3kW及以下异步电动机定子绕组温升性能研究

王宪安 王灏 陈剑

摘 要：温升是反映电机性能最重要的指标参数，直接影响着电机的故障概率和使用寿命。主要针对3kW及其以下异步电动机定子绕组的温升性能，对温升的相关影响因素进行了提取和分析，并对异步电动机定子绕组温升的检测经验和重要性进行了详细的研究与阐述。

关键词：异步电动机；温升；检测

中图分类号：TB 文献标识码：A doi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2018.36.099

1 引言

目前，微小型异步电动机特别是3kW及其以下异步电动机常见故障一般可归纳为机械故障和电气故障两类，机械故障包括机械噪声、机械变形、扫膛、外壳碎裂、漆膜脱落等，电气故障包括绕组烧毁、电磁噪声、外壳带电等。一般来说，3kW及其以下异步电动机最常见的故障为机械噪声与绕组烧毁。其中，机械噪声主要体现部件为电机轴承，产生原因为轴承轴向间隔不当、内部进水、轴承温度过高、环境选型不当等因素。绕组烧毁主要体现部件为定子绕组，产生原因为缺相、匝间短路、相间短路、过载、三相不平衡等因素，其中以缺相原因最多。而在3kW及其以下异步电动机应用中，产生机械故障相对于电气故障来说，机械故障受工艺及使用环境影响较大，占故障比例相对较小，因此，3kW及其以下异步电动机故障主要仍以电气故障为主。

电动机性能最主要的评价指标是电动机的温升，也就是说电动机主要故障基本都与温升有关，包括电动机定子绕组温升、铁芯温升、轴承温升等。其中定子绕组温升引起的电机故障最为常见（占故障比例最大）。以3kW及其以下异步电动机为例，其定子绕组一般为星形连接，缺相（一般缺一相电）会造成定子绕组两相温升过高，匝间短路、相间短路及三相不平衡均会造成定子绕组局部温升过高，过载会造成定子绕组整体温升过高等等。因此，温升是检验电机性能最通用、最重要的指标参数。

2 影响温升的常见因素

2.1 负载影响

一是恒定功率负载，电动机在额定电压、频率下工作，恒定功率负载过载会引起异步电动机输出功率增加，输入电流过大，效率减少，定子绕组温升较高。过载严重（或过载运行时间较长）时，定子绕组温升过高（或长期在高于耐热等级条件下运行）会引起异步电动机绕组烧毁。因此，在异步电动机应用时，应避免异步电动机过载运行，即小马拉大车。

二是可变负载，负载会随着环境（如大气压力、温度等）等因素变换而变化。因此，电动机在额定电压、频率下工作，在不同环境内可能会出现在有的环境是额定负载内运行，有的环境属于过载运行（有绕组烧毁的风险）。因此，对于可变负载来说，在异步电动机应用时，要考虑最残酷环境条件下的异步电动机的温升，使其满足异步电动机部件及绝缘等级的要求。

2.2 电源影响

一是电源缺相，一般情况以断一相电居多，又由于3kW及其以下异步电动机一般定子绕组为星形连接，当出现缺相（断一相电）的情况时，会造成未断电的两相定子绕组中电流增大较多，从而使该两相定子绕组温升过高，导致其两相对称烧毁。缺相目前是异步电动机温升过高烧毁最多的原因。

二是电源电压过低，在3kW及其以下异步电动机带额定负载运行时，电压过低会导致异步电动机的输入电流过大，等同于异步电动机的过载运行，会造成异步电动机定子绕组电流整体增大，从而使三相定子绕组温升过高，导致其整体烧毁。

三是电源电压三相不平衡，在3kW及其以下异步电动机带额定负载运行过程中，较小的电压不平衡会造成较大的三相电流不平衡，致使异步电动机个别相定子绕组电流过大，温升过高，导致其绕组局部烧毁。

