电机发热温度标准37989.docx

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电机发热温度标准37989

电机发热温度标准

通常我们衡量电机发热程度是采用“温升”而不是用“温度”，当“温升”突然增大或超过最高工作温度时，说明电机已发生故障。

下面就一些基本概念进行讨论。

　　1绝缘材料的绝缘等级

　　绝缘材料按耐热能力分为Y、A、E、B、F、H、C  7个等级，其极限工作温度分别为90、105、120、130、155、180℃、及180℃以上。

　　所谓绝缘材料的极限工作温度，系指电机在设计预期寿命内，运行时绕组绝缘中最热点的温度。

根据经验，A级材料在105℃、B级材料在130℃的情况下寿命可达10年，但在实际情况下环境温度和温升均不会长期达设计值，因此一般寿命在15～20年。

如果运行温度长期超过材料的极限工作温度，则绝缘的老化加剧，寿命大大缩短。

所以电机在运行中，温度是寿命的主要因素之一。

　　2温升

　　温升是电机与环境的温度差，是由电机发热引起的。

运行中的电机铁芯处在交变磁场中会产生铁损，绕组通电后会产生铜损，还有其它杂散损耗等。

这些都会使电机温度升高。

另一方面电机也会散热。

当发热与散热相等时即达到平衡状态，温度不再上升而稳定在一个水平上。

当发热增加或散热减少时就会破坏平衡，　使温度继续上升，扩大温差，则增加散热，在另一个较高的温度下达到新的平衡。

但这时的温差即温升已比以前增大了，所以说温升是电机设计及运行中的一项重要指标，标志着电机的发热程度，在运行中，如电机温升突然增大，说明电机有故障，或风道阻塞或负荷太重。

