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拿捏好电机产品的温度与温升,是电机可靠性的关键!

2021-01-18 14:18:10     来源:电机技术日参        

【大比特导读】但对于电机的轴承系统,产品技术条件中规定了电机轴承允许的最高工作温度而不是温升,其主要原因是防止轴承润滑脂及轴承材料高温条件下的性能劣化问题,即温度过高时,润滑脂可能会降解失效;轴承的材质会出现内部晶格结构改变或滚道、滚动体变形。

温度与温升是电机产品难以绕开的两个参数,电机稳定运行的可靠性、安全性如何评判,最具权威性的就是各部位温度与绕组温升。两个参数的考核各有侧重点,温度测量点分布在电机各发热部位、进出风口和轴承等关键节点,温升滤除环境温度影响,评估电机热稳定时各部件温度相对于周围环境会高出多少度。两项参数的数值均不得超过标准限值,超差意味着无法在规定条件下安全可靠地运行。

纯数学的角度可以认为:温度为绝对值,大小与计量单位有关;温升是相对值,大小与计量单位无关。对于绕组、轴承、集电环等具体考察对象来说,温度具有直观的评判价值,超过某一临界值,就无法按预期正常工作,电机使用寿命大幅缩减,甚至运行状况会迅速恶化而损毁电机。温升值则可以作为电机能否在具体工况下稳定运行的判断依据,如试验环境下符合技术条件考核要求,高原环境、湿热带或海洋环境等特定工况能否正常运转?其中重要判据之一就是温升。

电机

我们可以理解为:温升值加上环境温度的数值不高于材料或零部件的耐受温度,电机就可以安全稳定地运行;低于耐受温度越多,电机可靠度越高(前提是表观处理、防护等级满足规定要求)。

通常温度的单位用摄氏温度,也可以是开氏温度,而温升统一用开氏温度计量,两种温度单位只是表示绝对温度为0时数值不同,每单位的量值一样,计算温差或温升时,数值上并无区别。

基于以上关于温度与温升的概念和含义的对比分析,下面我们详尽探讨一下电机产品性能分析中温度和温升的控制是如何关联的。

绕组温升是电机的重要性能指标,温升限值的控制一定与电机绕组所采用的绝缘等级有关。我们常说电机绝缘等级是B级、F级和H级等,实际是基于环境温度条件下,温升所关联到的实际最高温度与什么耐热等级的绝缘材料相匹配,即电机绕组的实际运行温度不能高于标示绝缘材料的耐热温度并留有一定裕度。这个话题牵涉到的是同一台电机在高热、高原环境条件下的安全可靠性问题。

但对于电机的轴承系统,产品技术条件中规定了电机轴承允许的最高工作温度而不是温升,其主要原因是防止轴承润滑脂及轴承材料高温条件下的性能劣化问题,即温度过高时,润滑脂可能会降解失效;轴承的材质会出现内部晶格结构改变或滚道、滚动体变形。对于最高工作温度的限定,涵盖了电机不同运行工况下安全运行的条件约束。

在同一工作环境中,温度与温升呈正相关性,环境条件差异较大时,同一台电机的可靠性会出现截然不同的结果,本质原因就是工况变了,环境温度高导致电机实际稳定运行温度过高时,绝缘材料的使用寿命大幅缩水,可靠性大打折扣。电机设计者与客户沟通时,必须摸清客户真实的使用环境,不能简单套用标准设计。

除电机绕组和轴承系统外,电机的其他零部件尺寸和性能都可能会受到温度或温升的影响。在一些故障案例中可以发现,铸铝转子电机的铝导条会由于过高的温度而出现变形或熔化流失,必须有相应的针对措施如加大导条面积、改进转子散热条件等,将转子导条温度控制在一定范围内;高温环境中使用的电机风扇必须采用温度耐受能力强的铝质或钢质风扇;绝缘等级应该实际运行环境相匹配。在实际的市场运作过程中,有的厂家或经销商为了利润或货源组织、工艺装备不满足等因素,会出现一种“挂羊头卖狗肉”的行为,如:将耐热等级为F级的起重冶金电机,直接更换铭牌变为H级绝缘电机,这时电机绕组出现电气故障的几率非常高,非金属材质的风扇可能会直接熔化或变形。事实上,客户因此类不规范市场行为投诉的案例不在少数,也从另一角度反映出温度影响对电机来说是致命的。

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