電機繞組溫升的測量與計算

董改花

(蘇州經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學院，江蘇蘇州215009)

0 引 言

電機定轉(zhuǎn)子繞組作為電機的主要部件，其溫升試驗的目的是通過試驗得到電機定轉(zhuǎn)子繞組部件在規(guī)定的工作條件下運行并達到穩(wěn)定溫升時的溫升值，用于考核被試電機所用絕緣材料、生產(chǎn)工藝能否滿足電機正常工作及設(shè)計壽命的要求［1］。此外，其溫升試驗值還是計算電機定、轉(zhuǎn)子繞組熱損耗求取效率的必備參數(shù)［2］。本文以一小功率交流串勵電動機為例，分析其定轉(zhuǎn)子繞組溫升的測量及計算方法。

1 電機繞組溫升試驗方法［3-5］

電機繞組溫升的測量方法有很多。常用的有溫度計法、電阻法、疊加法、埋置檢溫度計法和紅外測溫法。

(1)電阻法

電阻法是利用金屬導體在一定的溫度范圍內(nèi)，其電阻值與溫度之間存在一定的數(shù)學關(guān)系的原理，通過測量導體電阻值的變化情況來計算溫度變化的一種測溫方法。可見，電阻法是一種間接測溫法。

電阻法特別適用于溫度計不能直接觸及測量的發(fā)熱元件的溫度測量。

(2)疊加法

疊加法實際上也是電阻法，只是它是在電機通電運行的工作狀態(tài)下直接測量電阻繞組的電阻值，也稱為“帶電測量電阻法”，和電阻法相比，從理論上來講，其測量值應是電機實際運行狀態(tài)時的數(shù)值，所以要比上述電阻法準確，但所用測量設(shè)備及其接線和操作要復雜得多，所以使用較少。

(3)溫度計法

溫度計法是將溫度計的測溫元件直接帖附在被測元件上獲得其溫度的直接測溫法，所得溫度為測量點的局部溫度值。

(4)埋置檢溫度計法

埋置檢溫度計法簡稱為ETD法，它是用埋入電機內(nèi)部的檢溫計作為溫度傳感元件，將所得溫度信號通過導線傳到外接的配套儀器，從而顯示出被測元件溫度的一種測溫方法。所測溫度是測量點的局部溫度值。

(5)紅外測溫法

紅外測溫法較適用于電機表面和外露元件(如集電環(huán)、換向器等)溫度的測量。

2 電機繞組溫升測量方法選擇

一般情況下，電機定轉(zhuǎn)子繞組溫升測量方法選擇可根據(jù)表1［1］來確定。

本文的測量對象是一個交流串勵電動機，其定轉(zhuǎn)子繞組是帶換向器的電樞繞組和勵磁繞組，由表1可知，可采用電阻法和溫度計法。此外，該電機為一小功率電機，通風口全開功率為1 086 W，通風口全閉功率為798 W，其平均功率為942 W，由表1得知可采用電阻法、疊加法及ETD法。綜合考慮，我們對交流串勵電動機測量采用電阻法。

3 電阻法測量溫升試驗步驟

被試單相交流串勵電機用電阻法測量溫升試驗步驟如下:

3.1 測量冷態(tài)直流電阻和冷態(tài)環(huán)境溫度

電機的溫升試驗可在任一溫度下開始進行，但必須在實際冷態(tài)時測取其繞組的直流電阻和當時的繞組溫度。本文測量的交流串勵電動機的定子繞組冷態(tài)直流電阻R1用直流低電阻測試儀直接測量。轉(zhuǎn)子繞組冷態(tài)直流電阻R2的測量，先在轉(zhuǎn)子換向器上選擇一片換向片在其鉤部(定子碳刷不接觸的地方)用圓錐鑿一小圓錐坑，并在換向器圓周對角換向片上用同樣方法也鑿一小圓錐坑［6］，用直流低電阻測試儀測試棒用力壓在兩個小孔中測量轉(zhuǎn)子冷態(tài)直流電阻R2，測量時碳刷不能接觸到換向器。冷態(tài)繞組溫度T1用溫度計測量。測量結(jié)果如表2所示。

3.2 放置其它溫度計

試驗時，還需放置溫度計用于相關(guān)溫度的測量。一般用酒精膨脹式溫度計。該溫度計用于測量電機的進、出風溫度，其目的是取得電機進、出風溫度的差值，以便了解該電機通風散熱的效果。差值小說明散熱效果好。

3.3 與負載連接

選擇適當?shù)呢撦d設(shè)備與被試電機進行連接。對本文測量的交流串勵電動機采用直徑為14 mm的孔堵住通風口運行。

4 電機繞組溫升計算

4.1 電機定子繞組溫升計算

4.1.1 停機后測量定子熱態(tài)繞組的直流電阻值R′1

被試電機穩(wěn)定運行45 min后，熱試驗達到穩(wěn)定，記錄斷電前環(huán)境溫度T′1。并盡快使被試電機斷能停轉(zhuǎn)，同時秒表開始計時，并迅速用直流低電阻測試儀測試該定子繞組的熱態(tài)電阻R′1。需在所規(guī)定時間［1］內(nèi)讀取第一個數(shù)據(jù)。由于本文被試電機功率為1 000 W左右，所以電機斷能到測得第一點電阻值之間的時間必須小于15 s。此時間越快越好，試驗人員需日常加強測量操作技術(shù)鍛煉外，事先還要連接好測量電阻的線路和儀表。為更準確分析電機斷能瞬間熱態(tài)電阻值，需記錄10組數(shù)據(jù)。測量結(jié)果如表3所示。

