不同的生产环境对电机核心零部件的绝缘电阻影响分析

毛晓军，肖时峰，薛长志，邓 苹，章细福，赵 钺，黄海军（. 中车株洲电机有限公司，株洲 4000；. 中国电器科学研究院有限公司 工业产品环境适应性国家重点实验室，广州 50663）

不同的生产环境对电机核心零部件的绝缘电阻影响分析

毛晓军1，肖时峰1，薛长志1，邓 苹1，章细福1，赵 钺2，黄海军2
（1. 中车株洲电机有限公司，株洲 412000；2. 中国电器科学研究院有限公司 工业产品环境适应性国家重点实验室，广州 510663）

通过对电机核心零部件线圈、轴承进行降尘和恒温恒湿试验，比对试验前后产品绝缘电阻的变化规律，分析灰尘、湿度、温度等生产环境对产品绝缘性的影响，给出合理生产环境条件建议。

绝缘电阻；湿度；温度；灰尘

前言

对于500 V以下电机的绝缘电阻一般要求高于0.5 MΩ[1]，如果绝缘电阻过低，可能出现绝缘层击穿、线圈烧毁、危害人身安全等事故。电机的轴承、线圈等产品在装配、储存、运输过程中不可避免会受到灰尘、湿度、温度等因素影响。湿度、温度对绝缘性能的影响已经有过大量的研究，但是降尘对电机的绝缘电阻具体产生多大影响，目前还很少有深入研究。本文通过模拟降尘试验和恒温恒湿试验得出在规定的降尘、温度、湿度范围内，各环境因素对线圈、轴承产品绝缘性能的影响，并得出对线圈和轴承绝缘性能影响小的合理生产环境条件。

1 试验方案

针对电机线圈、轴承设计一套专业自然降尘试验装置，用来模拟不同程度的自然降尘量沉积到线圈和轴承表面，使用5 000目的滑石粉模拟电机线圈和轴承厂房内的灰尘，选择降尘量、温度、湿度三个因素，各取三种水平，通过DOE实验设计，制定三因素三水平的正交试验，分别筛选出适合线圈和轴承制造厂房的降尘量、温度、湿度。

1.1 试验设备及样品

本项目试验设备包括：模拟灰尘试验箱、高低温湿热试验箱、ZC-90A绝缘电阻测试仪；试验样品主要有电机线圈、轴承两种（见图1）。

1.2 试验方案

1.2.1 线圈试验

参考国外某电机企业关于电机线圈生产车间降尘量应低于50 mg/m2·月的规定，故分别选择降尘量为60 mg/m2·月、50 mg/m2·月、40 mg/m2·月的三个条件，在专用实验装置中进行模拟降尘试验，在线圈降尘前后，通过正交实验设计制定温度、湿度的实验组合（见表1），测试不同温度、湿度条件下线圈之间的绝缘电阻，施加电压为500 V。对比试验前后线圈的绝缘性能，考察不同降尘量下，不同温度、湿度对线圈绝缘性能的影响。

1.2.2 轴承试验

参考铁总关于机车电机轴承车间降尘量应低于80 mg/m2·月的规定，故选择降尘量为100 mg/m2·月、80 mg/m2·月、60 mg/m2·月在专用实验装置中进行模拟降尘试验，在轴承降尘前后，通过正交实验设计制定温度、湿度、降尘量的实验组合（见表2）。测试轴承的绝缘电阻，施加电压为500 V。对比试验前后轴承的绝缘性能，考察温度、湿度、灰尘对线圈绝缘性能的影响。

2 结果及讨论

2.1 线圈模拟降尘和恒温恒湿试验结果

在测量线圈绝缘电阻时，不同线圈之间差异较大，难以进行严格的比对分析。故选择在同一件样品上施加降尘量不断递增，模拟0 mg/m2·月、40 mg/m2·月、50 mg/m2·月、60 mg/m2·月的降尘试验，在不同温度、不同湿度情况下进行全因子恒温恒湿试验，测量线圈的绝缘电阻。共进行2组平行试验，测试结果见图2。

表1 线圈测试影响因子

表2 轴承测试影响因子

从图2中可以看到，线圈的绝缘电阻随温度升高而降低，随湿度升高而降低。当温度在10～25 ℃、湿度在40 %～60 %时，线圈的绝缘电阻基本在1011Ω水平以上；当温度到达30 ℃、湿度到达80 %时，线圈绝缘电阻明显下降，大部分降到1011Ω以下，绝缘电阻最低值和最高值相差100倍。在实际生产过程中，控制车间温度、湿度在一个相对低的水平，将有利于保证线圈良好的绝缘性能。

2.2 轴承模拟降尘和恒温恒湿试验结果

图1 模拟试验设备及样品

与线圈类似，选择在同一件轴承样品上施加降尘量不断递增，模拟0 mg/m2·月、60 mg/m2·月、80 mg/m2·月、100 mg/m2·月的降尘试验，在不同降尘量、不同温度、不同湿度情况下进行全因子恒温恒湿试验，测量轴承的绝缘电阻。共进行2组平行试验，对比不同降尘量对轴承绝缘电阻影响，见图3。

