電動機(jī)的溫升限度

1、電動機(jī)的溫升限度電動機(jī)中常用的絕緣材料，按其耐熱能力，分為A、E、B、F和H等五級。A級絕緣采用經(jīng)過浸漬或使用時(shí)浸于油中的棉紗、絲和紙等有機(jī)材料，E級絕緣是聚脂樹脂、環(huán)氧樹脂及三醋酸纖維等制成的絕緣薄膜，B、F、H級絕緣的基本材料均為云母、石棉及玻璃纖維，但浸漬用漆的耐熱性能不同。表1列出各級絕緣的最高容許工作溫度。表1各級絕緣的最高容許工作溫度地曝材Q音許工作顯簟V1QSI2G1301551例上述耐熱能力是指可以長期在該溫度下使用。當(dāng)工作溫度超過最高容許工作溫度時(shí)，使用壽命將迅速縮短。試驗(yàn)表明，對A級絕緣，若一直處于9095c時(shí)，其使用壽命可達(dá)20年；當(dāng)工作溫度在95c以上時(shí)，溫度每增高8C

2、,絕緣的使用壽命就將減少一半(俗稱8c定理)；例如一直工作在110C,壽命就只有45年。一般電動機(jī)多用E級和B級絕緣。要求在高溫場合下使用的電動機(jī)，如起重及冶金用電動機(jī)，常采用F級和H級絕緣。電動機(jī)某一部分的溫度和周圍冷卻介質(zhì)的溫度之差稱為該部件的溫升，一般用9表示。當(dāng)該部分所用絕緣材料確定后，部件的最高容許工作溫度就確定了，此時(shí)溫升限度就取決于冷卻介質(zhì)的溫度。冷卻介質(zhì)的溫度越高，容許的溫升就越低?？紤]到全國各地區(qū)和各個(gè)季節(jié)環(huán)境溫度的變化較大，國家標(biāo)準(zhǔn)GB755-87(電動機(jī)基本技術(shù)要求)明確規(guī)定，在海拔1000m以下時(shí)，環(huán)境空氣溫度規(guī)定為40C,當(dāng)最高環(huán)境溫度比40c高出At。時(shí)(At。不超

3、過20C),溫升限度應(yīng)相應(yīng)地減低410;如低于40c時(shí)，溫升限度一般維持原值不變。當(dāng)海拔在1000m以上，但不超過4000m時(shí)，溫升限度按試驗(yàn)和使用地點(diǎn)的海拔差別進(jìn)行校正2o電動機(jī)試制以后，須進(jìn)行溫升試驗(yàn)以確定其實(shí)際溫升。由于不同的測量方法得到的測量結(jié)果不同，因此在規(guī)定溫升限度的同時(shí)，還應(yīng)規(guī)定測溫方法。常用的測量方法有三種：溫度計(jì)法、電阻法和埋置檢溫計(jì)法。國標(biāo)中所規(guī)定的部件容許最高溫度，也因測量方法不同而不同。例如環(huán)境空氣溫度為40c時(shí)，采用B級絕緣的5000kW以下的交流電動機(jī)的交流繞組，其溫升限度規(guī)定為：電阻法一80C;檢溫計(jì)法一90C;加上環(huán)境溫度后，其值低于或等于B級材料的容許工作溫度

4、。3變頻供電時(shí)電動機(jī)的溫升對于變頻器供電電動機(jī)而言，由于高次諧波的存在，電機(jī)內(nèi)部會產(chǎn)生以下附加損耗3:(1)高次諧波帶來的定子和轉(zhuǎn)子附加銅損耗；(2)高次諧波帶來的定子附加鐵耗；(3)高次諧波帶來的附加雜散損耗；(4)三相異步電動機(jī)在高頻下運(yùn)行時(shí)，集膚效應(yīng)使轉(zhuǎn)子電阻增加導(dǎo)致轉(zhuǎn)差銅耗顯著增加。這些高次諧波電壓和電流產(chǎn)生的附加損耗，致使電動機(jī)溫升增大。另一方面，對于普通標(biāo)準(zhǔn)電動機(jī)而言，冷卻風(fēng)扇直接安裝在轉(zhuǎn)子軸上，電動機(jī)低頻運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)冷卻效果大幅下降，更會加劇電動機(jī)溫升的提高。通常電動機(jī)溫升同冷卻風(fēng)量產(chǎn)生的冷卻效果的關(guān)系為4:式中，Q為冷卻風(fēng)量，N為電動機(jī)轉(zhuǎn)速。如果電動機(jī)產(chǎn)生的損耗不變，溫升同車t速的0