2.3 外壳影响

一是异步电动机外壳材质，其导热性能对异步电动机的温升也影响较大，目前，3kW及其以下异步电动机外壳材质常见为钢板材质、铝材质及铸铁材质三种。材质的导热性能关系到电机外部的散热性能及电机运行时的温升积累，导热好的材料能够使异步电动机额定负载长时间运行时的散热性能完全满足其本身运行的生成热量，避免温升积累现象。

二是异步电动机外壳形状，其外壳形状与异步电动机表面的散热面积息息相关，在外壳材质确定，异步电动机外壳的散热面积直接影响其散热性能，目前异步电动机多采用加散热筋的形式来增加其外壳的散热面积。也就是说，在异步电动机尺寸与结构强度允许的情况下，适当地增加异步电动机外壳的散热面积也能有效地抑制温升积累。

2.4 绝缘影响

一是异步电动机的绝缘材料，按照不同的绝缘材料和标准，一般分为A、E、B、F、H五个等级，其中A绝缘等级最低，H绝缘等级最高。不同绝缘等级绝缘材料的耐热温度也是不同的，绝缘等级越高，异步电机定子绕线绕组允许的温升就越高，其本身的耐温能力就越强。

二是异步电动机绝缘性能，其绝缘层受环境和工艺的影响较大，绝缘层不均匀、局部被刮伤、局部被腐蚀以及局部被击穿造成的绝缘局部薄弱，容易导致异步电动机定子绕组匝间短路、相间短路以及外壳带电，从而使异步电动机定子绕组局部温升过高，造成绕组局部烧毁。

3 温升的检测

目前微小型异步电动机最常用的温升测试方法为电阻法测试，异步电动机电阻法温升计算如公式（1）、公式（2）所示：

R热态R初始=k+θ热态k+θ初始（1）

θ=θ热态-θ热态环温（2）

式中参数：

R热态-热试验结束时的绕组电阻；

R初始-电机没运转时的冷态绕组电阻；

θ热态环温-热试验结束时的环境温度；

θ初始-电机没运转时冷态的环境温度；

k-导体材料在0℃时电阻温度系数的倒数，铜材料k取235，铝材料k取225；

θ-电机定子线圈的温升。

考虑到试验温度的要求，温升测试应尽量在类似恒温的房间内进行，同时，电阻法测试需要等效到热试验结束0时刻的热态电阻值，这就需要很短时间内进行多点测量记录，然后反推至热试验结束0时刻的热态电阻值，进行温升计算。然而，很多异步电动机应用方，一般没有电动机温升测试专用设备，无法短时内多点测量记录。只能通过电阻测量仪器，简单手动地对断电停转短时内的热态电阻进行单点测量，这就导致了测量时间要超出热试验结束0时刻几秒乃至十几秒的时间，导致热态电阻测量值略低（短时间内差距不大），但是，在断电测量时间超出热试验结束0时刻时间越久，热态电阻测量值越偏低（最低为冷态电阻值），从而导致计算的温升就越偏低。因此，对于单点测试时刻点离异步电动机热试验结束断电停转瞬间0时刻越近，测量的温升越接近准确值。

4 结束语

温升可以檢验异步电动机的带载能力，同时也为异步电动机的选型及应用提供重要的参考依据。随着异步电动机的不断发展，对其绝缘能力和温升的要求也越来越高，即常见的B级绝缘等级逐渐向F级及以上绝缘等级趋势发展，并且温升要求也逐步严格，对于F级及以上绝缘等级的温升，逐渐采用降级评判的方法，例如F-B、H-F法。因此，为保障异步电动机的可靠性、可用性和安全性，必须要把温升作为异步电动机应用的重要着眼点去考虑，温升才是减少异步电动机应用故障最基本的指标。

参考文献

[1]李振，康玉茹.小型电动机温升的研究[J].山东工业技术，2014，（4）：58-58.

[2]张文海.中小型电机温升试验中的能量消耗问题[J].微电机，2005，38（2）：78-79.

[3]GB755-2008旋转电机定额和性能[S].