電機(jī)中常用絕緣材料

1、在進(jìn)行電力拖動(dòng)設(shè)計(jì)時(shí)， 必須按照經(jīng)濟(jì)、可靠的原則為生產(chǎn)機(jī)械選擇電動(dòng)機(jī).首要的是在各種工作方式和工作條件下電動(dòng)機(jī)功率的選擇，同時(shí)還要確定電動(dòng)機(jī)的電流種類、形式、額定電壓與額定轉(zhuǎn)速。決定電動(dòng)機(jī)功率時(shí)，既要考慮電動(dòng)機(jī)能夠勝任生產(chǎn)機(jī)械負(fù)載的要求，還?？紤]電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱、允許過載能力與啟動(dòng)能力等因素，一般情況下，以發(fā)熱問題最重要。所以，我們首先要研究電動(dòng)機(jī)發(fā)熱和冷卻的一般規(guī)律，然后再根據(jù)負(fù)載運(yùn)行的不同倩況介紹正確選擇電動(dòng)機(jī)的原則和電動(dòng)機(jī)運(yùn)行中的監(jiān)視與維護(hù)方面的知識(shí)。§ 72電機(jī)中常用的絕緣材料及其容許溫度電機(jī)中常用的絕緣材料，按其耐熱能力分為A、E、B、F、H和C六個(gè)等級(jí)。1. A級(jí)絕緣A級(jí)絕緣

2、包括經(jīng)過浸漬處理的棉紗、絲、紙等有機(jī)纖維材料以及普通漆包線上的磁 漆等。目前僅在變壓器中使用。A級(jí)絕緣的最高容許工作溫度為105C。2. E級(jí)絕緣E級(jí)絕緣包括用聚酯樹脂、環(huán)氧樹脂、三醋酸纖維等制成的薄膜，聚乙烯醇縮醛高 強(qiáng)度漆包線上的磁漆等。用在中、小型交、直流電機(jī)中。E級(jí)絕緣的最高容許工作溫度為 120C。3. B級(jí)絕緣B級(jí)絕緣包括云母、石棉、玻璃絲等無機(jī)物用有機(jī)漆或樹脂(作了耐熱性處理)作為粘合劑制成的材料及其組合物，聚酯高強(qiáng)度漆包線上的磁漆等。一般大、中型同步機(jī)及 中、小型交、直流電機(jī)中采用。B級(jí)絕緣材料的最高容許工作溫度為130C。4. F級(jí)絕緣F級(jí)絕緣包括云母、石棉、玻璃絲等無機(jī)物用

3、硅有機(jī)化合物改性的合成樹脂漆，或 耐熱性能符合這一等級(jí)要求的醇酸、環(huán)氧樹脂作為粘合物而制成的材料或其組合物。F級(jí)絕緣的最高容許工作溫度為155C。5. H級(jí)絕緣H級(jí)絕緣包括硅有機(jī)物以及云母、石棉、玻璃絲等無機(jī)物用硅有機(jī)漆作為粘合物而 制成的材料。主要應(yīng)用在要求盡量縮小尺寸、減輕重量的場合，如航空電機(jī)、吊車電機(jī) 牽引電機(jī)等。H級(jí)絕緣最高容許工作溫度為 180C。6. C級(jí)絕緣C級(jí)絕緣包括無枯合劑的云母、石英、玻璃絲等，用熱穩(wěn)定性特別好的腫有機(jī)樹脂、 聚酰亞胺浸漬漆等處理過的石棉、玻璃纖維織物或其他制成物，以及聚酰亞胺基漆包線 的磁漆、聚酰亞胺薄膜等。C級(jí)絕緣是要求更高的絕緣材料，目前正在推廣使用

4、。它的最高容許工作溫度在 180 C以上。關(guān)于絕緣材料的使用兩須注意加下兩點(diǎn)：(1)電機(jī)的絕緣等級(jí)由它所采用的主要絕緣材料中耐熱等級(jí)最低的材料決定。在有 些特殊情況下，為了提高運(yùn)行的可靠性，還要降低絕緣等級(jí)使用。(2)溫度對(duì)絕緣材料壽命影響極大。實(shí)驗(yàn)表明，A級(jí)絕緣材料的壽命t(a)與使用溫度。(C)有如下關(guān)系：t=ceA-a式中c和a為試驗(yàn)決定的常數(shù)。例如當(dāng)a=0.088時(shí)，每當(dāng)溫度增高8C,絕緣壽命就縮短如果電機(jī)是屬于短期工作的，材料的容許最高工作溫度應(yīng)根據(jù)壽命縮短的情況相應(yīng) 地提高。第二節(jié)電機(jī)的發(fā)熱和測定溫度的方法一臺(tái)電機(jī)中的溫度分布和熱量流通情況十分復(fù)雜。各種損耗形成不同的熱風(fēng)損耗轉(zhuǎn)化為