　　3温升与气温等因素的关系

　　对于正常运行的电机，理论上在额定负荷下其温升应与环境温度的高低无关，但实际上还是受环境温度等因素影响的。

（1）当气温下降时，正常电机的温升会稍许减少。

　这是因为绕组电阻r下降，铜耗减少。

温度每降1℃，r约降0.4%。

（2）对自冷电机，环境温度每增10℃，则温升增加1.5～3℃。

这是因为绕组铜损随气温上升而增加。

所以气温变化对大型电机和封闭电机影响较大。

　　（3）空气湿度每高10%，因导热改善，温升可降0.07～0.38℃，平均为0.19℃。

　　（4）海拔以1000m为标准，每升100m,温升增加温升极限值的1%。

　　4极限工作温度与最高允许工作温度

　　通常说a级的极限工作温度为105℃，a级的最高允许工作温度是90℃。

那么，极限工作温度与最高允许工作温度有何不同？

其实，这与测量方法有关，不同的测量方法，其反映出的数值不同，含义也不一样。

（1）温度计法其测量结果反映的是绕组绝缘的局部表面温度。

这个数字平均比绕组绝缘的实际最高温度即“最热点”低15℃左右。

该法最简单，在中、小电机现场应用最广。

（2）电阻法其测量结果反映的是整个绕组铜线温度的平均值。

该数比实际最高温度按不同的绝缘等级降低5～15℃。

该法是测出导体的冷态及热态电阻，按有关公式算出平均温升。

　　（3）埋置温度计试验时将铜或铂电阻温度计或热电偶埋置在绕组、铁心或其它需要测量预期温度最高的部件里。

其测量结果反映出测温元件接触处的温度。

大型电机常采用此法来监视电机的运行温度。

　　各种测量方法所测量到的温度与实际最高温度都有一定差值，因此需将绝缘材料的“极限工作温度”减去此差值才是“最高允许工作温度”。

　　5电机各部位的温度限度

（1）与绕组接触的铁心温升（温度计法）应不超过所接触的绕组绝缘的温升限度（电阻法），即A级为60℃，E级为75℃，B级为80℃，F级为100℃，H级为125℃。

（2）滚动轴承温度应不超过95℃，滑动轴承的温度应不超过80℃。

因温度太高会使油质发生变化和破坏油膜。

　　（3）机壳温度实践中往往以烫不烫手为判断，但这与每人的触觉有关，误差较大，需积累一定经验。

第一节电机中常用的绝缘材料及其容许温度

电机中常用的绝缘材料，按其耐热能力分为A、E、B、F、H和C六个等级。

1．A级绝缘

A级绝缘包括经过浸渍处理的棉纱、丝、纸等有机纤维材料以及普通漆包线上的磁

漆等。

目前仅在变压器中使用。

A级绝缘的最高容许工作温度为105℃。

2．E级绝缘

E级绝缘包括用聚酯树脂、环氧树脂、三醋酸纤维等制成的薄膜，聚乙烯醇缩醛高

强度漆包线上的磁漆等。

用在中、小型交、直流电机中。

E级绝缘的最高容许工作温度

为120℃。

3．B级绝缘

B级绝缘包括云母、石棉、玻璃丝等无机物用有机漆或树脂（作了耐热性处理）作为粘合剂制成的材料及其组合物，聚酯高强度漆包线上的磁漆等。

一般大、中型同步机及

中、小型交、直流电机中采用。

B级绝缘材料的最高容许工作温度为130℃。

4．F级绝缘

F级绝缘包括云母、石棉、玻璃丝等无机物用硅有机化合物改性的合成树脂漆，或耐热性能符合这一等级要求的醇酸、环氧树脂作为粘合物而制成的材料或其组合物。

级绝缘的最高容许工作温度为155℃。

5．H级绝缘

H级绝缘包括硅有机物以及云母、石棉、玻璃丝等无机物用硅有机漆作为粘合物而制成的材料。

主要应用在要求尽量缩小尺寸、减轻重量的场合，如航空电机、吊车电机牵引电机等。

H级绝缘最高容许工作温度为180℃。

6.C级绝缘

C级绝缘包括无枯合剂的云母、石英、玻璃丝等，用热稳定性特别好的肿有机树脂、聚酰亚胺浸渍漆等处理过的石棉、玻璃纤维织物或其他制成物，以及聚酰亚胺基漆包线的磁漆、聚酰亚胺薄膜等。

