冷凝風(fēng)機電機溫升測試

　　冷凝風(fēng)機電機溫升測試

　　摘要 本文以約克廣州空調冷凍設備有限公司開(kāi)發(fā)的2HP風(fēng)機電機為研究對象，在不同電壓、冷卻介質(zhì)(空氣)溫度以及電機在實(shí)際應用中可能會(huì )出現的條件進(jìn)行測試，通過(guò)測試結果分析得出了溫升隨著(zhù)電機的冷卻介質(zhì)、供電電壓升高而上升，同樣，電機溫升也會(huì )隨著(zhù)換熱器風(fēng)阻的變大而增加。

　　在測試電機溫升時(shí)，必須全面考慮到電機的各種不同應用、增加不同工況測試以便更全面了解溫升。

　　關(guān)鍵詞 風(fēng)機電機;電機溫升;電阻法

　　0 引言

　　隨著(zhù)人們生活水平的提高，節能減排是社會(huì )發(fā)展的要求。

　　特別是在空調應用領(lǐng)域，對零部件的效率、壽命也比以前提升了一個(gè)檔次。

　　電機作為空調設備中關(guān)鍵部件之一，它的壽命長(cháng)短對空調設備的影響至關(guān)重要，因此在空調設計選型中對電機的可靠性要求也越來(lái)越高，而溫升是考核電機可靠性的最重要的因素之一。

　　電機溫度是指電機各部分實(shí)際發(fā)熱溫度,它對電機的絕緣材料影響很大,溫度過(guò)高會(huì )使絕緣老化縮短電動(dòng)機壽命,甚至導致絕緣破壞。

　　為使絕緣不致老化和破壞,對電機繞組等各部分溫度作了限制,這個(gè)溫度限制就是電機的最高允許溫度。

　　電機的絕緣等級是指其所用絕緣材料的耐熱等級，分A、E、B、F、H級[1]。

　　從表1可知，電機中不同耐熱等級的絕緣材料有不同的最高允許工作溫度。

　　而最高允許工作溫度是指低于此溫度長(cháng)期使用時(shí)，絕緣材料的物理、機械、化學(xué)和電氣性能不發(fā)生顯著(zhù)惡性變化，如果超過(guò)此溫度，則絕緣材料的性能發(fā)生質(zhì)變，或引起快速老化。

　　1 電機溫升測試方法介紹

　　為驗證電機的使用壽命、穩定性等特性，通常會(huì )測試它的溫升。

　　溫升是電機溫度與環(huán)境溫度的溫度差(溫升=電機溫度-環(huán)境溫度，單位：K)，是由電機發(fā)熱引起的。

　　溫升是電機設計及運行中的一項重要指標，它標志著(zhù)電機的發(fā)熱程度。

　　電機的最高允許溫度確定了，此時(shí)溫升的限值就取決于冷卻介質(zhì)的溫度。

　　一般電機冷卻介質(zhì)是空氣，它的溫度隨地區及季節而不同，為了制造出能在全國各地全年都能適用的電機，并明確統一的檢查標準，國家標準規定：冷卻空氣的溫度定為40oC。

　　在此環(huán)境溫度下，電機繞組的溫升限值：如F級絕緣為115K。

　　按國家標準規定，對額定輸出為200kW(或kVA)及以下交流電機，除非另有規定，制造廠(chǎng)應選用電阻法的直接測量法[2]。

　　在一定的溫度范圍(-50℃~150℃)內，電機繞組的電阻值將隨著(zhù)溫度的上升而相應的增加，而且其阻值與溫度之間存在著(zhù)一定的函數關(guān)系。

　　根據這一原理，可以通過(guò)測定電機繞組的電阻來(lái)確定其溫度，故稱(chēng)電阻測量法。

　　以約克廣州空調冷凍設備有限公司某項目開(kāi)發(fā)的2個(gè)風(fēng)機電機為研究對象，其規格為380V/3￠/50Hz、絕緣等級為F級、額定功率為2HP三相交流異步電動(dòng)機(以下簡(jiǎn)稱(chēng)電機)。

　　此電機用于某型號空調設備換熱器中，其原理是通過(guò)電機帶動(dòng)風(fēng)葉旋轉，從而把熱量排放到大氣中而實(shí)現熱交換。

　　結合約克廣州空調冷凍設備有限公司的應用，電機裝配風(fēng)葉且放在機組中以實(shí)際負載進(jìn)行測試。

　　據此，我們策劃了以下測試工況：

　　1)被測電機(機組)在不同環(huán)境溫度(從21℃~52℃)下運行。

　　測試要求：在此溫度范圍內取四個(gè)溫度點(diǎn)，被測電機(機組)100%負荷運行，工況穩定運行時(shí)間不小于2小時(shí)且測試數值已穩定，被測風(fēng)機風(fēng)葉必須在20s內停止，立即記錄數據;2)被測電機(機組)在環(huán)境溫度為“最大制冷負荷[3]”時(shí)環(huán)境溫度(43℃)+不同電機供電電壓(額定電壓±10%)下運行。

　　測試要求：測試電壓分別為340V和418V，被測電機(機組)100%負荷運行，工況穩定運行時(shí)間不小于2小時(shí)且測試數值已穩定，被測風(fēng)機風(fēng)葉必須在20秒內停止，立即記錄數據;3)被測電機(機組)在環(huán)境溫度為“最大制冷負荷[3]”時(shí)環(huán)境溫度(43℃)+不同換熱器迎風(fēng)面風(fēng)阻(堵?lián)Q熱器迎風(fēng)面積20%~100%)下運行。