5、熱量后，將流過不同的材料，由電機(jī)外表面散發(fā)至外面。主要的熱源來自電機(jī)內(nèi)部，即來自電流流過導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生的銅損耗，以及在鐵芯內(nèi)當(dāng)磁通變化時(shí)所產(chǎn)生的鐵損耗。軸承摩擦所產(chǎn)生的熱，僅為局部的熱源，對(duì)繞組和鐵芯的溫升影響不大。當(dāng)電機(jī)開始運(yùn)轉(zhuǎn)后，由于熱量不斷產(chǎn)生，各部分溫度將繼續(xù)增加，直到熱量的產(chǎn)生和散發(fā)達(dá)到乎衡為止。在電機(jī)內(nèi)部，各點(diǎn)的溫度是不均勻的。在發(fā)熱量大而散熱不易之處，例如在電樞的槽的底部溫度為最高。絕緣材料同時(shí)也是不良的導(dǎo)熱體，沿著絕緣層的溫度梯度較高，而導(dǎo)電體同時(shí)也是良好的導(dǎo)熱體，故在銅線內(nèi)部的溫度梯度很小。鋼片的導(dǎo)熱系數(shù)雖遠(yuǎn)不如銅但依舊是良好的導(dǎo)熱體。由于相鄰登片間的絕緣層，所以沿鐵芯軸向的導(dǎo)熱

6、系數(shù)大為減小。疊片壓緊時(shí)壓力的大小，也可影響導(dǎo)熱系數(shù)。絕緣材料的導(dǎo)熱系數(shù)極小，僅為銅的導(dǎo)熱系數(shù)的1/1000以下。棉絲經(jīng)過浸漬處理后，導(dǎo)熱系數(shù)可以增加3 4 倍，故浸漬對(duì)于熱量的流通有利。電機(jī)的熱量向外發(fā)散時(shí)主要依靠對(duì)流作用，其次為幅射作用。因?yàn)殡姍C(jī)的底座和電機(jī)所接觸的空氣都為不良導(dǎo)熱體，由傳導(dǎo)作用傳熱主要在電機(jī)內(nèi)部進(jìn)行。輻射作用的有效表面僅為電機(jī)各部分的外表面。對(duì)流作用又可區(qū)分為自然對(duì)流和強(qiáng)制對(duì)流兩種。自然對(duì)流作用是由于和散熱面相接觸的熱空氣的上升，且其所逸出的空間由周圍的的空氣的填補(bǔ)；強(qiáng)制對(duì)流作用是由待備的通風(fēng)器，例如附裝在機(jī)軸上的風(fēng)扇，在冷卻表面上形成氣流。旋轉(zhuǎn)著的電樞本身也起著帶動(dòng)氣流

7、的作用。限制溫升的有效方法是增強(qiáng)散熱作用。由于電機(jī)各部分的發(fā)熱和散熱過程比較復(fù)雜，影響的因素很多，所以對(duì)溫升的計(jì)算通常只作近似的估算，在設(shè)計(jì)電機(jī)時(shí)，常以經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)為依據(jù)。測定電機(jī)各部分溫度的方法，主要有下列四種。一、溫度計(jì)法此法用溫度計(jì)直接測定溫度，最為簡便。但用溫度計(jì)僅能接觸到電機(jī)各部分的表面，所測得的僅為表面溫度。用溫度計(jì)無法測出電機(jī)內(nèi)部的最高溫度。二、電阻法此法只能用以測定繞組的平均溫度，原理如下。在電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)以前，我們先測得繞組的冷態(tài)電阻r1 ， 即當(dāng)繞組溫度等于冷卻介質(zhì)溫度t1時(shí)的電阻。設(shè)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)以后繞組的濕度升高至t2,繞組的電阻便增加至r2。加溫度用攝氏來量度，則對(duì)銅線繞組有下列關(guān)系

8、：r1/r2= （ 235+t1 ） /（ 235+t2）由上式可知，如r1 、 r2 和 t1 為已知，便可求解t2。t1-t2 ，便是該繞組對(duì)冷卻介質(zhì)的溫升。對(duì)子鋁線繞組，將上式中常數(shù)235 改為225。三、埋量檢溫計(jì)法較大的電機(jī)，在裝配時(shí)，常在估計(jì)到可能有較高溫度的各點(diǎn)，埋置檢溫計(jì)。檢溫元件有熱電偶及電阻溫度計(jì)等。檢溫計(jì)的受熱端，可以埋在槽的深處，例如導(dǎo)體與橫底之間、上下層導(dǎo)體之間。檢溫計(jì)的引出端引至外面，接至測量儀表，借以讀出溫度。應(yīng)用的檢溫計(jì)愈多，則所測得的溫度愈有可能接近于最熱點(diǎn)的溫度。四、疊加法（雙橋帶電測溫法）在不中斷交變的負(fù)載電流的情況下，在負(fù)載電流上疊加一微弱直流電流，以測

