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冷凝風(fēng)機(jī)電機(jī)溫升測試
冷凝風(fēng)機(jī)電機(jī)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(fēng)機(jī)電機(jī)為研究對象，在不同電壓、冷卻介質(zhì)(空氣)溫度以及電機(jī)在實(shí)際應(yīng)用中可能會出現(xiàn)的條件進(jìn)行測試，通過測試結(jié)果分析得出了溫升隨著電機(jī)的冷卻介質(zhì)、供電電壓升高而上升，同樣，電機(jī)溫升也會隨著換熱器風(fēng)阻的變大而增加。
在測試電機(jī)溫升時(shí)，必須全面考慮到電機(jī)的各種不同應(yīng)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(jī)電機(jī);電機(jī)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(yīng)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(jī)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(jì)選型中對電機(jī)的可靠性要求也越來越高，而溫升是考核電機(jī)可靠性的最重要的因素之一。
電機(jī)溫度是指電機(jī)各部分實(shí)際發(fā)熱溫度,它對電機(jī)的絕緣材料影響很大,溫度過高會使絕緣老化縮短電動機(jī)壽命,甚至導(dǎo)致絕緣破壞。
為使絕緣不致老化和破壞,對電機(jī)繞組等各部分溫度作了限制,這個(gè)溫度限制就是電機(jī)的最高允許溫度。
電機(jī)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(jī)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(shí)，絕緣材料的物理、機(jī)械、化學(xué)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(jī)溫升測試方法介紹
為驗(yàn)證電機(jī)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(jī)溫度與環(huán)境溫度的溫度差(溫升=電機(jī)溫度-環(huán)境溫度，單位：K)，是由電機(jī)發(fā)熱引起的。
溫升是電機(jī)設(shè)計(jì)及運(yùn)行中的一項(xiàng)重要指標(biāo)，它標(biāo)志著電機(jī)的發(fā)熱程度。
電機(jī)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(jī)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(jī)，并明確統(tǒng)一的檢查標(biāo)準(zhǔn)，國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：冷卻空氣的溫度定為40oC。
在此環(huán)境溫度下，電機(jī)繞組的溫升限值：如F級絕緣為115K。
按國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，對額定輸出為200kW(或kVA)及以下交流電機(jī)，除非另有規(guī)定，制造廠應(yīng)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(jī)繞組的電阻值將隨著溫度的上升而相應(yīng)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(jī)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(xiàng)目開發(fā)的2個(gè)風(fēng)機(jī)電機(jī)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(jī)(以下簡稱電機(jī))。
此電機(jī)用于某型號空調(diào)設(shè)備換熱器中，其原理是通過電機(jī)帶動風(fēng)葉旋轉(zhuǎn)，從而把熱量排放到大氣中而實(shí)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(yīng)用，電機(jī)裝配風(fēng)葉且放在機(jī)組中以實(shí)際負(fù)載進(jìn)行測試。
據(jù)此，我們策劃了以下測試工況：
1)被測電機(jī)(機(jī)組)在不同環(huán)境溫度(從21℃~52℃)下運(yùn)行。
測試要求：在此溫度范圍內(nèi)取四個(gè)溫度點(diǎn)，被測電機(jī)(機(jī)組)100%負(fù)荷運(yùn)行，工況穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)間不小于2小時(shí)且測試數(shù)值已穩(wěn)定，被測風(fēng)機(jī)風(fēng)葉必須在20s內(nèi)停止，立即記錄數(shù)據(jù);2)被測電機(jī)(機(jī)組)在環(huán)境溫度為“最大制冷負(fù)荷[3]”時(shí)環(huán)境溫度(43℃)+不同電機(jī)供電電壓(額定電壓±10%)下運(yùn)行。
測試要求：測試電壓分別為340V和418V，被測電機(jī)(機(jī)組)100%負(fù)荷運(yùn)行，工況穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)間不小于2小時(shí)且測試數(shù)值已穩(wěn)定，被測風(fēng)機(jī)風(fēng)葉必須在20秒內(nèi)停止，立即記錄數(shù)據(jù);3)被測電機(jī)(機(jī)組)在環(huán)境溫度為“最大制冷負(fù)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(yùn)行。
