短時(shí)過載對(duì)縮短屏蔽電動(dòng)機(jī)絕緣壽命的影響

孔祥旭

(海軍駐哈爾濱地區(qū)艦船配套軍事代表室，黑龍江哈爾濱150040)

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短時(shí)過載對(duì)縮短屏蔽電動(dòng)機(jī)絕緣壽命的影響

孔祥旭

(海軍駐哈爾濱地區(qū)艦船配套軍事代表室，黑龍江哈爾濱150040)

摘要屏蔽電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行過程中，容易發(fā)生短時(shí)過載引起繞組過熱，導(dǎo)致繞組絕緣損壞。因此，通過對(duì)繞組發(fā)熱的時(shí)間分析，求出發(fā)熱時(shí)間常數(shù)對(duì)時(shí)間的關(guān)系曲線。從不同的過載電流可以看出，通過對(duì)絕緣損壞的原因進(jìn)行分析，闡明了由于短時(shí)過載而影響絕緣壽命縮短的問題，關(guān)鍵是定轉(zhuǎn)子繞組的發(fā)熱時(shí)間常數(shù)的求取，對(duì)屏蔽電動(dòng)機(jī)的可靠運(yùn)行具有很大的意義的。

關(guān)鍵詞屏蔽電機(jī); 過載時(shí)間; 絕緣壽命; 繞組溫度; 時(shí)間常數(shù)

0引言

屏蔽電動(dòng)機(jī)由于其特殊的結(jié)構(gòu)，在運(yùn)行過程中，有時(shí)會(huì)產(chǎn)生短時(shí)過載的現(xiàn)象。這種情況下，繞組會(huì)產(chǎn)生附加發(fā)熱，而附加的過熱可加速導(dǎo)致絕緣的損壞，且縮短絕緣壽命。因此闡明由于短時(shí)過載而引起的絕緣壽命縮短多少的問題具有重大的意義。通常繞組絕緣的損壞可在發(fā)熱時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生，也可在冷卻時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生。附加過熱的量值將隨著過載電流的量略為變化。

1絕緣使用壽命數(shù)ξ的計(jì)算

1.1過載時(shí)間內(nèi)絕緣使用壽命的計(jì)算

絕緣使用壽命的計(jì)算公式為

B=ce-bθ

(1)

式中，c、b—系數(shù)；θ—溫度。

絕緣的損壞決定于與B值成反比的參數(shù)ξ

(2)

自時(shí)間t1至t2以內(nèi)的絕緣的損壞可以用以下公式求得

(3)

當(dāng)電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期在額定負(fù)載下運(yùn)行后，以k1倍電流在時(shí)間間隔t內(nèi)過載。在過載期間內(nèi)繞組的溫度按下面方程式變化

(4)

式中,θn—在額定負(fù)載時(shí)的繞組溫度℃；T—繞組的時(shí)間常數(shù)；τn—在額定負(fù)載時(shí)的過熱。

為了簡(jiǎn)化起見，略去散熱，于是

(5)

(6)

由于k1倍過載電流在時(shí)間間隔t1內(nèi)所引起的繞組附加過熱，于是以式(6)代入式(5)，在過載時(shí)間內(nèi)絕緣的損壞參數(shù)可以用下面的式(7)表示

(7)

1.2冷卻期間內(nèi)絕緣損壞參數(shù)的計(jì)算

因?yàn)槠帘坞妱?dòng)機(jī)繞組的溫度在過載終止以后不可能立刻降低致其穩(wěn)定值，所以絕緣的損壞還要繼續(xù)一段時(shí)間。在計(jì)算時(shí)可以取在冷卻時(shí)的時(shí)間常數(shù)和在加熱時(shí)的一樣。如果屏蔽電動(dòng)機(jī)在過載后仍以過載前的轉(zhuǎn)速繼續(xù)運(yùn)行，且冷卻條件不變，故在過載期間內(nèi)短時(shí)的、不大的轉(zhuǎn)速降低對(duì)于發(fā)熱常數(shù)的影響不大(副葉輪的流量和揚(yáng)程變化不大)。在冷卻期間的繞組溫度將按下列表達(dá)

(8)

(9)

(10)

把式(9)和式(10)代入式(3)并積分后得冷卻期間內(nèi)絕緣損壞參數(shù)ξ″

(11)

1.3繞組發(fā)熱的總損壞參數(shù)

綜上所述，屏蔽電動(dòng)機(jī)繞組加熱和冷卻期間絕緣的總損壞參數(shù)ξ

ξ=ξ′+ξ″=ξ″

(12)

從這一方程式可見，屏蔽電動(dòng)機(jī)絕緣地?fù)p壞在某一發(fā)熱常數(shù)T時(shí)具有最低數(shù)值，以式(4)中的Δt值代入式(12)得

(13)

