也園家等芽種浪丙的柞用，使英匏鐮能力謹漸降低，就是艷#老4L樂嫌材斜的壽和也就決述了電動機槌用期眼.絶縑材料能尊魁用的期限尊之為墾縹村料的壽命。；* 34? *我匡W家標«規(guī)定：電機使用的絕緣材料其最高允忤a度以及最高允許淑升分成七個等 級。如宏H1所示YA£3FHC«為允許 y/x<r)90105120IM155180180以

12、上*高允許 fl興代)5080W115140140 1U fc未經(jīng)過用蜒綠含有有云訝、石云母、右建為機瑕堆、離浸湊處9漆處理過杖材斜斷綿.»«紆棉，用有機材< m瓷右英務(wù)的松0.的闋如組戰(zhàn)的怡合成膠做g機坊無n對叫絲紙尊綠制£h如粘合劑的料做粘合:、制朋晶丸的云母、環(huán)朋、石 «s«rtl聚乙烯、膠護維棒制i成品表IM注：以上材轉(zhuǎn)屮、cafe電機中找少殺月電機左運行中最高工作汎度不得超過鋌緣材料髙允許縊度即這 就是按發(fā)熱條件呆證電機長期運行帀選用電機的依據(jù)。淑升的意義是電91帶負載運行以后，在按規(guī)定條件運行的時何內(nèi)溫度連續(xù)上升，樓I得的 竝

13、0?泡度減去周圍環(huán)境証度的溫度基.或者說電機在蛻定條件下運行最爲遲度比周躍殲境遍 度升高的度斂，冰為溫升。電機運行的*高允許汨升nu*(U-1)(II 2)我g標準規(guī)定：環(huán)境溫度tfo = 40V, 絕緣材料妁杲裔允許溫升2% 6 - %保證電機正常、安全運行的發(fā)熱條件為J(11-3)電機在運行過祥中電能報綾將轉(zhuǎn)換成熱能引起電機fi度產(chǎn)高。發(fā)熱64不但與電流半方成 正比，罰且與煲載肘間成止比，這就確定了電動機功事計算中各種工咋制.如K期、短時、 5坯短時等規(guī)定，電機湼升有一個復(fù)雜的過思。負銭運行開雄時電流所產(chǎn)生的熱®主要用于電機本身的溫 升，一小部分散發(fā)到購R介底中。隨著負載時間的增

14、長.溫升增高.橄發(fā)的熱最比例也增 大.當電機所產(chǎn)生的熱星等于散發(fā)到Md整介質(zhì)牛熱a時，削機的溫升就不再增加.而在某一 »度上穩(wěn)定運冇， 35C -A% - A“(lb9)所以電機的溫升K但與發(fā)熱有關(guān).力ft與散熱也有關(guān)。為改#»馬條件降低湛度.禺看各種技術(shù)把施，如改善通風(fēng).用專用通風(fēng)機對大舉電動機迸行冷卻.左電機外殼上加焦箭等。電機又題由備沖不冋熱客與傳再系數(shù)不同的材料W成的，所以在分析電枕發(fā)熱與冷卻 時造成許多因難.為此莊忽略一些次要因絮的搖礎(chǔ)上作以下兩點假設(shè). 電機以及英個別部分，如a爼、緖尋都俶定為扯一均勻體.因此.任何一部分體 積的比熱與其他各ff分相同各部分表面啟

15、熱系數(shù)也相I叭 而且比熱和放熱系取均為常戳. 不WS度變化而變化. 電乳K發(fā)到勒圈介嵐中熱&與電機和周«介項的沮度差即a升r成正比，祈不受電 機本身?5度數(shù)值的影晦。-X電機的發(fā)熱月機發(fā)出的熱試為(114)Q = *2> (J) 式中P電機的總損耗(W);* 熱能與電能變換的比例系 G/m). 在負載不變情況下，電忙熱平無方程式寫成：Qdr = Ardf + Cdr (J)(11 5)式中 A電機的散處系數(shù)，叩在電機溫虞高于周圄介質(zhì)親度It的溫菱時，每秒鐘發(fā) 褻周a介質(zhì)中熱帚(j/r-s)；C熱容ft.為電機溫度升高19所需要的總u/r)；r 電機的也升在時間/時電機溫

16、度高于周83介質(zhì)消度的度數(shù)(D； dr電機在df時何內(nèi)的fi升(匸人等號左邊代聯(lián)電機戀血時間內(nèi)產(chǎn)生的熱*.等號右邊第一頊表 而Cdr是電機企辦時切內(nèi)岌升到dr臚需要的熱屋。這* 一階分方程 示發(fā)到介質(zhì)中熱S,將上式變數(shù)分需，(H 6)(Q Ar)<l/ = Cdr取積分得出/ =-予n(Q Ar) + K («)若電機在/ = 0時其起始溫升r= “代入上式得出積分當救K =和(Q - Aifl)將K值代入(11-7)式得:廠-入【in(Q - Ar) - ln(Q - A")設(shè)發(fā)熱時間常數(shù)<tMO)丁詢琛意靈是假如電機熱R不散發(fā)到周W介庾中去，電機a度達我穩(wěn)定