　　測試要求：被測電機(機組)100%負荷運行，用紙片堵?lián)Q熱器 20%、40%、60%、80%、100%迎風(fēng)面積，每個(gè)工況穩定運行時(shí)間不小于2小時(shí)且測試數值已穩定，被測風(fēng)機風(fēng)葉必須在20s內停止，立即記錄數據;4)被測電機(機組)在環(huán)境溫度為“空調設備的最高運行溫度(52℃)”+額定電壓下運行。

　　測試要求：被測電機(機組)100%負荷運行，工況穩定運行時(shí)間不小于2小時(shí)且測試數值已穩定，被測風(fēng)機風(fēng)葉必須在20s內停止，立即記錄數據。

　　2 試驗及分析

　　按測試策劃要求，電機被安排在實(shí)驗室作為期7天的連續測試，在各工況測試過(guò)程中采集記錄了近百組數據。

　　按規定，溫升(θ2-θa)可按下式得[2]：

　　θ2-θa=×(k+θ1)+θ1-θa (1)

　　式中：θ1為測量繞組(冷態(tài))初始電阻時(shí)的溫度，單位為攝氏度(℃);

　　θ2為熱試驗結束時(shí)繞組的溫度，單位為攝氏度(℃);

　　θa 為熱試驗結束時(shí)冷卻介質(zhì)溫度，單位為攝氏度(℃);

　　R1為溫度為θ1時(shí)的繞組電阻，單位為歐姆(Ω);

　　R2為熱試驗結束時(shí)的繞組電阻，單位為歐姆(Ω);

　　K為導體材料在0℃時(shí)電阻溫度系數的倒數。

　　銅 K=235，鋁K=225，除非另有規定。

　　將測試數據代入式(1)，計算整理可得溫升隨環(huán)境溫度、電壓、風(fēng)阻的變化趨勢如圖1所示：

　　A 溫升隨進(jìn)風(fēng)溫度的變化 B 溫升隨供電電壓的變化

　　C 溫升隨換熱器迎風(fēng)面風(fēng)阻的變化

　　圖1 實(shí)測溫升隨環(huán)境溫度、電壓、風(fēng)阻的變化趨勢

　　從圖1 分析可得：

　　1)電機A的實(shí)測溫升比電機B低25%~40%，經(jīng)研究發(fā)現，電機A的設計功率大于電機B，所以電機A的溫升比電機B好。

　　雖然電機A溫升低于電機B，但功率會(huì )影響空調設備的能效，故在滿(mǎn)足溫升的要求同時(shí)，消耗功率應越小越好;2)實(shí)測溫升隨著(zhù)電機的冷卻介質(zhì)溫度升高而上升，隨著(zhù)供電電壓的增加而平緩上升，同樣，電機溫升也會(huì )隨著(zhù)換熱器風(fēng)阻的變大而增加，特別是風(fēng)阻從40%到60%這個(gè)階段，電機的溫升急驟變化，上升幅度接近20K。

　　值得注意的是，當換熱器風(fēng)阻在80%~100%時(shí)，電機溫升會(huì )繼續上升，但在實(shí)際應用中，這種情況幾乎是不會(huì )出現的，因為換熱器風(fēng)阻的增加到80%~100%時(shí)，空調設備會(huì )出現在高(低)壓保護停機，所以此區間的測試數據只作參考。

　　通過(guò)以上的測試結果分析可得，電機A和電機B在整個(gè)測試過(guò)程中無(wú)異常停機現象，且溫升也可以滿(mǎn)足絕緣等級F級要求。

　　但從效率和經(jīng)濟性考慮，電機B優(yōu)于電機A。

　　根據本次測試分析結果筆者認為，如果只在常溫及電機額定電壓下測試溫升的話(huà)，并不能全面反映電機的溫升，因為它只代表了電機一個(gè)溫升狀態(tài)點(diǎn)。

　　我們在做電機測試策劃時(shí)應考慮到機組各種應用工況，特別是應用在一些特殊場(chǎng)所。

　　3 結論

　　1)電機溫升隨著(zhù)電機的冷卻介質(zhì)溫度升高而上升，在測試電機溫升時(shí)須在電機的最高運行環(huán)境溫度下進(jìn)行，這樣不僅可以測試溫升，同時(shí)也可以驗證電機在最?lèi)毫拥沫h(huán)境下是否出現內置保護器跳脫;2)電機溫升隨供電電壓的增加而平緩上升，因中國的電網(wǎng)供電電壓允許波動(dòng)范圍為±10%，所以在測試電機溫升時(shí)必須包括電機額定電壓±10%的兩個(gè)溫升值;3)電機溫升隨著(zhù)換熱器風(fēng)阻的變大而上升，因為機組實(shí)際運行一段時(shí)間后，機組的換熱器會(huì )臟，或者機組在冬季運行時(shí)，換熱器會(huì )結霜(冰)，從而會(huì )增加換熱器的風(fēng)阻，所以在測試電機溫升時(shí)必須包含堵60%~80%換熱器迎風(fēng)面積的溫升。

　　參考文獻

　　[1]電氣絕緣結構(EIS)GB/T 20113-2006/IEC 62114：2001 [M].

　　[2]旋轉電機 定額和性能 GB 755-2008/IEC 60034-1：2004 [M].

　　[3]蒸氣壓縮循環(huán)冷水(熱泵)機組第1部分：工業(yè)或商業(yè)用及類(lèi)似用途的冷水(熱泵)機組 GB/T 18430.1-2007[M].

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