C级绝缘是要求更高的绝缘材料，目前正在推广使用。

它的最高容许工作温度在180℃以上。

关于绝缘材料的使用两须注意加下两点：

（1）电机的绝缘等级由它所采用的主要绝缘材料中耐热等级最低的材料决定。

在有

些特殊情况下，为了提高运行的可靠性，还要降低绝缘等级使用。

（2）温度对绝缘材料寿命影响极大。

实验表明，A级绝缘材料的寿命t（a）与使用温度θ（℃）有如下关系：

t=ce^-a

式中c和a为试验决定的常数。

例如当a≈0.088时，每当温度增高8℃，绝缘寿命就缩短一半。

如果电机是属于短期工作的，材料的容许最高工作温度应根据寿命缩短的情况相应地提高。

第二节电机的发热和测定温度的方法

一台电机中的温度分布和热量流通情况十分复杂。

各种损耗形成不同的热风损耗转化为热量后，将流过不同的材料，由电机外表面散发至外面。

主要的热源来自电机内部，即来自电流流过导体时产生的铜损耗，以及在铁芯内当磁通变化时所产生的铁损耗。

轴承摩擦所产生的热，仅为局部的热源，对绕组和铁芯的温升影响不大。

当电机开始运转后，由于热量不断产生，各部分温度将继续增加，直到热量的产生和散发达到乎衡为止。

在电机内部，各点的温度是不均匀的。

在发热量大而散热不易之处，例如在电枢的槽的底部温度为最高。

绝缘材料同时也是不良的导热体，沿着绝缘层的温度梯度较高，而导电体同时也是良好的导热体，故在铜线内部的温度梯度很小。

钢片的导热系数虽远不如铜．但依旧是良好的导热体。

由于相邻登片间的绝缘层，所以沿铁芯轴向的导热系数大为减小。

叠片压紧时压力的大小，也可影响导热系数。

绝缘材料的导热系数极小，仅为铜的导热系数的1/1000以下。

棉丝经过浸渍处理后，导热系数可以增加3—4倍，故浸渍对于热量的流通有利。

电机的热量向外发散时主要依靠对流作用，其次为幅射作用。

因为电机的底座和电机所接触的空气都为不良导热体，由传导作用传热主要在电机内部进行。

辐射作用的有效表面仅为电机各部分的外表面。

对流作用又可区分为自然对流和强制对流两种。

自然对流作用是由于和散热面相接触的热空气的上升，且其所逸出的空间由周围的空气的填补；强制对流作用是由待备的通风器，例如附装在机轴上的风扇，在冷却表面上形成气流。

旋转着的电枢本身也起着带动气流的作用。

限制温升的有效方法是增强散热作用。

由于电机各部分的发热和散热过程比较复杂，影响的因素很多，所以对温升的计算通常只作近似的估算，在设计电机时，常以经验数据为依据。

测定电机各部分温度的方法，主要有下列四种。

一、温度计法

此法用温度计直接测定温度，最为简便。

但用温度计仅能接触到电机各部分的表面，所测得的仅为表面温度。

用温度计无法测出电机内部的最高温度。

二、电阻法

此法只能用以测定绕组的平均温度，原理如下。

在电机运转以前，我们先测得绕组的冷态电阻r1，．即当绕组温度等于冷却介质温度t1时的电阻。

设电机运转以后绕组的湿度升高至t2，绕组的电阻便增加至r2。

加温度用摄氏来量度，则对铜线绕组有下列关系：

1/r2=（235+t1）/（235+t2）

由上式可知，如r1、r2和t1为已知，便可求解t2。

t1-t2，便是该绕组对冷却介质的温升。

对子铝线绕组，将上式中常数235改为225。

三、埋量检温计法

较大的电机，在装配时，常在估计到可能有较高温度的各点，埋置检温计。

检温元件有热电偶及电阻温度计等。

检温计的受热端，可以埋在槽的深处，例如导体与横底之间、

上下层导体之间。

检温计的引出端引至外面，接至测量仪表，借以读出温度。

应用的检温计愈多，则所测得的温度愈有可能接近于最热点的温度。

四、叠加法（双桥带电测温法）

在不中断交变的负载电流的情况下，在负载电流上叠加一微弱直流电流，以测量绕组直流电阻随温度而发生的变化从而确定交流绕组的温升。

电机各部分的温升限度与所用绝橡材料的级别有关，与冷却介质的温度有关，也与测量温度的方法有关。

绝缘材料的寿命决定于它在远行时的绝对温度，而不决定于温升。

从冬季到夏季，从北方到南方，环境温度的变化很大。

当环境温度较低时，电机的温升限度可以提高，而当环境温度较高时，电机的温升限度必须降低。

为了明确起见，在规定电机各部分的温升限度时，必须同时规定冷却介质的标准温度。

我国电工技术标准规定冷却介质的标准温度为4Q℃。

依据此规定，电机各部分的温升，应用不同的绝缘材料以及用不同测温方法，有不同的温升限度

小结

电机的额定容量是指符合定额的输出功率。

它主要取决于电机各部分绝缘材料的极限允许温度。

电机远行时各种损耗都变为热量，使电机温度升高，并向周围冷却介质散热，最后达到热稳定，此时电机稳定温度与周围介质温度之差称为温升，这是评价电机热性能的重要指标。

温升与电机的工作制、周围环境有关。

电机各部分温度的溯量可用温度计法、电阻法；叠加法（双桥带电测温法）、埋置俭温计法。

GB755一2000

7.12试验前电机的温度

如用电阻法确定绕组温度,试验前用温度计所测得的绕组温度实际上应是当时的冷却介质温度.

按短时定额（S2工作制）试验的电机,在热试验开始时的温度与冷却介质温度差应在5K以内.

表3基准冷却介质

项号初级冷却介质冷却方法次级冷却介质表号

第四栏指示的

表规定的限值

基准冷却介质

1一空气间接I无6}

温升

环境空气

2空气间接I空气6

电机人口处

冷却介质',

3空气间接I水6

4一氢间接一水7

5空气{直接}无11

温度

环境空气

6空气一直接一一空气11

电机入口处气体

或绕组人口处液体

7一空气I直接一一水11

8一氢或液体一直接一}水I

1）对有间接冷却绕组并带有水冷冷却器的电机,其基准冷却介质可为初级或次级冷却介质（同时参见9.2铭

牌上应标明的信息）

7.13冷却介质温度

电机可在任一合适的冷却介质温度下试验,见表10（间接冷却绕组）或表13（直接冷却绕组）

7.3.4试验期间冷却介质温度的测量

应采用在试验过程中最后的四分之一时间内,按相等时间间隔侧得的几个温度计读数的平均值作

为试验中冷却介质温度.为避免由于大型电机的温度不能迅速地随冷却介质温度相应变化产生时滞而

引起的误差,应采取一切适当的措施以减少冷却介质温度的变化.

7.3.4门开启式电机或无冷却器的封闭式电机（用环境空气或气体冷却）

环境空气或气体的温度应采用几个检温计来测量,检温计应置于电机周围不同的地点,高度为电机

的二分之一,距离电机（（1^-2）m处,并应防止热辐射和气流的影响.