測試要求：被測電機(jī)(機(jī)組)100%負(fù)荷運(yùn)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(wěn)定運(yùn)行時(shí)間不小于2小時(shí)且測試數(shù)值已穩(wěn)定，被測風(fēng)機(jī)風(fēng)葉必須在20s內(nèi)停止，立即記錄數(shù)據(jù);4)被測電機(jī)(機(jī)組)在環(huán)境溫度為“空調(diào)設(shè)備的最高運(yùn)行溫度(52℃)”+額定電壓下運(yùn)行。
測試要求：被測電機(jī)(機(jī)組)100%負(fù)荷運(yùn)行，工況穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)間不小于2小時(shí)且測試數(shù)值已穩(wěn)定，被測風(fēng)機(jī)風(fēng)葉必須在20s內(nèi)停止，立即記錄數(shù)據(jù)。
2 試驗(yàn)及分析
按測試策劃要求，電機(jī)被安排在實(shí)驗(yàn)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(shí)的溫度，單位為攝氏度(℃);
θ2為熱試驗(yàn)結(jié)束時(shí)繞組的溫度，單位為攝氏度(℃);
θa 為熱試驗(yàn)結(jié)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(yàn)結(jié)束時(shí)的繞組電阻，單位為歐姆(Ω);
K為導(dǎo)體材料在0℃時(shí)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(jì)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(jī)A的實(shí)測溫升比電機(jī)B低25%~40%，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，電機(jī)A的設(shè)計(jì)功率大于電機(jī)B，所以電機(jī)A的溫升比電機(jī)B好。
雖然電機(jī)A溫升低于電機(jī)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(shí)，消耗功率應(yīng)越小越好;2)實(shí)測溫升隨著電機(jī)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(jī)溫升也會隨著換熱器風(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(jī)的溫升急驟變化，上升幅度接近20K。
值得注意的是，當(dāng)換熱器風(fēng)阻在80%~100%時(shí)，電機(jī)溫升會繼續(xù)上升，但在實(shí)際應(yīng)用中，這種情況幾乎是不會出現(xiàn)的，因?yàn)閾Q熱器風(fēng)阻的增加到80%~100%時(shí)，空調(diào)設(shè)備會出現(xiàn)在高(低)壓保護(hù)停機(jī)，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(jī)A和電機(jī)B在整個(gè)測試過程中無異常停機(jī)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(jì)性考慮，電機(jī)B優(yōu)于電機(jī)A。
根據(jù)本次測試分析結(jié)果筆者認(rèn)為，如果只在常溫及電機(jī)額定電壓下測試溫升的話，并不能全面反映電機(jī)的溫升，因?yàn)樗淮砹穗姍C(jī)一個(gè)溫升狀態(tài)點(diǎn)。
我們在做電機(jī)測試策劃時(shí)應(yīng)考慮到機(jī)組各種應(yīng)用工況，特別是應(yīng)用在一些特殊場所。
3 結(jié)論
1)電機(jī)溫升隨著電機(jī)的冷卻介質(zhì)溫度升高而上升，在測試電機(jī)溫升時(shí)須在電機(jī)的最高運(yùn)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(yàn)證電機(jī)在最惡劣的環(huán)境下是否出現(xiàn)內(nèi)置保護(hù)器跳脫;2)電機(jī)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(jī)溫升時(shí)必須包括電機(jī)額定電壓±10%的兩個(gè)溫升值;3)電機(jī)溫升隨著換熱器風(fēng)阻的變大而上升，因?yàn)闄C(jī)組實(shí)際運(yùn)行一段時(shí)間后，機(jī)組的換熱器會臟，或者機(jī)組在冬季運(yùn)行時(shí)，換熱器會結(jié)霜(冰)，從而會增加換熱器的風(fēng)阻，所以在測試電機(jī)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(xiàn)
[1]電氣絕緣結(jié)構(gòu)(EIS)GB/T 20113-2006/IEC 62114：2001 [M].
[2]旋轉(zhuǎn)電機(jī) 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(jī)組第1部分：工業(yè)或商業(yè)用及類似用途的冷水(熱泵)機(jī)組 GB/T 18430.1-2007[M].
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