用等效法测量电机温升

检测技术・TEST TECHNIQUE

用等效法测量电机温升

收稿日期:2004-12-04

张文海　徐丽

(成都精密电机厂,成都　610500)

摘　要:介绍了等效法测量电机温升的原理,并进行验证,同时对损耗等问题作了讨论。

关键词:电机;温升;试验;能量;消耗

中图分类号:T M306 文献标识码:A 文章编号:1001-6848(2005)03-0093-02

0　引　言

电动机的温升测量,一般采用的方法是发电机陪试法。即被试电机拖动一台功率、转速相当的陪试电机作发电机,然后将发电机的输出能量消耗在电阻上,让被试电机在额定负载下运行,直到温升稳定,最后用电阻法测出温升值。可以看出,这种方法没有一台功率、转速相当的陪试电机,温升试验根本无法进行。当然,转矩仪也可用于温升试验,但因温升须长时间连续运行,这对贵重的转矩仪寿命是一个重大的损害,且转矩仪一般工作转速都不高, 6000r/m in以上的高速电机,甚至额定数据测量都不能用转矩仪,当然用它测高速电机的温升就更不行。为此,笔者提出一种单机等效测量温升的方法。

1　等效法测量温升的原理

众所周知,无论直流电机还是交流电机,运行时的发热,均来自于电机的损耗,也就是说,效率越高的电机,损耗越小,发热也就愈少,温升则低;反之,损耗越大,发热就厉害,温升则高。因此,我们可以把一台电机损耗的大小,等效成一个功率大小不同的电炉对电机个体加热。前面的温升试验发电机陪试法,则是一种间接电炉加热法,即被试电机带额定负载运行时,损耗象附带放了一个电炉为电机个体加热。有了间接电炉法,可以想能否用直接电炉法为电机个体加热?回答是可以的。方法是只要能测知这台电机的效率是多少,就可算出这台电机额定输出时的损耗功率是多少,然后将这台电机的转子卡住堵转,再在线圈内通直流电流。电流的大小,等于它与端电压的乘积,即额定运行时的损耗功率。这样测出的堵转温升,理论上应与电机额定运行的测出的温升相等,因二者的发热条件和散热条件基本一样。等效法测电机温升,正是基于这一原理。

2　实验验证

选择一台高速永磁无槽直流电动机,因高速电机无论测功和测温升都比较困难。电机有关数据为:型号YZ-20;电压180V;输出功率2.3kW;额定转速6900r/min;额定电流13.8A;效率93%(无槽直流电机效率很高,实测为93%)。

1)用传统发电机陪试法测温升

该法必须再选一台同型号电机作发电机陪试,设被试电机为1#,陪试电机为2#,测试步骤为:

(1)测出两台电机电枢一周内平均电阻R a,1# =0.48 ,2#=0.5 ,(2)测出两台电机单独6900r/ m in空载运行时的空载损耗P0。1#电机6900r/m in 时,U0=178.2V,I0=0.46A,则P0=V0I0=178.2×0.46=82(W),2#电机6900r/m in时,U0= 162V,I0=0.52A,则P0=V0I0=162×0.52=83 (W)。(3)温升试验开始,两台电机夹在专用安装板上同轴对施,1#电机通直流180V起动运行,拖动2#电机作发电机发电,用滑杆电阻调节2#电机的负载电流,当1#电机的输入电流达到13.8A时,算出1#电机的输出功率为2311W,输入功率为2484 (W),损耗为173W。(4)电机在此额定负载下运行

1.5h,测得的温升值为8

2.8K。

2)同等效法测温升比较

(1)用发电机陪试法测量升已知1#电机额定负载13.8A时的损耗是113W。(2)将1#电机电枢卡住堵转,并安装在同一安装板上,然后将电机通直流电流,使电枢电流与端电压乘积等于173W。(3)以此恒功率堵转1.5h,测出的温升值为87.5K,比传

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用等效法测量电机温升　张文海　徐丽

统陪试法测出的温升值高约5K。

高的原因是,等效法测温升是电机堵转,没有铁损耗。为了要保证二者等效,只有加铜耗来代替机铁耗。虽然在一个热系统中,会自动进行热平衡。但热传导总有个过程,一点发热和多点分散发热,虽然发热功率一样,但热平衡的速度并不一样,发热点的温度略高,故由此引起堵转等效法测温升略高。

知道了这一原因,为了更准确,用等效法测电机温升时,所加堵转功率,应略小于电机额定时的损耗功率。经笔者实验,加90%损耗功率,二者测出的温升就近似相等了。如1#电机的额定损耗功率为173W,它的90%为156W,堵转时,加156W测温升就与传统法测温升相等了。

3　单机损耗的算法

前面用双机对拖能很方便地算出被试电机的额定输出损耗,一些时候只有一台电机,如何计算它的额定输出损耗?计算方法可参阅2003年第2期《微电机》杂志《直流电动机输出功率和简易公式》一文: P2=k e n N(I N-I0)。

例如1#电机,利用该公式,算出它的额定输出功率P2=2316W,损耗功率则为168W,与前面测出的该电机损耗功率173W近似相等。

有了损耗功率,便可单机将电机堵转,用等效法测出它的温升。

4　讨　论

1)该法通直流电算堵转损耗功率,可否通交流50H z算堵转损耗功率?答:可以。通交流电更好,因为它有铁耗,可以减小铜耗来代替机铁耗。但加交流电不方便,必须要接调压器和功率表,否则无法知道所加损耗功率。

2)该法可否用于交流电机温升测试?为什么?答:可以。既然温升是损耗发热,无论是交流电机还是直流电机,只要知道它的额定损耗功率是多少,就可堵转加损耗功率等效测温升。直流机可以加交流,同样交流电机也可加直流,只要损耗功率相当即可。但自冷式电机不可用该法测温升。

3)该法有何优点?答:等效法测电机温升优点在于它一台电机不依靠任何装置便可作温升试验。特别是高速电机,当只有一台时,更显出它的优点。因低速电机一台还可用力矩仪作温升试验,高速电机是绝对不可能用力矩仪作温升试验的。

5　应注意的问题

1)堵转直流电流的加法。因一般直流电机电枢电阻较小,加电流时,前面应串一只4 左右的降压电阻。这样既保证电机安全,也保证直流稳压电源的安全,否则,直流稳压电源要低压输出大电流较大困难。

2)堵转时,应以恒功率试验,不要以恒电流试验。恒功率始终等于损耗发热;恒电流实验,初始等于损耗发热,后来会大大超出损耗发热,测出的温升会高出很多。如1#电机笔者用恒电流实验时,1h的温升就达103K,后来改为恒功率实验,与传统法测出的温升二者就近似相等了。

6　结　语

等效法测电机温升,简单方便,理论与实践都是可行的。最大的优点是可以单机测温升。但这毕竟是一种等效法,因此在条件许可的条件下,还是应按真实负载额定运行测试。如果不具真实条件,等效测温升法,不失为一种近似相等的好办法。

作者简介:张文海(1943-),男,高级工程师,长期从事微电机测试技术研究。

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作者简介:夏向阳(1968-),男,博士研究生,讲师,主要研究方向为电力系统有源滤波应用等方面的研究与开发。

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微电机　2005年　第38卷　第3期(总第144期)