7.3.4.2用远处的空气或气体通过风道冷却的电机或有独立冷却器的电机

初级冷却介质的温度应在电机的人口处测量.

7.3.4.3带有外装式或内装式冷却器的封闭式电机

初级冷却介质的温度应在电机的人口处测量,次级冷却介质的温度应在冷却器的人口处测量.

7.4电机某一部分的温升

电机某一部分的温升△0就是用7.5中规定的适当方法测得的该部分温度与用7.3.4中规定的方

法测得的冷却介质温度之差

为7与温升限值（表6或表7）或温度限值（表11）作比较,温度应在热试验结束时测量,见7.70

对按连续工作制定额（Si工作制）试验的电机,如有可能,温度应在运行时和停机后两种情况下测

量

对按实际周期工作制（（S3-S8工作制）试验的电机,在最后一个运行周期中,产生最大发热量的持

续时间过了一半时的温度作为试验结束时的温度（同时参见7.7.3）,

了.5温度测量方法

测量绕组和其他部分温度的公认方法有三种:

一电阻法;

—埋置检温计（ETD）法;

—温度计法

不同的方法不应作为相互校核之用.

7.5.1电阻法

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GB755一2000

根据绕组电阻的增加而确定绕组的温度.

7.5.2埋置检温计（ETD）法

用埋人电机内部的检温计（如电阻么温计,热电偶或半导体负温度系数检温计）来测量温度.检温计

在电机制造过程中埋置于电机制成后触及.不到的部位.

7.5.3温度计法

用温度计贴附于成品电机可触及的表面上来测量洞度.术语"温度计"不但包括膨胀式温度计,而且

也包括非埋置式热电偶和电阻式温度计,只要它们适用于测量用普通膨胀式温度计能触及到的各部位

的温度.当膨胀式温度计用于测量有强交变或移动磁场的部位的温度时,应采用酒精温度计而不采用水

银温度计.

7.6绕组温度的确定

7.6.1方法的选择

通常,测量电机绕组温度应采用7.5.1所述的电阻法,（同时参见7.6.2.3-3）,

对额定输出为5000kW（或kVA）及以上交流电机的定子绕组,应采用埋置检温计法.

对额定输出为5oookW（或kVA）以下但在200kW（或kVA）以上的交流电机,除非另有规定,制

造厂应选用电阻法或埋置检温计法.

对额定输出为200kW（或kVA）及以下的交流电机,除非另有规定,制造厂应选用电阻法的直接测

量法或叠加法（同时参见下文）.

对额定输出600W（或VA）及以下的电机,当绕组为非均布或因必要的接线而过份复杂时,可用温

度计测量电机温升.温升限值应符合表6的规定.

下列情况认可用温度计法:

a）当不能用电阻法确定温升时,例如带有低电阻的换向线圈和补偿绕组以及一般属于低电阻的绕

组,特别是接头和接触电阻占总电阻相当大比例的绕组;

b）旋转或静止的单层绕组;

c）批量生产的电机在常规试验时;

d）如用户希望除电阻法或埋置检温计法测量值外,还希望得到温度计法读数.

对每槽只有一个线圈边的交流定子绕组,应采用电阻法而不采用埋置检温计法.

注:

为了校核这种绕组在运行时的温度在格底埋I检温计的意义不大,因为它主要显示铁心温度.在线圈和槽楔

间埋置检温计将能测得更接近于绕组的温度,因此适合于校核之用.该部位的温度可能较低,在该部位所测得

的温度与电阻法测得的温度之间的关系,应通过热试验来确定.

对每槽只有一个线圈边的其他绕组及线圈端部,不能采用埋置检温计法来证实是否符合本标准要

求.对带换向器的电枢绕组和所有磁场绕组（圆柱形转子同步电机磁场绕组除外）,允许采用电阻法和

温度计法,优先采用电阻法.对具有一层以上的直流电机静止磁场绕组,容许采用埋置检温计法.

了.6.2电阻法

7.6.2门测量

应采用下述任一种方法测量.

7.6.2.1.1直接测量

使用合适量程的仪表,在试验开始和结束时直接测量.

7.6.2.1.2用直流电流/电压测量

对直流绕组:

使用合适量程的仪表,测量通过绕组的电流和绕组两端电压.

对交流绕组:

在断能状态下将直流电流引人绕组.

7.6.2.1.3叠加法

按IEC60279,在不中断交流负载电流的情况下,在负载电流上叠加一微弱直流测量电流.