短時過載對縮短屏蔽電動機絕緣壽命的影響

孔祥旭

(海軍駐哈爾濱地區艦船配套軍事代表室，黑龍江哈爾濱150040)

?

短時過載對縮短屏蔽電動機絕緣壽命的影響

孔祥旭

(海軍駐哈爾濱地區艦船配套軍事代表室，黑龍江哈爾濱150040)

摘要屏蔽電動機在運行過程中，容易發生短時過載引起繞組過熱，導致繞組絕緣損壞。因此，通過對繞組發熱的時間分析，求出發熱時間常數對時間的關系曲線。從不同的過載電流可以看出，通過對絕緣損壞的原因進行分析，闡明了由于短時過載而影響絕緣壽命縮短的問題，關鍵是定轉子繞組的發熱時間常數的求取，對屏蔽電動機的可靠運行具有很大的意義的。

關鍵詞屏蔽電機; 過載時間; 絕緣壽命; 繞組溫度; 時間常數

0引言

屏蔽電動機由于其特殊的結構，在運行過程中，有時會產生短時過載的現象。這種情況下，繞組會產生附加發熱，而附加的過熱可加速導致絕緣的損壞，且縮短絕緣壽命。因此闡明由于短時過載而引起的絕緣壽命縮短多少的問題具有重大的意義。通常繞組絕緣的損壞可在發熱時間內產生，也可在冷卻時間內產生。附加過熱的量值將隨著過載電流的量略為變化。

1絕緣使用壽命數ξ的計算

1.1過載時間內絕緣使用壽命的計算

絕緣使用壽命的計算公式為

B=ce-bθ

(1)

式中，c、b—系數；θ—溫度。

絕緣的損壞決定于與B值成反比的參數ξ

(2)

自時間t1至t2以內的絕緣的損壞可以用以下公式求得

(3)

當電動機長期在額定負載下運行后，以k1倍電流在時間間隔t內過載。在過載期間內繞組的溫度按下面方程式變化

(4)

式中,θn—在額定負載時的繞組溫度℃；T—繞組的時間常數；τn—在額定負載時的過熱。

為了簡化起見，略去散熱，于是

(5)

(6)

由于k1倍過載電流在時間間隔t1內所引起的繞組附加過熱，于是以式(6)代入式(5)，在過載時間內絕緣的損壞參數可以用下面的式(7)表示

(7)

1.2冷卻期間內絕緣損壞參數的計算

因為屏蔽電動機繞組的溫度在過載終止以后不可能立刻降低致其穩定值，所以絕緣的損壞還要繼續一段時間。在計算時可以取在冷卻時的時間常數和在加熱時的一樣。如果屏蔽電動機在過載后仍以過載前的轉速繼續運行，且冷卻條件不變，故在過載期間內短時的、不大的轉速降低對于發熱常數的影響不大(副葉輪的流量和揚程變化不大)。在冷卻期間的繞組溫度將按下列表達

(8)

(9)

(10)

把式(9)和式(10)代入式(3)并積分后得冷卻期間內絕緣損壞參數ξ″

(11)

1.3繞組發熱的總損壞參數

綜上所述，屏蔽電動機繞組加熱和冷卻期間絕緣的總損壞參數ξ

ξ=ξ′+ξ″=ξ″

(12)

從這一方程式可見，屏蔽電動機絕緣地損壞在某一發熱常數T時具有最低數值，以式(4)中的Δt值代入式(12)得

(13)

為了求得發熱常數對絕緣損壞的影響，可以按照式(13)進行計算。

2發熱時間常數對屏蔽電機絕緣壽命的影響

為了探討屏蔽電動機發熱時間常數對絕緣損壞的影響，下面我們將按式(13)對于過載倍數k1=5和t1=10s時的情形進行計算。在式(13)中的系數b可以取作0.088，對于在過載前以額定負載運行，冷卻介質溫度為40℃的屏蔽電動機繞組，取θn為120℃，和τn為60℃，向式(13)代入b、θn、k1、t1的值，得出

(14)

按式(13)繪出的曲線可知，最小的絕緣損壞發生在T=300s時，在T<300s時，絕緣的損壞急劇增加。研究屏蔽電動機繞組的發熱常數，并且要分別考慮定子繞組和轉子繞組，見圖1。

圖1發熱時間常數

圖1是過載電流倍數為5，持續時間為10s過載時，定子絕緣損壞與發熱時間常數的關系曲線。

3屏蔽電動機定轉子繞組的發熱時間常數

對于屏蔽電動機，繞組的發熱常數可以按式(15)求得

(15)

式中 ，kR—計入由于電流流通而使電阻增加的系數；jsn—額定電流密度。

對于定子繞組，可取kR=1，對于轉子繞組，當過載并不使屏蔽電機轉子轉數降低大于額定轉數的10%～20%時，同樣可去kR=1，而假如過載帶來很大的轉速降低，那么在此種情況下，系數可能達到kR=3，這一系數隨著屏蔽電動機的轉差率的變化可以準確的利用式(16)表示

KR=(kR-1)s+1

(16)

式中，s—轉差率；kR—當s=1時的系數。

(17)

這樣，當電流密度相同時，轉子繞組的發熱常數將較定子繞組的發熱常數小將近50%，因此，轉子繞組在過載時和定子繞組相比，將有較大的過熱。

4結語

綜上所述，按計入散熱的公式畫出的過載特性曲線可以看出，屏蔽電動機在過載的情況下將產生較大的過熱，特別是對于轉子繞組來說，實際上這樣的過載通常發生自屏蔽電動機在熱態起動的時候或冷卻時間內。因此要注意，當屏蔽電動機停止運轉后，切忌馬上停、斷屏蔽電動機的一次循環水，因為這樣會產生大量的熱損耗，導致屏蔽電動機的定、轉子的屏蔽套發生嚴重的變形。致使屏蔽電動機無法運行，因此探討短時過載對屏蔽電機的危害對于安全運行具有重要意義。

參考文獻

[1]紀繁祥，吳慶廣. 屏蔽電動機運行性能分析[M].防爆電機，2015.3.

[2]王超，李藏雪，張進寶，等.屏蔽主泵電機定子繞組腔密封設計[M].防爆電機，2015.5.

[3]楊姍姍.高壓電機定子繞組主絕緣擊穿原因分析[M].防爆電機，2015.6.

Influence of Short-Time Overload on Shortening Insulation Age of Canned Motor

KongXiangxu

(Naval Ship Military Representative Office Stationed in Harbin, Harbin 150040, China )

AbstractThe canned motor is prone to have short-time overload in operation. It can cause overheating of windings and result in damage of winding insulation. Therefore, the curve of heating time constant vs time can be determined by winding heating time. Based on reason analysis of insulation damage, this paper expounds the problem from different overload currents that short-time overload can shorten insulation age. The key problem is to calculate the heating time constants of stator and rotor windings. It has great significance for reliable operation of canned motor.

Key wordsCanned motor；overload time；insulation life；winding temperature；time constant

收稿日期：2016-01-28

作者簡介：孔祥旭男1973年生；畢業于哈爾濱工業大學，現從事艦船機電設備質量監督工作.

中圖分類號：TM306

文獻標識碼：A

文章編號：1008-7281(2016)02-0036-003

DOI:10.3969/J.ISSN.1008-7281.2016.02.10