电机温度和温升的几个方面

一路上

• 终端客户都是怎么判断电机好坏的？
• 从目视到设备，有很多方法。但更多人的习惯，就是“摸电机”，看壳体温度。
• 这种方法不准确，但是可以通过“温升”给电机把个脉。
  

• 温升是衡量和评价电机发热程度的重要参数，在电机额定负载时的热平衡状态下测得。
• 电机发生故障时，最为显著的初始特征就是“手感”温升异常：“温升”突然增大或超过正常工作温度。
• 这时若能及时采取措施，至少可以避免大的财产损失，甚至躲过一场灾难。
  

一、电机温升,有哪些你不知道的？

• 温升，本质是电机工作温度和环境温度的差值。来源于铁芯在交变磁场中的铁损，或者是绕组通电后产生的铜损，以及其他杂散损耗，都会引起电机升温。
• 温升的范围也不仅仅指电机本体，也包括定转子绕组、定转子铁芯、集电环、轴承允许温度等。
  

• 电机发热的时候也在散热，当发热=散热时，就形成了热稳定状态。
• 一般来说稳定的判断条件是：在所有测试点在1个小时测试间隔内前后温差不超过2K。
• 我们常说的电机温升或者过热，都指的是发热量过大打破了热平衡（或者是重新达成的平衡温度更高）。
• 温升是电机设计和运行过程中的重要指标，标志着电机的发热程度。
• 如果在运行中电机温升突然增大，说明电机有故障，或风道（冷却系统）阻塞，或负荷超载。
  

哪些因素在影响温升

• 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，但实际上还是与环境温度、海拔等因素有一定关系。
  

气温与绕组电阻成正比

• 温度越高电阻越高、电阻越高损耗越大，温升就越大。环境温度每增加10℃，温升就会增加1.5-3℃；
  

空气湿度与温升成反比

• 湿度每上升10%，温升降低0.07-0.4℃，但与此同时会引起防潮问题，对于温热环境，必须采取措施避免绕组受潮；
  

海拔和温升极限值成正比

• 以1000米为标准，海拔每上升100米，温升增加极限值的1%。
  

• 其中，设计人员必须考虑到湿度和海拔对于电机产生的影响。
• 尤其是在高湿度和高海拔的地区，型式试验的温升值并不能完全代表实际运行状态。
• 也就是说对于高原环境电机，应通过实际数据的积累，适度提高其指标裕度。
  

二、温升与温度的关系

• 目前电机生产方和电机使用方存在一定的壁垒：电机生产者更关注电机的温升，而电机使用者则更直观地关注温度。
  

▲轮毂电机之所以尚未大规模普及的重大原因之一：温升及散热问题无法良好集成解决

• 但众所周知，一台好的电机，尤其是高精密高安全的驱动电机需要同时兼顾温升和温度，确保电机的性能指标和寿命符合要求。
  

耐热等级

• 在允许的范围内及其所分的等级即电机的耐热等级。如果超过这个限度，绝缘材料的寿命就急剧缩短，甚至会烧毁。
• 电机在额定负载下长期运行达到热稳定状态时，电机各部件温升的最高允许极限，称温升限度。
• 因此，绝缘材料允许温度=电机允许温度；绝缘材料寿命≈电机寿命。
• 但从客观的角度分析，电机的实际温度对轴承、润滑脂等有直接的关系，所以，应综合考量这些关联因素。
  

• 电机负载运行时，从尽量发挥它的作用出发，所带负载即输出功率越大越好（若不考虑机械强度）。但是输出功率越大、损耗功率就会越大，电机温度就会越高。
• 我们知道，电机内耐温最薄弱的东西是绝缘材料，如漆包线。绝缘材料耐温有个限度，在这个限度内，绝缘材料的物理、化学、机械、电气等各方面性能都很稳定，其工作寿命一般约为20年。
  

绝缘等级

• 绝缘等级表示绝缘结构的最高允许工作温度等级，电机在这样的温度下，能在预定的使用期内维持其性能。
• 关于绝缘等级，我们在下面这篇文章里已经有过详细介绍：
  

▲点击图片重温往期内容

• 根据经验，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。
• 但如果运行温度长期接近或超过材料的极限工作温度，则绝缘的老化会加剧，寿命也会大大缩短。
• 所以电机在运行中，工作温度是寿命的主要和关键因素。
• 也就是说关注电机温升指标的同时，应充分考虑电机的实际运行工况，按照工况的严酷程度，预留足够的设计裕度。
  

绝缘系统

• 电机电磁线、绝缘材料、绝缘结构的综合应用实体，与制造工艺装备、技术指导文件紧密相关，是工厂最为机密的技术。在电机安全评价中，将绝缘系统作为一项关键的综合评价对象。
  

绝缘性能

• 绝缘性能是电机非常关键的性能指标，综合反映了电机的安全运行性能和设计制造水平。
• 在电机方案设计环节，首要考虑的是采用怎样的绝缘系统，该绝缘系统是否与工厂的工艺装备水平匹配，在行业中是领先还是落后。
• 特别要强调的是：量力而行最为重要，否则工艺装备水平达不到的情况下一味追求领先，再先进的绝缘系统也制造不出绝缘性能可靠的电机来。
  

一、必须兼顾的四大问题

电磁线选择的符合性

• 电机电磁线的选择应与电机绝缘等级相匹配；对于变频调速电机还要考虑电晕对电机的影响。
  

• 实际经验证实，厚漆膜电机线可以适度包容电机温度以及温升的一些影响，但电磁线的耐热等级更重要。这是不少设计人员容易产生错误认识的常见问题。
  

复材选择严格把关

• 目前材料短缺确实是让不少电机生产企业头疼的重大问题之一。
• 曾有工作人员在电机厂检查时发现，因材料短缺影响，生产工人会用低于图样要求的材料代用，这种代用导致电机存在极大的质量隐患。
• 如果材料不达标，尤其是绝缘系统的材料将会极有可能导致温升大幅提高，轻者缩短电机使用寿命，重则直接产生安全事故。
  

轴承系统影响

• 电机温升是一个相对值，但电机温度则是一个绝对值，电机温度较高时，通过轴直接传到轴承的温度会更高。
  

• 如果是通用型轴承，则轴承很容易失效，再加上润滑脂的流失和失效，则电机很容易出现轴承系统问题，直接导致电机故障，甚至是致命性的匝间或过载。
  

电机的使用工况

• 正如前文所说，在研发和试制过程中的数据往往不能全面代表真实的使用工况。
• 因此，在设计初期必须考虑到高温、高湿、高海拔环境下电机的工作温度。
• 同时将这一点和上述内容同步考量，在设计之初就要将电磁线、材料以及结构方面的问题包含在内。
  

内容来源RIO电驱动