冷凝風機電機溫升測試

　　冷凝風機電機溫升測試

　　摘要 本文以約克廣州空調(diào)冷凍設(shè)備有限公司開發(fā)的2HP風機電機為研究對象，在不同電壓、冷卻介質(zhì)(空氣)溫度以及電機在實際應用中可能會出現(xiàn)的條件進行測試，通過測試結(jié)果分析得出了溫升隨著電機的冷卻介質(zhì)、供電電壓升高而上升，同樣，電機溫升也會隨著換熱器風阻的變大而增加。

　　在測試電機溫升時，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 風機電機;電機溫升;電阻法

　　0 引言

　　隨著人們生活水平的提高，節(jié)能減排是社會發(fā)展的要求。

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

　　電機作為空調(diào)設(shè)備中關(guān)鍵部件之一，它的壽命長短對空調(diào)設(shè)備的影響至關(guān)重要，因此在空調(diào)設(shè)計選型中對電機的可靠性要求也越來越高，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際發(fā)熱溫度,它對電機的絕緣材料影響很大,溫度過高會使絕緣老化縮短電動機壽命,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期使用時，絕緣材料的物理、機械、化學和電氣性能不發(fā)生顯著惡性變化，如果超過此溫度，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(wěn)定性等特性，通常會測試它的溫升。

　　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(shè)計及運行中的一項重要指標，它標志著電機的發(fā)熱程度。

　　電機的最高允許溫度確定了，此時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(qū)及季節(jié)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(tǒng)一的檢查標準，國家標準規(guī)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(guī)定，對額定輸出為200kW(或kVA)及以下交流電機，除非另有規(guī)定，制造廠應選用電阻法的直接測量法[2]。

　　在一定的溫度范圍(-50℃~150℃)內(nèi)，電機繞組的電阻值將隨著溫度的上升而相應的增加，而且其阻值與溫度之間存在著一定的函數(shù)關(guān)系。

　　根據(jù)這一原理，可以通過測定電機繞組的電阻來確定其溫度，故稱電阻測量法。

　　以約克廣州空調(diào)冷凍設(shè)備有限公司某項目開發(fā)的2個風機電機為研究對象，其規(guī)格為380V/3￠/50Hz、絕緣等級為F級、額定功率為2HP三相交流異步電動機(以下簡稱電機)。

　　此電機用于某型號空調(diào)設(shè)備換熱器中，其原理是通過電機帶動風葉旋轉(zhuǎn)，從而把熱量排放到大氣中而實現(xiàn)熱交換。

　　結(jié)合約克廣州空調(diào)冷凍設(shè)備有限公司的應用，電機裝配風葉且放在機組中以實際負載進行測試。

　　據(jù)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(nèi)取四個溫度點，被測電機(機組)100%負荷運行，工況穩(wěn)定運行時間不小于2小時且測試數(shù)值已穩(wěn)定，被測風機風葉必須在20s內(nèi)停止，立即記錄數(shù)據(jù);2)被測電機(機組)在環(huán)境溫度為“最大制冷負荷[3]”時環(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(wěn)定運行時間不小于2小時且測試數(shù)值已穩(wěn)定，被測風機風葉必須在20秒內(nèi)停止，立即記錄數(shù)據(jù);3)被測電機(機組)在環(huán)境溫度為“最大制冷負荷[3]”時環(huán)境溫度(43℃)+不同換熱器迎風面風阻(堵?lián)Q熱器迎風面積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%迎風面積，每個工況穩(wěn)定運行時間不小于2小時且測試數(shù)值已穩(wěn)定，被測風機風葉必須在20s內(nèi)停止，立即記錄數(shù)據(jù);4)被測電機(機組)在環(huán)境溫度為“空調(diào)設(shè)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(wěn)定運行時間不小于2小時且測試數(shù)值已穩(wěn)定，被測風機風葉必須在20s內(nèi)停止，立即記錄數(shù)據(jù)。

　　2 試驗及分析

　　按測試策劃要求，電機被安排在實驗室作為期7天的連續(xù)測試，在各工況測試過程中采集記錄了近百組數(shù)據(jù)。

　　按規(guī)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))初始電阻時的溫度，單位為攝氏度(℃);

　　θ2為熱試驗結(jié)束時繞組的溫度，單位為攝氏度(℃);

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

　　R1為溫度為θ1時的繞組電阻，單位為歐姆(Ω);

　　R2為熱試驗結(jié)束時的繞組電阻，單位為歐姆(Ω);

　　K為導體材料在0℃時電阻溫度系數(shù)的倒數(shù)。

　　銅 K=235，鋁K=225，除非另有規(guī)定。

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

　　A 溫升隨進風溫度的變化 B 溫升隨供電電壓的變化

　　C 溫升隨換熱器迎風面風阻的變化

　　圖1 實測溫升隨環(huán)境溫度、電壓、風阻的變化趨勢

　　從圖1 分析可得：

　　1)電機A的實測溫升比電機B低25%~40%，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，電機A的設(shè)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，但功率會影響空調(diào)設(shè)備的能效，故在滿足溫升的要求同時，消耗功率應越小越好;2)實測溫升隨著電機的冷卻介質(zhì)溫度升高而上升，隨著供電電壓的增加而平緩上升，同樣，電機溫升也會隨著換熱器風阻的變大而增加，特別是風阻從40%到60%這個階段，電機的溫升急驟變化，上升幅度接近20K。

　　值得注意的是，當換熱器風阻在80%~100%時，電機溫升會繼續(xù)上升，但在實際應用中，這種情況幾乎是不會出現(xiàn)的，因為換熱器風阻的增加到80%~100%時，空調(diào)設(shè)備會出現(xiàn)在高(低)壓保護停機，所以此區(qū)間的測試數(shù)據(jù)只作參考。

　　通過以上的測試結(jié)果分析可得，電機A和電機B在整個測試過程中無異常停機現(xiàn)象，且溫升也可以滿足絕緣等級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(jù)本次測試分析結(jié)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，并不能全面反映電機的溫升，因為它只代表了電機一個溫升狀態(tài)點。

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

　　3 結(jié)論

　　1)電機溫升隨著電機的冷卻介質(zhì)溫度升高而上升，在測試電機溫升時須在電機的最高運行環(huán)境溫度下進行，這樣不僅可以測試溫升，同時也可以驗證電機在最惡劣的環(huán)境下是否出現(xiàn)內(nèi)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)供電電壓允許波動范圍為±10%，所以在測試電機溫升時必須包括電機額定電壓±10%的兩個溫升值;3)電機溫升隨著換熱器風阻的變大而上升，因為機組實際運行一段時間后，機組的換熱器會臟，或者機組在冬季運行時，換熱器會結(jié)霜(冰)，從而會增加換熱器的風阻，所以在測試電機溫升時必須包含堵60%~80%換熱器迎風面積的溫升。

　　參考文獻

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

　　[2]旋轉(zhuǎn)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)用及類似用途的冷水(熱泵)機組 GB/T 18430.1-2007[M].

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