電機的溫升試驗及誤差分析
羅林學(xué) 賈桂萍(許昌微型電機廠)
1 引言
溫升試驗是一個重要而費時的型式試驗項目，超過規(guī)定的限值將會影響電機的壽命和可靠性。為了提高產(chǎn)品的技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)，電機的溫升裕度一般不宜取得過大，但電機的電磁參數(shù)、材料性能、通風(fēng)結(jié)構(gòu)的制造質(zhì)量等都會直接或間接影響電機的損耗和散熱冷卻。電磁計算時，溫升計算的準(zhǔn)確度不高。因而，電機的溫升指標(biāo)必須通過試驗考核確定。
2溫升試驗
電機溫升是電機運行的重要參數(shù)之一，溫升試驗的方法有許多種，但應(yīng)用在電機繞組中的溫升試驗，測量繞組溫升的主要方法是電阻法。
根據(jù)繞組導(dǎo)線受熱后電阻值增加的原理，其電阻與溫度間的關(guān)系符合式(1)。如果測得溫升試驗前冷態(tài)電阻R1及試驗結(jié)束瞬間繞組的熱態(tài)電阻R2，就可直接按式(1)計算繞組的平均溫升θ。
式中t1—試驗開始時的繞組溫度，℃
T2—試驗結(jié)束時的冷卻介質(zhì)的溫度，℃
K—銅繞組取235
上式中，要求定子繞組的熱態(tài)電阻R2需在電機切離電源前用帶電測量裝置測量，但由于條件有限，普通直流電橋用以測量繞組電阻時，規(guī)定應(yīng)在交流電源斷開后再接贏流電橋，繞組熱態(tài)電阻就只能在電機切離電源并停車后測量。但是無論動作多么迅速。也總需要一段時間才能測取電阻的數(shù)值，而在這一段時間內(nèi)，可能電機繞組的溫度已經(jīng)開始下降了，因此新測出的電阻值不是運行中的電阻值，不可能正確反應(yīng)運行時的溫度，而是冷卻了一段時間后的繞組溫度。可見，繞組熱態(tài)電阻的測量足電機溫升試驗的重要步驟，溫升計算的準(zhǔn)確與否，關(guān)鍵要看所測量的方法是否正確，測量的數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)確。
3繞組電阻的測量
電機切離電源后，繞組溫度會立即降低，既使在斷電后15～20s內(nèi)測得的熱態(tài)電阻，計算溫升也比實際溫升低5℃左右，故電機停轉(zhuǎn)后測得的熱態(tài)電阻，可用外推法進行修正。在不具備用帶電測量定子繞組熱態(tài)電阻裝置時，準(zhǔn)確估算熱態(tài)電阻，不僅可提高溫升的測試準(zhǔn)確度，而且可方便地測取電機的發(fā)熱血線。下面介紹兩種推算熱態(tài)電阻R。的方法。
3．1繪制曲線法
電機斷電后，迅速測量繞組熱態(tài)電阻，是提高測試準(zhǔn)確度的關(guān)鍵。按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，自電機斷電至測取繞組熱態(tài)電阻第1點的讀數(shù)時間間隔，小功率電機應(yīng)盡可能不大于20s，測量時應(yīng)快速取得第1次讀數(shù)，以后相隔一定時間測量一次，至少測6次。相隔時間長短視繞組冷卻速度而定，以電阻值的變化能從儀表上明顯反映出為準(zhǔn)(一般為15～25s)．
以每次測得電阻值的對數(shù)值lgR1、lgR2……lgRa為縱座標(biāo)，切離斷電瞬間的時間間隔為橫座標(biāo)，繪出冷卻曲線lgR=f(t)，最短時間間隔的一點切線延長哇瞽線直到與縱軸相交，即得溫升試驗結(jié)束時電機切離電源瞬間的繞組熱態(tài)電阻的對數(shù)值IgR：，如圖1所示。電機斷電瞬間的繞組電阻，也可用R=f(t)曲線進行修正(見圖1)。當(dāng)讀數(shù)點較多時，準(zhǔn)確度可與對數(shù)曲線法接近。
3．2公式計算法
斷電后，由于做不到立即測量電阻，而造成溫度下降，這時從斷電到真正測得溫度這段時間內(nèi)，繞組溫度按指數(shù)下降。為補償下降的溫度，應(yīng)計算出修正值。例如經(jīng)過t。、如后測得的電阻值分別為砭和砭，則有下列關(guān)系：
4溫升計算分析
原國標(biāo)GB755—81《電機基本技術(shù)要求》規(guī)定，不分功率大小，一律按“電機各部分的溫度在切離線路后測得，測得溫度應(yīng)加以修正。電機在溫升試驗終結(jié)而切離電路瞬間的溫度，可用冷卻曲線延長而外推至切離線路瞬間的方法求得”(冷卻曲線及外推法見圖1)。
現(xiàn)國際GB755—87則改為根據(jù)電機功率大小進行外推。電機斷電后，如能在下述時間內(nèi)測得第1點讀數(shù)，則以讀數(shù)計算電機的溫升，而不需外推到斷電瞬間。
小功率電機，斷電后間隔時間為15s，P≤50kW，斷電后間隔時間為30s。如果電機額定功率在該規(guī)定間隙時間內(nèi)不能測得第1點讀數(shù)，則應(yīng)盡快測取。用冷卻曲線并用外推法進行修正。將測得的讀數(shù)作為時間的函數(shù)繪成曲線，并根據(jù)電機的額定功率，將此鹽線外推至上述相應(yīng)的間隔時間，所獲得的溫度作為電機斷電瞬間的溫度。
我廠新產(chǎn)品三相3kw電機在創(chuàng)省優(yōu)時，曾運用不同的方法進行驗算。該電機經(jīng)試驗測得一組數(shù)據(jù)，并用三種方法進行計算，對比試驗數(shù)據(jù)如表1所示。
4．2作曲線法
作曲線求出R2及θ(見圖2)。
4．4各種方法的誤差分析
用直線法、曲線法、計算法所得誤差如表2所示。
從表2中可看出，用直接法計算求出的溫升準(zhǔn)確度不高，誤差較大，比修正后的實際溫度低5℃左右，也就是說，電機停車后測得的熱態(tài)電阻時間再短也還是有誤差的。當(dāng)熱態(tài)電阻R2誤差1％時，電機溫升汁算溫度誤差5℃左右。電機停車后測得的熱態(tài)電阻在一定情況下，有必要用外推法進行修正，以提高電機繞組溫升計算的準(zhǔn)確度，減少溫科試驗誤差。
5 結(jié)語
由于修正方法不同，所得的溫升值將是有差別的。通過對本廠不同型號、不同規(guī)格的電機作了試驗對比，用曲線法求溫升，需要作圖畫睦線，但必須使熱態(tài)電阻的測量馓到點點可靠。
用計算法求溫升簡單、方便、直觀，且準(zhǔn)確度易保證。
按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，熱態(tài)電阻R。第一點讀數(shù)超過規(guī)定的時間間隔時，用曲線法進行修正。根據(jù)實際情況，兩種方法用其中1種均可，以達到準(zhǔn)確測量計算溫升的目的。表1、表2的數(shù)據(jù)說明：
a. 2種方法的平均差道與斷電后延遲的時間間隔關(guān)系****，第1點讀數(shù)的時間間隔越大，平均差值越大。
b． 電機的功率越大，平均差值也越大。原因是功率越大的電機，繞組電阻越小，測準(zhǔn)越困難，需時間間隔也越長。
c． 用直接法測量的溫升值按功率等級分別增加50c左右，即為外推法的溫升近似值。
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