( 封面图:工业电机温升试验与热保护技术:试验方法、限值标准与保护配置要点 )
工业三相异步电机在运行过程中,绕组和铁心因电流热效应产生的热量若不能有效散出,将直接导致绝缘老化加速甚至烧毁。温升试验是验证电机热性能的核心手段,而热保护则是保障电机安全运行的重要防线。本文中,电机厂家湘电智能将围绕温升试验方法、限值标准与热保护配置三大要点展开说明。
依据 GB/T 1032-2023《三相异步电动机试验方法》,电机温升试验主要采用三种测量方法。
电阻法是最常用的绕组温升测量手段。其原理基于金属导体电阻随温度升高而增大的特性,通过测量电机运行前后的绕组电阻值计算温升。计算公式为:Δθ=(R₂-R₁)/R₁×(K+θ₁)+θ₁-θ₂,其中 R₁为冷态电阻,R₂为热态电阻,K 值铜绕组取 235、铝绕组取 225,θ₁和 θ₂分别为试验开始和结束时的环境温度。GB/T 1032-2023 规定,额定功率 50kW 及以下的电机,断电后测量时间窗为 30 秒,以减少热态电阻测量误差。
埋置检温计法适用于大功率电机。在制造阶段于定子绕组槽部或端部预埋热电偶或热敏电阻,运行中实时监测局部温度。该方法能反映绕组最热点温度,但需在电机设计制造时预先布置,无法对在用电机补装。
温度计法用于测量定子铁心、轴承外壳、冷却介质等可接触部位的表面温度。所测温度为被测点表面温度,受环境气流影响较大,适用于辅助监测。
依据 GB/T 755-2019《旋转电机 定额和性能》,电机温升限值与绝缘等级直接挂钩。常用绝缘等级的绕组温升限值(电阻法)为:A 级 60K、E 级 75K、B 级 80K、F 级 105K、H 级 125K。对应的绕组最热点允许温度分别为 105℃、120℃、130℃、155℃、180℃。
需要区分的是,温升限值指绕组温度与环境冷却介质温度之差,而非绕组绝对温度。标准规定基准冷却介质温度为 40℃,若运行地点海拔超过 1000m 或环境温度高于 40℃,需按标准修正温升限值。
轴承温度方面,滚动轴承应不超过 95℃,滑动轴承应不超过 80℃。铁心温升(温度计法)应不超过所接触绕组绝缘的温升限值。
电机热保护的核心是在绕组温度达到危险阈值前及时切断电源或报警。
PTC 热敏电阻是最常见的绕组过热保护元件。其特性为在居里点以下呈低阻态,温度超过居里点后阻值跃变至高阻态。将 PTC 埋入定子绕组内,配合保护器或变频器温控端口,可实现定性温度保护。常用动作温度有 90℃、110℃、125℃、140℃、150℃等规格,选型时应低于绕组绝缘等级的极限温度并留有余量。
热继电器适用于一般小容量交流电机的过载保护,利用双金属片受热弯曲原理动作。选型时热元件额定电流取电机额定电流的 1.0~1.05 倍,三角形接法电机应选用带断相保护的三极型热继电器。
智能型电机保护器集温度、电流、电压监测于一体,适用于重要场合。通过埋置检温计实时采集绕组温度,结合电流判据,可区分过载发热与散热不良导致的过热,保护更为精准。高压电机普遍采用此类保护方案。
对于在用工业电机,建议每年结合大修进行一次温升试验,验证电机热性能是否劣化。日常运行中,除监测绕组温度外,应同步关注轴承温度和冷却系统状态。备用电机每月至少启动运行一次,防止绕组受潮导致绝缘下降。
温升试验与热保护是电机全生命周期热管理的两个关键环节:前者验证设计余量,后者保障运行安全。两者配合,方能确保电机在额定热边界内长期可靠运行。