5、.40.5次方成反比?？傊?，電動機(jī)特別是普通電動機(jī)在采用變頻器供電時(shí)，由于發(fā)熱和散熱兩方面因素會致使電動機(jī)溫升增大。電動機(jī)溫升增大影響繞組的使用壽命，限制電動機(jī)的輸出，嚴(yán)重的甚至?xí)龤щ妱訖C(jī)。文獻(xiàn)1介紹的實(shí)際測量溫升的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對于了解電動機(jī)的溫度分布規(guī)律特別是變頻電源對電動機(jī)溫升的影響十分有用。以一臺三相4極230V,2.2kW的籠型感應(yīng)電動機(jī)為實(shí)驗(yàn)對象，分別采用典型的SPW施頻器（運(yùn)行在50Hz）和工頻正弦供電，將電機(jī)溫升情況作對比。采用專門的設(shè)計(jì)和制造方法，在電動機(jī)體內(nèi)（定子、轉(zhuǎn)子、氣隙、殼體）安置或埋置了20個(gè)熱敏電阻傳感器（性能穩(wěn)定、精度高），其中三個(gè)傳感器放置在轉(zhuǎn)子中。定子端部繞組

6、傳感器位于定子繞組的徑向中心位置（位置1、位置10）,一般地，取軸伸端和風(fēng)扇端的兩個(gè)傳感器的溫度平均值作為最終溫度。溫度傳感器布局如圖1所示。圖1溫度傳感器分布圖傳感器安裝位置說明：轉(zhuǎn)子：13（軸中心），14（軸伸側(cè)表面），15（風(fēng)扇側(cè)表面）；定子繞組端部：1（軸伸側(cè)），10（風(fēng)扇側(cè)）；定子鐵心槽部：17（軸伸側(cè)），4（風(fēng)扇側(cè)）；殼內(nèi)空間氣隙：8（軸伸側(cè)），19（軸伸側(cè)靠近定子繞組），20（風(fēng)扇側(cè)）；電動機(jī)殼體：6。工頻正弦和變頻電源供電的情況下，每一個(gè)溫度點(diǎn)都測量大量的數(shù)據(jù)，由最小二乘法得到該點(diǎn)的溫度曲線。圖2所示是滿載條件下，由變頻器和正弦電源分別彳ft電時(shí)對應(yīng)各測量點(diǎn)的溫度曲線。圖3所示

7、是變頻器供電電動機(jī)在不同負(fù)荷條件下的溫度曲線（工作頻率為50Hz）。圖4所示是正弦波供電時(shí)不同負(fù)載條件下的溫度曲線圖。（蚯u期供電）<".弦ifc供電）tr7r-TT-Tj-TTT7r-r7»-tt-ttt-t-trftrTr加兜用加HOMI。圖2滿載條座平褊鯽線圖3不同負(fù)載條件下的溫度曲線叼ami全苗率1。跖配Mmu(h)救苗車君口酹圖4正弦供電時(shí)不同負(fù)載條件下溫度曲線顯而易見，在變頻器和正弦電源供電條件下，溫度曲線具有相同的上升趨勢。由變頻器諧波引起的附加溫升較大，定子側(cè)為7c左右（位置1）,轉(zhuǎn)子側(cè)大約為15c（彳置13）。對于結(jié)構(gòu)材料相似的其他容量的感應(yīng)電動機(jī)，

8、上述結(jié)果同樣適用。另外，電動機(jī)各部位溫度分布差異很大，定子端部繞組（位置1）的溫度低于定子中心（位置17）溫度，這是因?yàn)槎ㄗ佣瞬坷@組冷卻條件比較好；同時(shí)由于風(fēng)扇的冷卻作用，風(fēng)扇側(cè)的定子端部繞組（位置10）溫度和殼內(nèi)空間氣隙（位置20）溫度均低于相應(yīng)軸伸側(cè)的定子端部繞組（位置1）溫度和殼內(nèi)氣隙（位置8）溫度。由于熱量傳遞的復(fù)雜性以及冷卻條件的不一致，溫度和損耗的關(guān)系是非線性的。對于平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載而言，低速運(yùn)行時(shí)負(fù)載轉(zhuǎn)矩減小，電動機(jī)銅耗和發(fā)熱量降低，雖然低速時(shí)冷卻能力降低（如采用自冷式或自扇冷式），但電動機(jī)溫升增大的不會太多。對于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載而言，低速運(yùn)行時(shí)負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變，電動機(jī)銅耗和發(fā)熱量并不比高速運(yùn)

9、行時(shí)小，而低速時(shí)冷卻能力卻降低了，因此電動機(jī)溫升將會有較大的增大，使用時(shí)要特別注意。表2給出了變頻器供電條件下Y100I2-4型自扇冷式電動機(jī)的轉(zhuǎn)速對溫升的影響實(shí)測的數(shù)據(jù)。表2自扇冷式電動機(jī)的轉(zhuǎn)速對溫升的影響實(shí)測的數(shù)據(jù)頻率田:我理,梏也(r/hiin)K-山；應(yīng)輸出.實(shí)際輸出昌丹（C）存量下降率LI-PlPJ503,0九0740如）L%2灑2379X4%3。瓶】111%2055?！坑肔2機(jī)9322.5%1025U1一"n.h0,43Th由上表中可以看出變頻調(diào)速時(shí)，雖然電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩、輸出功率都隨頻率的下降而降低（即發(fā)熱量減小）但電動機(jī)的溫度卻升高了，特別是電動機(jī)運(yùn)行在30Hz以下時(shí)，溫