表1 電機繞組溫升測量方法選擇

表2 被試交流串勵電動機定轉(zhuǎn)子繞組冷態(tài)溫升試驗測量值

表3 被試交流串勵電動機定轉(zhuǎn)子繞組熱態(tài)溫升試驗測量值

4.1.2求取定子零秒熱態(tài)電阻［7］

根據(jù)表3對定子熱態(tài)電阻數(shù)據(jù)進行處理，繪制定子熱態(tài)電阻曲線=f(t)，將該曲線延長，讀取時間在t=0時電機定子熱態(tài)電阻值=0.283 9Ω。如圖1所示。

圖1 定子熱態(tài)電阻測試曲線

4.1.3計算定子繞組溫升

繞組溫升計算如下:

式中:△T為繞組溫升;R′1為試驗結(jié)束時溫度為T′1時的定子直流電阻值;R1為試驗開始之前溫度為T1時的定子直流電阻;T′1為試驗結(jié)束時周圍介質(zhì)溫度;T1為試驗開始前周圍介質(zhì)的溫度;K為一常數(shù)，當繞組為銅制導線時取235，如果是鋁制導線取225。將前面測量數(shù)據(jù)代入式(1)，得出本文被試電動機定子繞組溫升△T=72.2402K。

4.2被試電機轉(zhuǎn)子繞組溫升計算

4.2.1停機后測量轉(zhuǎn)子熱態(tài)繞組的直流電阻值R′2及熱態(tài)環(huán)境溫度

本文被試交流串勵電動機轉(zhuǎn)子繞組溫升計算過程與定子繞組溫升計算過程基本相似。電機運行至熱穩(wěn)定大約45min后，記錄斷電前環(huán)境溫度T′2。斷開電機電源，同時秒表開始計時。斷電后將直流低電阻測試儀的測試棒沿徑向緊壓于換向片的圓錐坑中，以最快的速度測轉(zhuǎn)子繞組的熱態(tài)電阻值R′2，測量數(shù)據(jù)如表3所示。共測取10組數(shù)據(jù)。

由于本文要求測試被試電機的定轉(zhuǎn)子溫升，可先讓電機穩(wěn)定運行45min后測定子熱電阻值，測完后再讓該電機穩(wěn)定運行45min后再測轉(zhuǎn)子熱電阻值。

4.2.2求取轉(zhuǎn)子零秒熱態(tài)電阻［9］

根據(jù)表3對熱態(tài)轉(zhuǎn)子電阻數(shù)據(jù)進行處理，繪制熱態(tài)轉(zhuǎn)子電阻曲線R′2=f(t)，將該曲線延長到時間t=0得出該電機斷能后熱態(tài)電阻值R′2=0.757Ω。如圖2所示。

圖2 轉(zhuǎn)子熱態(tài)電阻測試曲線

代入式(1)得出該串勵電動機轉(zhuǎn)子溫升△T=90.775 9K。

5 結(jié) 語

本文詳細地給出了電機繞組溫升試驗的具體步驟及計算方法。被試小功率交流串勵電動機要求定子繞組溫升不超過80K，轉(zhuǎn)子繞組溫升不超過115K。通過溫升試驗，測得該電機定子繞組溫升72.240 2K，轉(zhuǎn)子繞組溫升90.775 9K均小于規(guī)定值，被試電機繞組溫升指標合格。

［1］ 才家剛.電機試驗技術(shù)及設(shè)備手冊［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2004.

［2］ 胡永志，蔣明麟.淺談電機的升溫及處理［J］.水泥技術(shù)，1995(3):31-34.

［3］ 唐力華.電動工具運行中的發(fā)熱過程及其繞組溫升的測量［J］.現(xiàn)代測量與實驗室管理，2004(6):13-14.

［4］ 陳興衛(wèi)，閻德春.交流電機溫升的計算方法［J］.防爆電機，

2009，44(148 ):50-51.

［5］ 李和明，李俊卿.電機中溫度計算方法及其應用綜述［J］.華北電力大學學報，2005(1):1-5.

［6］ 楊宗輝.繞組溫升測量方法研究［J］.電子質(zhì)量，2003(1):46-48.

［7］ 宋強，王志福，張承寧，等.基于零秒電阻擬合的電機繞組溫升測試方法［J］.北京理工大學學報，2007(1):13-16.

［8］ 陳娟.電動機繞組溫升的計算和試驗方法［J］.安徽農(nóng)業(yè)技術(shù)師范學院學報，2001，15(2):62-64.

［9］ 姚一鳴.提高測量繞組溫升準確度的方法［J］.家用電器科技，

2002(5 ):70-71.