从图3可以看到，在同一组温度+湿度组合条件下，在0～100 mg/m2·月降尘量范围内，不同降尘量下测得的绝缘电阻基本保持在同一水平上，说明降尘量在0～100 mg/m2·月范围内对线圈的绝缘电阻几乎没有影响。“温度25 ℃，湿度80 %”和“温度35 ℃，湿度80 %”这两条温湿度组合曲线明显低于其他组合，说明当温度超过25 ℃、湿度达到80 %时，轴承的绝缘性能将会大幅下降。其中绝缘电阻最低值和最高值相差106倍，最低值接近1 MΩ。当环境湿度接近或超过80 %时，轴承绝缘电阻变化剧烈，在实际生产储存时需要严格控制湿度过高。

3 分析与讨论

线圈和轴承产品的绝缘电阻主要受湿度、温度、表面状态的影响。

以往的研究[2]和试验结果都表明，其中最大的影响因素是湿度，湿度越高，产品就越容易受潮，表面电阻和体积电阻会明显下降，当湿度接近80 %时，空气中的水气会发生凝结，在产品表面形成很薄的一层水膜，导致绝缘电阻迅速下降。当温度升高时, 绝缘层的体电阻降低而使绝缘电阻降低。试验结果也表明，随温度升高，绝缘电阻有所下降，但影响不如湿度明显。

图2 线圈在特定温湿度、不同降尘量下线圈绝缘电阻变化情况

图3 在特定温湿度、不同降尘量下轴承绝缘电阻变化情况

上述试验中的降尘量在0～100 mg/m2·月之间，在同一组温度+湿度组合条件下，不同的降尘量并没有导致产品绝缘电阻发生明显变化。原因是作为模拟灰尘的滑石粉本身有着优良的电阻率，并且100 mg/m2·月也是相对较低的降尘水平。而在实际情况下，空气中某些灰尘含有电导性物质，夹杂其他物质有可能在产品表面形成污秽层[3]，在受潮情况下，污秽层长时间保持湿润、电导性物质发生溶解等因素将会使绝缘层电导率迅速增加，丧失绝缘性能，容易发生发热、放电等事故。关于包含导电性表面污秽层对绝缘电阻的影响还有待于进一步试验验证。

4 结语

1）湿度对线圈、轴承的绝缘性能影响最大，湿度越高，绝缘电阻越低；温度对产品的绝缘性能影响不如湿度明显，随随湿度升高绝缘电阻有所下降。

2）降尘量低于60 mg/m2·月时，降尘量对线圈绝缘电阻影响不大；降尘量低于100 mg/m2·月时，降尘量对轴承绝缘电阻影响不大。但本文选择的降尘量较小，且模拟降尘的滑石粉是绝缘物质。在现实中夹杂电导性物质、腐蚀性物质等因素对产品绝缘电阻影响如何，有待于进一步验证。

3）对于线圈来说，温度为30 ℃、湿度在60 %～80 %之间时，线圈绝缘电阻下降明显；对于轴承来说，温度超过25 ℃、湿度在60 %～80 %之间时，轴承绝缘电阻大幅下降。综合考虑以上数据变化趋势，建议电机核心零部件线圈、轴承的生产车间温度控制在25 ℃以下，湿度控制在60 %以下。

[1]熊瑞峰. 浅谈电机绝缘电阻的准确测定[J]. 矿山机械, 2006, 34(5): 122-123.

[2]徐萍. 绝缘电阻的测量及影响绝缘电阻的主要因素[J]. 煤矿开采, 2001, 4 3(4):78-79.

[3] 申卫民，王付生. 绝缘电阻的测量及影响因素分析[J]. 农村电工, 2006, (5): 22.

毛晓军（1969.11），籍贯：江西吉安，学位：大学本科，职称：高级工程师，研究方向：电机制造工艺及样品。

Analysis of Insulation Resistance of Motor Core Parts Under Different Production Environment

MAO Xiao-jun1, XIAO Shi-feng1, XUE Chang-zhi1, DENG Ping1, ZHANG Xi-fu1, ZHAO Yue2, HUANG Hai-jun2
(1. CRRC Zhuzhou Electric Co., Ltd., Zhuzhou 412000; 2. State Key Laboratory of Environmental Adaptability for Industrial Products, China Electric Apparatus Research Institute Co., Ltd., Guangzhou 510663)

Through the dust fall and constant temperature and moisture test for core components coil of motor and bearing, this paper compares the change rule of insulation resistance before and after the test. And it analyzes the influence of dust, humidity, and temperature, etc. on the products’insulation performance. Finally, it proposes the reasonable suggestion for producing environment.

insulation resistance; humidity; temperature; dust

TH17

B

1004-7204（2017）01-0020-04