摘要 本文以约克广州空调冷冻设备有限公司开发的2hp风机电机为研究对象，在不同电压、冷却介质(空气)温度以及电机在实际应用中可能会出现的条件进行测试，通过测试结果分析得出了温升随着电机的冷却介质、供电电压升高而上升，同样，电机温升也会随着换热器风阻的变大而增加。
在测试电机温升时，必须全面考虑到电机的各种不同应用、增加不同工况测试以便更全面了解温升。
关键词 风机电机;电机温升;电阻法
0 引言
随着人们生活水平的提高，节能减排是社会发展的要求。
特别是在空调应用领域，对零部件的效率、寿命也比以前提升了一个档次。
电机作为空调设备中关键部件之一，它的寿命长短对空调设备的影响至关重要，因此在空调设计选型中对电机的可靠性要求也越来越高，而温升是考核电机可靠性的最重要的因素之一。
电机温度是指电机各部分实际发热温度,它对电机的绝缘材料影响很大,温度过高会使绝缘老化缩短电动机寿命,甚至导致绝缘破坏。
为使绝缘不致老化和破坏,对电机绕组等各部分温度作了限制,这个温度限制就是电机的最高允许温度。
电机的绝缘等级是指其所用绝缘材料的耐热等级，分a、e、b、f、h级[1]。
从表1可知，电机中不同耐热等级的绝缘材料有不同的最高允许工作温度。
而最高允许工作温度是指低于此温度长期使用时，绝缘材料的物理、机械、化学和电气性能不发生显著恶性变化，如果超过此温度，则绝缘材料的性能发生质变，或引起快速老化。
1 电机温升测试方法介绍
为验证电机的使用寿命、稳定性等特性，通常会测试它的温升。
温升是电机温度与环境温度的温度差(温升=电机温度-环境温度，单位：k)，是由电机发热引起的。
温升是电机设计及运行中的一项重要指标，它标志着电机的发热程度。
电机的最高允许温度确定了，此时温升的限值就取决于冷却介质的温度。
一般电机冷却介质是空气，它的温度随地区及季节而不同，为了制造出能在全国各地全年都能适用的电机，并明确统一的检查标准，国家标准规定：冷却空气的温度定为40oc。
在此环境温度下，电机绕组的温升限值：如f级绝缘为115k。
按国家标准规定，对额定输出为200kw(或kva)及以下交流电机，除非另有规定，制造厂应选用电阻法的直接测量法[2]。
在一定的温度范围(-50℃~150℃)内，电机绕组的电阻值将随着温度的上升而相应的增加，而且其阻值与温度之间存在着一定的函数关系。
根据这一原理，可以通过测定电机绕组的电阻来确定其温度，故称电阻测量法。
以约克广州空调冷冻设备有限公司某项目开发的2个风机电机为研究对象，其规格为380v/3￠/50hz、绝缘等级为f级、额定功率为2hp三相交流异步电动机(以下简称电机)。
此电机用于某型号空调设备换热器中，其原理是通过电机带动风叶旋转，从而把热量排放到大气中而实现热交换。
结合约克广州空调冷冻设备有限公司的应用，电机装配风叶且放在机组中以实际负载进行测试。
据此，我们策划了以下测试工况：
1)被测电机(机组)在不同环境温度(从21℃~52℃)下运行。
测试要求：在此温度范围内取四个温度点，被测电机(机组)100%负荷运行，工况稳定运行时间不小于2小时且测试数值已稳定，被测风机风叶必须在20s内停止，立即记录数据;2)被测电机(机组)在环境温度为“最大制冷负荷[3]”时环境温度(43℃)+不同电机供电电压(额定电压±10%)下运行。
测试要求：测试电压分别为340v和418v，被测电机(机组)100%负荷运行，工况稳定运行时间不小于2小时且测试数值已稳定，被测风机风叶必须在20秒内停止，立即记录数据;3)被测电机(机组)在环境温度为“最大制冷负荷[3]”时环境温度(43℃)+不同换热器迎风面风阻(堵换热器迎风面积20%~100%)下运行。
