电机绕组温升的测量与计算

2011-11-20董改花

微特电机 2011年9期

董改花

(苏州经贸职业技术学院，江苏苏州215009)

0 引言

电机定转子绕组作为电机的主要部件，其温升试验的目的是通过试验得到电机定转子绕组部件在规定的工作条件下运行并达到稳定温升时的温升值，用于考核被试电机所用绝缘材料、生产工艺能否满足电机正常工作及设计寿命的要求［1］。此外，其温升试验值还是计算电机定、转子绕组热损耗求取效率的必备参数［2］。本文以一小功率交流串励电动机为例，分析其定转子绕组温升的测量及计算方法。

1 电机绕组温升试验方法［3-5］

电机绕组温升的测量方法有很多。常用的有温度计法、电阻法、叠加法、埋置检温度计法和红外测温法。

(1)电阻法

电阻法是利用金属导体在一定的温度范围内，其电阻值与温度之间存在一定的数学关系的原理，通过测量导体电阻值的变化情况来计算温度变化的一种测温方法。可见，电阻法是一种间接测温法。

电阻法特别适用于温度计不能直接触及测量的发热元件的温度测量。

(2)叠加法

叠加法实际上也是电阻法，只是它是在电机通电运行的工作状态下直接测量电阻绕组的电阻值，也称为“带电测量电阻法”，和电阻法相比，从理论上来讲，其测量值应是电机实际运行状态时的数值，所以要比上述电阻法准确，但所用测量设备及其接线和操作要复杂得多，所以使用较少。

(3)温度计法

温度计法是将温度计的测温元件直接帖附在被测元件上获得其温度的直接测温法，所得温度为测量点的局部温度值。

(4)埋置检温度计法

埋置检温度计法简称为ETD法，它是用埋入电机内部的检温计作为温度传感元件，将所得温度信号通过导线传到外接的配套仪器，从而显示出被测元件温度的一种测温方法。所测温度是测量点的局部温度值。

(5)红外测温法

红外测温法较适用于电机表面和外露元件(如集电环、换向器等)温度的测量。

2 电机绕组温升测量方法选择

一般情况下，电机定转子绕组温升测量方法选择可根据表1［1］来确定。

本文的测量对象是一个交流串励电动机，其定转子绕组是带换向器的电枢绕组和励磁绕组，由表1可知，可采用电阻法和温度计法。此外，该电机为一小功率电机，通风口全开功率为1 086 W，通风口全闭功率为798 W，其平均功率为942 W，由表1得知可采用电阻法、叠加法及ETD法。综合考虑，我们对交流串励电动机测量采用电阻法。

3 电阻法测量温升试验步骤

被试单相交流串励电机用电阻法测量温升试验步骤如下:

3.1 测量冷态直流电阻和冷态环境温度

电机的温升试验可在任一温度下开始进行，但必须在实际冷态时测取其绕组的直流电阻和当时的绕组温度。本文测量的交流串励电动机的定子绕组冷态直流电阻R1用直流低电阻测试仪直接测量。转子绕组冷态直流电阻R2的测量，先在转子换向器上选择一片换向片在其钩部(定子碳刷不接触的地方)用圆锥凿一小圆锥坑，并在换向器圆周对角换向片上用同样方法也凿一小圆锥坑［6］，用直流低电阻测试仪测试棒用力压在两个小孔中测量转子冷态直流电阻R2，测量时碳刷不能接触到换向器。冷态绕组温度T1用温度计测量。测量结果如表2所示。

3.2 放置其它温度计

试验时，还需放置温度计用于相关温度的测量。一般用酒精膨胀式温度计。该温度计用于测量电机的进、出风温度，其目的是取得电机进、出风温度的差值，以便了解该电机通风散热的效果。差值小说明散热效果好。

3.3 与负载连接

选择适当的负载设备与被试电机进行连接。对本文测量的交流串励电动机采用直径为14 mm的孔堵住通风口运行。

4 电机绕组温升计算

4.1 电机定子绕组温升计算

4.1.1 停机后测量定子热态绕组的直流电阻值R′1

被试电机稳定运行45 min后，热试验达到稳定，记录断电前环境温度T′1。并尽快使被试电机断能停转，同时秒表开始计时，并迅速用直流低电阻测试仪测试该定子绕组的热态电阻R′1。需在所规定时间［1］内读取第一个数据。由于本文被试电机功率为1 000 W左右，所以电机断能到测得第一点电阻值之间的时间必须小于15 s。此时间越快越好，试验人员需日常加强测量操作技术锻炼外，事先还要连接好测量电阻的线路和仪表。为更准确分析电机断能瞬间热态电阻值，需记录10组数据。测量结果如表3所示。

表1 电机绕组温升测量方法选择

表2 被试交流串励电动机定转子绕组冷态温升试验测量值

表3 被试交流串励电动机定转子绕组热态温升试验测量值

4.1.2求取定子零秒热态电阻［7］

根据表3对定子热态电阻数据进行处理，绘制定子热态电阻曲线=f(t)，将该曲线延长，读取时间在t=0时电机定子热态电阻值=0.283 9Ω。如图1所示。

图1 定子热态电阻测试曲线

4.1.3计算定子绕组温升

绕组温升计算如下:

式中:△T为绕组温升;R′1为试验结束时温度为T′1时的定子直流电阻值;R1为试验开始之前温度为T1时的定子直流电阻;T′1为试验结束时周围介质温度;T1为试验开始前周围介质的温度;K为一常数，当绕组为铜制导线时取235，如果是铝制导线取225。将前面测量数据代入式(1)，得出本文被试电动机定子绕组温升△T=72.2402K。

4.2被试电机转子绕组温升计算

4.2.1停机后测量转子热态绕组的直流电阻值R′2及热态环境温度

本文被试交流串励电动机转子绕组温升计算过程与定子绕组温升计算过程基本相似。电机运行至热稳定大约45min后，记录断电前环境温度T′2。断开电机电源，同时秒表开始计时。断电后将直流低电阻测试仪的测试棒沿径向紧压于换向片的圆锥坑中，以最快的速度测转子绕组的热态电阻值R′2，测量数据如表3所示。共测取10组数据。

由于本文要求测试被试电机的定转子温升，可先让电机稳定运行45min后测定子热电阻值，测完后再让该电机稳定运行45min后再测转子热电阻值。

4.2.2求取转子零秒热态电阻［9］

根据表3对热态转子电阻数据进行处理，绘制热态转子电阻曲线R′2=f(t)，将该曲线延长到时间t=0得出该电机断能后热态电阻值R′2=0.757Ω。如图2所示。