為了求得發(fā)熱常數(shù)對(duì)絕緣損壞的影響，可以按照式(13)進(jìn)行計(jì)算。

2發(fā)熱時(shí)間常數(shù)對(duì)屏蔽電機(jī)絕緣壽命的影響

為了探討屏蔽電動(dòng)機(jī)發(fā)熱時(shí)間常數(shù)對(duì)絕緣損壞的影響，下面我們將按式(13)對(duì)于過載倍數(shù)k1=5和t1=10s時(shí)的情形進(jìn)行計(jì)算。在式(13)中的系數(shù)b可以取作0.088，對(duì)于在過載前以額定負(fù)載運(yùn)行，冷卻介質(zhì)溫度為40℃的屏蔽電動(dòng)機(jī)繞組，取θn為120℃，和τn為60℃，向式(13)代入b、θn、k1、t1的值，得出

(14)

按式(13)繪出的曲線可知，最小的絕緣損壞發(fā)生在T=300s時(shí)，在T<300s時(shí)，絕緣的損壞急劇增加。研究屏蔽電動(dòng)機(jī)繞組的發(fā)熱常數(shù)，并且要分別考慮定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組，見圖1。

圖1發(fā)熱時(shí)間常數(shù)

圖1是過載電流倍數(shù)為5，持續(xù)時(shí)間為10s過載時(shí)，定子絕緣損壞與發(fā)熱時(shí)間常數(shù)的關(guān)系曲線。

3屏蔽電動(dòng)機(jī)定轉(zhuǎn)子繞組的發(fā)熱時(shí)間常數(shù)

對(duì)于屏蔽電動(dòng)機(jī)，繞組的發(fā)熱常數(shù)可以按式(15)求得

(15)

式中 ，kR—計(jì)入由于電流流通而使電阻增加的系數(shù)；jsn—額定電流密度。

對(duì)于定子繞組，可取kR=1，對(duì)于轉(zhuǎn)子繞組，當(dāng)過載并不使屏蔽電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)數(shù)降低大于額定轉(zhuǎn)數(shù)的10%～20%時(shí)，同樣可去kR=1，而假如過載帶來很大的轉(zhuǎn)速降低，那么在此種情況下，系數(shù)可能達(dá)到kR=3，這一系數(shù)隨著屏蔽電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率的變化可以準(zhǔn)確的利用式(16)表示

KR=(kR-1)s+1

(16)

式中，s—轉(zhuǎn)差率；kR—當(dāng)s=1時(shí)的系數(shù)。

(17)

這樣，當(dāng)電流密度相同時(shí)，轉(zhuǎn)子繞組的發(fā)熱常數(shù)將較定子繞組的發(fā)熱常數(shù)小將近50%，因此，轉(zhuǎn)子繞組在過載時(shí)和定子繞組相比，將有較大的過熱。

4結(jié)語

綜上所述，按計(jì)入散熱的公式畫出的過載特性曲線可以看出，屏蔽電動(dòng)機(jī)在過載的情況下將產(chǎn)生較大的過熱，特別是對(duì)于轉(zhuǎn)子繞組來說，實(shí)際上這樣的過載通常發(fā)生自屏蔽電動(dòng)機(jī)在熱態(tài)起動(dòng)的時(shí)候或冷卻時(shí)間內(nèi)。因此要注意，當(dāng)屏蔽電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)后，切忌馬上停、斷屏蔽電動(dòng)機(jī)的一次循環(huán)水，因?yàn)檫@樣會(huì)產(chǎn)生大量的熱損耗，導(dǎo)致屏蔽電動(dòng)機(jī)的定、轉(zhuǎn)子的屏蔽套發(fā)生嚴(yán)重的變形。致使屏蔽電動(dòng)機(jī)無法運(yùn)行，因此探討短時(shí)過載對(duì)屏蔽電機(jī)的危害對(duì)于安全運(yùn)行具有重要意義。

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Influence of Short-Time Overload on Shortening Insulation Age of Canned Motor

KongXiangxu

(Naval Ship Military Representative Office Stationed in Harbin, Harbin 150040, China )

AbstractThe canned motor is prone to have short-time overload in operation. It can cause overheating of windings and result in damage of winding insulation. Therefore, the curve of heating time constant vs time can be determined by winding heating time. Based on reason analysis of insulation damage, this paper expounds the problem from different overload currents that short-time overload can shorten insulation age. The key problem is to calculate the heating time constants of stator and rotor windings. It has great significance for reliable operation of canned motor.

Key wordsCanned motor；overload time；insulation life；winding temperature；time constant

收稿日期：2016-01-28

作者簡(jiǎn)介：孔祥旭男1973年生；畢業(yè)于哈爾濱工業(yè)大學(xué)，現(xiàn)從事艦船機(jī)電設(shè)備質(zhì)量監(jiān)督工作.

中圖分類號(hào)：TM306

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1008-7281(2016)02-0036-003

DOI:10.3969/J.ISSN.1008-7281.2016.02.10