测试要求：被测电机(机组)100%负荷运行，用纸片堵换热器 20%、40%、60%、80%、100%迎风面积，每个工况稳定运行时间不小于2小时且测试数值已稳定，被测风机风叶必须在20s内停止，立即记录数据;4)被测电机(机组)在环境温度为“空调设备的最高运行温度(52℃)”+额定电压下运行。
测试要求：被测电机(机组)100%负荷运行，工况稳定运行时间不小于2小时且测试数值已稳定，被测风机风叶必须在20s内停止，立即记录数据。
2 试验及分析
按测试策划要求，电机被安排在实验室作为期7天的连续测试，在各工况测试过程中采集记录了近百组数据。
按规定，温升(θ2-θa)可按下式得[2]：
θ2-θa=×(k+θ1)+θ1-θa (1)
式中：θ1为测量绕组(冷态)初始电阻时的温度，单位为摄氏度(℃);
θ2为热试验结束时绕组的温度，单位为摄氏度(℃);
θa 为热试验结束时冷却介质温度，单位为摄氏度(℃);
r1为温度为θ1时的绕组电阻，单位为欧姆(ω);
r2为热试验结束时的绕组电阻，单位为欧姆(ω);
k为导体材料在0℃时电阻温度系数的倒数。
铜 k=235，铝k=225，除非另有规定。
将测试数据代入式(1)，计算整理可得温升随环境温度、电压、风阻的变化趋势如图1所示：
a 温升随进风温度的变化 b 温升随供电电压的变化
c 温升随换热器迎风面风阻的变化
图1 实测温升随环境温度、电压、风阻的变化趋势
从图1 分析可得：
1)电机a的实测温升比电机b低25%~40%，经研究发现，电机a的设计功率大于电机b，所以电机a的温升比电机b好。
虽然电机a温升低于电机b，但功率会影响空调设备的能效，故在满足温升的要求同时，消耗功率应越小越好;2)实测温升随着电机的冷却介质温度升高而上升，随着供电电压的增加而平缓上升，同样，电机温升也会随着换热器风阻的变大而增加，特别是风阻从40%到60%这个阶段，电机的温升急骤变化，上升幅度接近20k。
值得注意的是，当换热器风阻在80%~100%时，电机温升会继续上升，但在实际应用中，这种情况几乎是不会出现的，因为换热器风阻的增加到80%~100%时，空调设备会出现在高(低)压保护停机，所以此区间的测试数据只作参考。
通过以上的测试结果分析可得，电机a和电机b在整个测试过程中无异常停机现象，且温升也可以满足绝缘等级f级要求。
但从效率和经济性考虑，电机b优于电机a。
根据本次测试分析结果笔者认为，如果只在常温及电机额定电压下测试温升的话，并不能全面反映电机的温升，因为它只代表了电机一个温升状态点。
我们在做电机测试策划时应考虑到机组各种应用工况，特别是应用在一些特殊场所。
3 结论
1)电机温升随着电机的冷却介质温度升高而上升，在测试电机温升时须在电机的最高运行环境温度下进行，这样不仅可以测试温升，同时也可以验证电机在最恶劣的环境下是否出现内置保护器跳脱;2)电机温升随供电电压的增加而平缓上升，因中国的电网供电电压允许波动范围为±10%，所以在测试电机温升时必须包括电机额定电压±10%的两个温升值;3)电机温升随着换热器风阻的变大而上升，因为机组实际运行一段时间后，机组的换热器会脏，或者机组在冬季运行时，换热器会结霜(冰)，从而会增加换热器的风阻，所以在测试电机温升时必须包含堵60%~80%换热器迎风面积的温升。
参考文献
[1]电气绝缘结构(eis)gb/t 20113-2006/iec 62114：2001 [m].
[2]旋转电机 定额和性能 gb 755-2008/iec 60034-1：2004 [m].
[3]蒸气压缩循环冷水(热泵)机组第1部分：工业或商业用及类似用途的冷水(热泵)机组 gb/t 18430.1-2007[m].
http://m.gbppp.com/xs/594212/
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