短时过载对缩短屏蔽电动机绝缘寿命的影响

孔祥旭

(海军驻哈尔滨地区舰船配套军事代表室，黑龙江哈尔滨150040)



短时过载对缩短屏蔽电动机绝缘寿命的影响

孔祥旭

(海军驻哈尔滨地区舰船配套军事代表室，黑龙江哈尔滨150040)

摘要屏蔽电动机在运行过程中，容易发生短时过载引起绕组过热，导致绕组绝缘损坏。因此，通过对绕组发热的时间分析，求出发热时间常数对时间的关系曲线。从不同的过载电流可以看出，通过对绝缘损坏的原因进行分析，阐明了由于短时过载而影响绝缘寿命缩短的问题，关键是定转子绕组的发热时间常数的求取，对屏蔽电动机的可靠运行具有很大的意义的。

关键词屏蔽电机; 过载时间; 绝缘寿命; 绕组温度; 时间常数

0引言

屏蔽电动机由于其特殊的结构，在运行过程中，有时会产生短时过载的现象。这种情况下，绕组会产生附加发热，而附加的过热可加速导致绝缘的损坏，且缩短绝缘寿命。因此阐明由于短时过载而引起的绝缘寿命缩短多少的问题具有重大的意义。通常绕组绝缘的损坏可在发热时间内产生，也可在冷却时间内产生。附加过热的量值将随着过载电流的量略为变化。

1绝缘使用寿命数ξ的计算

1.1过载时间内绝缘使用寿命的计算

绝缘使用寿命的计算公式为

B=ce-bθ

(1)

式中，c、b—系数；θ—温度。

绝缘的损坏决定于与B值成反比的参数ξ

(2)

自时间t1至t2以内的绝缘的损坏可以用以下公式求得

(3)

当电动机长期在额定负载下运行后，以k1倍电流在时间间隔t内过载。在过载期间内绕组的温度按下面方程式变化

(4)

式中,θn—在额定负载时的绕组温度℃；T—绕组的时间常数；τn—在额定负载时的过热。

为了简化起见，略去散热，于是

(5)

(6)

由于k1倍过载电流在时间间隔t1内所引起的绕组附加过热，于是以式(6)代入式(5)，在过载时间内绝缘的损坏参数可以用下面的式(7)表示

(7)

1.2冷却期间内绝缘损坏参数的计算

因为屏蔽电动机绕组的温度在过载终止以后不可能立刻降低致其稳定值，所以绝缘的损坏还要继续一段时间。在计算时可以取在冷却时的时间常数和在加热时的一样。如果屏蔽电动机在过载后仍以过载前的转速继续运行，且冷却条件不变，故在过载期间内短时的、不大的转速降低对于发热常数的影响不大(副叶轮的流量和扬程变化不大)。在冷却期间的绕组温度将按下列表达

(8)

(9)

(10)

把式(9)和式(10)代入式(3)并积分后得冷却期间内绝缘损坏参数ξ″

(11)

1.3绕组发热的总损坏参数

综上所述，屏蔽电动机绕组加热和冷却期间绝缘的总损坏参数ξ

ξ=ξ′+ξ″=ξ″

(12)

从这一方程式可见，屏蔽电动机绝缘地损坏在某一发热常数T时具有最低数值，以式(4)中的Δt值代入式(12)得

(13)

为了求得发热常数对绝缘损坏的影响，可以按照式(13)进行计算。

2发热时间常数对屏蔽电机绝缘寿命的影响

为了探讨屏蔽电动机发热时间常数对绝缘损坏的影响，下面我们将按式(13)对于过载倍数k1=5和t1=10s时的情形进行计算。在式(13)中的系数b可以取作0.088，对于在过载前以额定负载运行，冷却介质温度为40℃的屏蔽电动机绕组，取θn为120℃，和τn为60℃，向式(13)代入b、θn、k1、t1的值，得出

(14)

按式(13)绘出的曲线可知，最小的绝缘损坏发生在T=300s时，在T<300s时，绝缘的损坏急剧增加。研究屏蔽电动机绕组的发热常数，并且要分别考虑定子绕组和转子绕组，见图1。

图1发热时间常数

图1是过载电流倍数为5，持续时间为10s过载时，定子绝缘损坏与发热时间常数的关系曲线。

3屏蔽电动机定转子绕组的发热时间常数

对于屏蔽电动机，绕组的发热常数可以按式(15)求得

(15)

式中 ，kR—计入由于电流流通而使电阻增加的系数；jsn—额定电流密度。

对于定子绕组，可取kR=1，对于转子绕组，当过载并不使屏蔽电机转子转数降低大于额定转数的10%～20%时，同样可去kR=1，而假如过载带来很大的转速降低，那么在此种情况下，系数可能达到kR=3，这一系数随着屏蔽电动机的转差率的变化可以准确的利用式(16)表示

KR=(kR-1)s+1

(16)

式中，s—转差率；kR—当s=1时的系数。

(17)

这样，当电流密度相同时，转子绕组的发热常数将较定子绕组的发热常数小将近50%，因此，转子绕组在过载时和定子绕组相比，将有较大的过热。

4结语

综上所述，按计入散热的公式画出的过载特性曲线可以看出，屏蔽电动机在过载的情况下将产生较大的过热，特别是对于转子绕组来说，实际上这样的过载通常发生自屏蔽电动机在热态起动的时候或冷却时间内。因此要注意，当屏蔽电动机停止运转后，切忌马上停、断屏蔽电动机的一次循环水，因为这样会产生大量的热损耗，导致屏蔽电动机的定、转子的屏蔽套发生严重的变形。致使屏蔽电动机无法运行，因此探讨短时过载对屏蔽电机的危害对于安全运行具有重要意义。

参考文献

[1]纪繁祥，吴庆广. 屏蔽电动机运行性能分析[M].防爆电机，2015.3.

[2]王超，李藏雪，张进宝，等.屏蔽主泵电机定子绕组腔密封设计[M].防爆电机，2015.5.

[3]杨姗姗.高压电机定子绕组主绝缘击穿原因分析[M].防爆电机，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

作者简介：孔祥旭男1973年生；毕业于哈尔滨工业大学，现从事舰船机电设备质量监督工作.

中图分类号：TM306

文献标识码：A

文章编号：1008-7281(2016)02-0036-003

DOI:10.3969/J.ISSN.1008-7281.2016.02.10