17、値5所ff®的 時W。它Q反映電機升增長恢慢桎度的樹理ft, «征電機熱慣性大小.通常熱性比機 皺慣性大得多.所以T thTw大很多倍小功率電機T約為幾十分神，大電機可達小肘0 電機的穩(wěn)定a升(IMO卄？y A考慮以上二式后，(11-9)式寫戌電機®升r-Z(Z)形式;T ry( 1 - ') t me#用它描述的指數(shù)曲線如圖(1)中曲線1所示，)7Ll_j 丄4如果電機在/-0時從冷卻狀S開始發(fā)熱，則就時電機潟等于用M介質(zhì)混度"-0 上式變成，0 r/ I - e *)上式如圈IM (1)中0線2所示。以上兩條曲線最后穂定邈升都等于r”這是因為

18、它們按電機良有相同負載條件下 得出的，如圖H.1 (1>中上面平行于橫軸虛線位ft。理衣分析話種確定T的方法，T此在匕式中若r = TXJ：(11 14)r = r/l - J) = O.632r,因為電機存在向W附介嚴毗熱，隹f - 丁時間內(nèi)電機海升只達到0.632r,穩(wěn)定值.根搖這一原理如累通過試臉而得到某臺電機的發(fā)熱®線，則可以n4 r=/ (<)曲線的 0.632r,點上作畫直干樓軸的垂找羈確定時間常數(shù)丁值=©切線法-352 在已知發(fā)義曲線的/=OIS點，作切絞號平行于橫釉的5線的交點.到縱坐 標即為T值.其理論依«是將(H 13)式分一次并在

19、】=0時表示為切線斜率:(11-15)dr = Il -呂-sdf_ 丁-辭式中a是切線與«坐標軸的夾角.按(H13)式可®2只有當"8時s 事實上 /=4TBt r-09825 即可W 認為包機產(chǎn)生的熱宜ti全那散發(fā)別周田介質(zhì)中去達到f炭定升。二、電機的冷卻電機負廉小.從面便損耗丫 P威小，產(chǎn)生的熱 Q也就減少或者停車時電機的a升 F降.由原來的升r,降至新的升r這個過程稱為冷卻過a. ffifrtt熱斷數(shù)A 變.w冷卻過s的T =/(z>方a為(11-16)丈中 J掙卻開時fl升；J新的tt定溫升.該式曲絞如(2) A線I所示。若切除電停車，SW2P =

20、 oBPQ = 0電機不再產(chǎn)生皴量,升邃漸下降*后冷卻到與 WS介貞的肌度相等，故此時J = 0>上式寫成r =它用圖H1 (2)中曲線2表示。11.3電機工作方式分類P» Ai>凹U2檢期EfT制的功* 負圖與升曲綾根據(jù)堪機發(fā)熱和衿卻情況.以及負載待續(xù)時何不同將龜機運行方式分成三種工作tt。 -長期工作制又禰為連縝工作«,特點是電機連續(xù)工作時間長4> (3-4) T.有的達幾小時.幾天需。這類4i機W*«銘« 定的功率長期運行其溫升達到穩(wěn)定«,選用時其戀定升r, 115于電機的最離允許fl升031b2«示了它的功率

21、P/ (r)曲線和afl-r = / (r) 曲給這類電機在產(chǎn)品中占大tt%«.銘«樣本巻®中未注明 工作制的電機郵于長期I:作制。屬于此類工作機械有桌類、通風(fēng)機.礦山空壓機、主劇風(fēng) 機.逍紙機、球W機、浮選機尊.二、規(guī)時工作制待點是電機帯勿載工作時間«即：兒V (34) T,在這期伺出升達不到穩(wěn)定值, 而停車冷卻時何很長"> (3-4)八 足以能夠使電機各部分冷卻到和卅介侵S度相河, 353 -廠P刖7m 113短時工惟的功審J負載升曲錢«用車機等。PPPP即汨產(chǎn)卜降到容.圖113«示了負載卩二/ (/)與r-/ (/)曲線。其屮 與橫坐標軸平行的尬線r,麥示帶同樺負載長期工作制達封的fc為其歡定溫升，它小于y值，即J<ry,苦乜機工作時間超過規(guī)定的時間運行，它將按r = / (t) 虔線部分匕升，超過淚升！>會S過熱而便電機春命降低.由予工作性質(zhì)甘點，些te時工作制的電嘰功率只取決于 其曲截能力與啟動