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浅谈变频器供电条件下电动机的温升与对策

2015-05-292840安规与电磁兼容网


  文献[1]介绍的实际测量温升的实验结果,对于了解电动机的温度分布规律特别是变频电源对电动机温升的影响十分有用。以一台三相4极230v,2.2kw的笼型感应电动机为实验对象,分别采用典型的spwm变频器(运行在50hz)和工频正弦供电,将电机温升情况作对比。采用专门的设计和制造方法,在电动机体内(定子、转子、气隙、壳体)安置或埋置了20个热敏电阻传感器(性能稳定、精度高),其中三个传感器放置在转子中。定子端部绕组传感器位于定子绕组的径向中心位置(位置1、位置10),一般地,取轴伸端和风扇端的两个传感器的温度平均值作为最终温度。


  温度传感器布局如图1所示。

传感器安装位置说明:
  转子:13(轴中心),14(轴伸侧表面),15(风扇侧表面);
  定子绕组端部:1(轴伸侧),10(风扇侧);
  定子铁心槽部:17(轴伸侧),4(风扇侧);
  壳内空间气隙:8(轴伸侧),19(轴伸侧靠近定子绕组),20(风扇侧);电动机壳体:6。

  工频正弦和变频电源供电的情况下,每一个温度点都测量大量的数据,由最小二乘法得到该点的温度曲线。

  图2所示是满载条件下,由变频器和正弦电源分别供电时对应各测量点的温度曲线。图3所示是变频器供电电动机在不同负荷条件下的温度曲线(工作频率为50hz)。图4所示是正弦波供电时不同负载条件下的温度曲线图。
 

 显而易见,在变频器和正弦电源供电条件下,温度曲线具有相同的上升趋势。由变频器谐波引起的附加温升较大,定子侧为7℃左右(位置1),转子侧大约为15℃(位置13)。对于结构材料相似的其他容量的感应电动机,上述结果同样适用。另外,电动机各部位温度分布差异很大,定子端部绕组(位置1)的温度低于定子中心(位置17)温度,这是因为定子端部绕组冷却条件比较好;同时由于风扇的冷却作用,风扇侧的定子端部绕组(位置10)温度和壳内空间气隙(位置20)温度均低于相应轴伸侧的定子端部绕组(位置1)温度和壳内气隙(位置8)温度。由于热量传递的复杂性以及冷却条件的不一致,温度和损耗的关系是非线性的。

  对于平方转矩负载而言,低速运行时负载转矩减小,电动机铜耗和发热量降低,虽然低速时冷却能力降低(如采用自冷式或自扇冷式),但电动机温升增大的不会太多。对于恒转矩负载而言,低速运行时负载转矩不变,电动机铜耗和发热量并不比高速运行时小,而低速时冷却能力却降低了,因此电动机温升将会有较大的增大,使用时要特别注意。

  表2给出了变频器供电条件下y100i2-4型自扇冷式电动机的转速对温升的影响实测的数据。

由上表中可以看出变频调速时,虽然电动机的转矩、输出功率都随频率的下降而降低(即发热量减小),但电动机的温度却升高了,特别是电动机运行在30hz以下时,温升尤其严重。因此可见,电动机变频运行后其温升增加几乎是不可避免的,特别是普通电动机低速运行时,极易发生过热现象。为此,了解电动机的温升缓解方法是十分重要的。

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