10、升尤其嚴(yán)重。因此可見，電動機(jī)變頻運(yùn)行后其溫升增加幾乎是不可避免的，特別是普通電動機(jī)低速運(yùn)行時(shí)，極易發(fā)生過熱現(xiàn)象。為此，了解電動機(jī)的溫升緩解方法是十分重要的。4緩解電動機(jī)溫升的對策溫升是影響電動機(jī)使用壽命的關(guān)鍵因素，電動機(jī)溫升的“8c定理”就是這一觀點(diǎn)的佐證。如前所述，電動機(jī)在變頻器供電時(shí)的溫升會比工頻電源時(shí)有明顯增加，一般地，電機(jī)運(yùn)行頻率越低溫升越高。切實(shí)需要采取措施，限制或緩解電動機(jī)溫升的增加，保證設(shè)備安全運(yùn)行。在電動機(jī)選定的條件下，限制或緩解電動機(jī)溫升無非有兩個(gè)方面，一是合理地減少損耗，即降低發(fā)熱量；再就是改善冷卻條件，使熱能有效地散發(fā)出去。減少損耗的根本措施一是抑制諧波，二是限制負(fù)載轉(zhuǎn)矩

11、，具體措施如下：（1）采取各種抑制諧波的措施，例如在變頻器的輸出側(cè)加裝濾波器，以改善輸出諧波性能，減少由于高次諧波引起的附加損耗。（2）合理調(diào)試“載波頻率”參數(shù)，改善諧波性能，減小電動機(jī)的各種損耗。一般認(rèn)為載波頻率適度提高，高次諧波含量將降低，電機(jī)損耗小。但是必須注意：載波頻率過高將加劇電動機(jī)的沖擊電壓，對電動機(jī)絕緣不利，而且變頻器自身的損耗要增大，因此載波頻率的設(shè)置也不宜過高。(3)對于減負(fù)載場合或電動機(jī)輕載運(yùn)行情形，適度減低變頻器輸出電壓，即減小U/f給定。(4)對于減負(fù)載場合，適當(dāng)降低最高運(yùn)行頻率限制，降低電機(jī)出力。(5)適當(dāng)?shù)靥岣唠妱訖C(jī)和變頻器的容量，減小其負(fù)載系數(shù)。另外，如果生產(chǎn)工藝

12、允許，電動機(jī)輕載使用也是一種簡單有效的方法。圖5示出變頻供電時(shí)(變頻器容量與電機(jī)容量的組合為1：1)電動機(jī)容許的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩和短時(shí)最大轉(zhuǎn)矩特性的一例4o這些特性隨電機(jī)的種類、結(jié)構(gòu)等的不同而不同，詳細(xì)情況需要根據(jù)各廠家提供的資料進(jìn)行研究。女時(shí))2轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)4220V.60Hz<Li£；：3僮次如<»U0軸出殊半/，的一圖5容許連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩和最大轉(zhuǎn)矩圖5中，容許連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩表示通用電機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，可以將電機(jī)溫升限制在規(guī)定值以內(nèi)的容許轉(zhuǎn)矩值。如用220V、60Hz電源以20Hz的速度連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)電機(jī)時(shí)，如果負(fù)載轉(zhuǎn)矩在電機(jī)額定值的80蛆內(nèi)，則可以使電機(jī)的溫升不超過規(guī)定值。最大轉(zhuǎn)矩

13、表示通用電機(jī)用變頻器傳動時(shí)電機(jī)可以產(chǎn)生的最大轉(zhuǎn)矩值。以此轉(zhuǎn)矩值不能連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，所以為短時(shí)定額。在提高散熱能力方面的具體措施：(1)選用變頻專用電動機(jī)或采用強(qiáng)迫通風(fēng)式電動機(jī)。(2)改造原有設(shè)備，另設(shè)專用冷卻風(fēng)扇。/恒壓(50HZ/380V)設(shè)計(jì)的，為了降低另外，如果生產(chǎn)工藝允許，限制電動機(jī)運(yùn)行的最低頻率，保證自扇冷式電動機(jī)在低速時(shí)的冷卻能力，也是一種簡單有效的方法。值得指出的是，目前大量使用的普通中小型交流電動機(jī)都是按恒頻成本這些電動機(jī)都是自帶風(fēng)扇型冷卻的，冷卻風(fēng)量也是基本按電動機(jī)額定速度設(shè)計(jì)的，較少考慮電動機(jī)調(diào)速（降速）后，自扇冷式電動機(jī)的散熱能力下降的問題。在變頻器廣泛應(yīng)用的今天，這種電動機(jī)實(shí)際上已經(jīng)不能適應(yīng)變頻調(diào)速的要求，變頻電動機(jī)是理想的選擇之一。相比普通交流電動機(jī)，目前變頻電動機(jī)價(jià)格昂貴，許多企業(yè)難以承受。改造中小型電動機(jī)冷卻方式，即采用他扇冷式這種以往多用于大型電動機(jī)的冷卻方式，是一種簡單有效且價(jià)廉物