9、量繞組直流電阻隨溫度而發(fā)生的變化從而確定交流繞組的溫升。電機(jī)各部分的溫升限度與所用絕橡材料的級(jí)別有關(guān)，與冷卻介質(zhì)的溫度有關(guān)，也與測 量溫度的方法有關(guān)。絕緣材料的壽命決定于它在遠(yuǎn)行時(shí)的絕對(duì)溫度，而不決定于溫升。從 冬季到夏季，從北方到南方，環(huán)境溫度的變化很大。當(dāng)環(huán)境溫度較低時(shí)，電機(jī)的溫升限度 可以提高，而當(dāng)環(huán)境溫度較高時(shí)，電機(jī)的溫升限度必須降低。為了明確起見，在規(guī)定電機(jī) 各部分的溫升限度時(shí)，必須同時(shí)規(guī)定冷卻介質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)溫度。我國電工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定冷卻介 質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)溫度為4QC。依據(jù)此規(guī)定，電機(jī)各部分的溫升，應(yīng)用不同的絕緣材料以及用不同 測溫方法，有不同的溫升限度。小結(jié)電機(jī)的額定容量是指符合定額的輸出功

10、率。它主要取決于電機(jī)各部分絕緣材料的極限 允許溫度。電機(jī)遠(yuǎn)行時(shí)各種損耗都變?yōu)闊崃?，使電機(jī)溫度升高，并向周圍冷卻介質(zhì)散熱， 最后達(dá)到熱穩(wěn)定，此時(shí)電機(jī)穩(wěn)定溫度與周圍介質(zhì)溫度之差稱為溫升，這是評(píng)價(jià)電機(jī)熱性能的重要指標(biāo)。溫升與電機(jī)的工作制、周圍環(huán)境有關(guān)。電機(jī)各部分溫度的溯量可用溫度計(jì)法、 電阻法；疊加法（雙橋帶電測溫法 卜埋置儉溫計(jì)法。電機(jī)的發(fā)熱和冷卻過程曲線都是按指數(shù)規(guī)律變化的。電機(jī)的散熱方式主要是對(duì)流，其次為輻射。對(duì)于旋轉(zhuǎn)電機(jī)，往往來用強(qiáng)制對(duì)流效果更好，因此電機(jī)的通風(fēng)冷卻方式對(duì)電機(jī)運(yùn)行影響很大，值得研究。電機(jī)溫升計(jì)算比較復(fù)雜，本章著重進(jìn)行了定性分析。1E2 電機(jī)的發(fā)熱與冷卻電機(jī)常用材料包尋：導(dǎo)電材

11、料、導(dǎo)磁材料和蒯綠材料等二種不同性質(zhì)用途的材料。也舞材料在使用中反復(fù)受到電流引起的甄升、環(huán)境條件變化、機(jī)械、電氣 此學(xué)和熱力 負(fù)荷以及其地因素等第種原因的作用.使其納緣靠力逐漸降低.就是匏老化&絕爆村邦I(lǐng)的壽曲也就決定了電動(dòng)機(jī)使用期限.絕繳材料能的使用的期限稱之為葩綠材料的壽布日；我國國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：電機(jī)使用的筑緣材料其最高允許溫度以及最高允許溫升分成七個(gè)等 級(jí)。如去11所示O杏種絕緣材科一離允許濕度與速升表表114第維等收YAEBFH(量高允許WJI(V)90105120IM155»«0180以上齡高之許H不。50658090115140140以上也綠杉料未經(jīng)過 浸

12、漆處強(qiáng) 的樞紗、 絲、紙華用絳然 漆處度過 的忸妙、 絲，紙等含有有 機(jī)材料所 組成的絕 獴制品，如 聚面帶膜、 環(huán)乂樹盾、 聚乙堂、股 紙板等云田、石 柝,欣聲軒 維等JM成，云母、石 棉，用有機(jī) 合成膠做 粘合劑的 制成品(硅石機(jī) 材料或用 代有機(jī)呵 料做粘合 泡的云母、 石柑、戢埼 奸縫等制 M段虎、陽 遂.石英等 無貪財(cái)W注；以上材料中、徵MIC級(jí)在電機(jī)中咬“聚汨電機(jī)在運(yùn)行中最高工作溫度3噸,不得超過繪綠材料最高允許溫度即。3*機(jī)標(biāo)這 就是按發(fā)熱條件朱證電機(jī)長期運(yùn)行而選用電機(jī)的依據(jù)，溫升的意義是電機(jī)帶負(fù)我運(yùn)行以后，在按規(guī)定條件運(yùn)行的時(shí)向內(nèi)溫度連續(xù)上升，洌得的 最n泄度m去周陽環(huán)境溫度的

13、泡度度.或者說電機(jī)在蛻定條件下運(yùn)行最高溫度比周圍環(huán)境溫 度升高的度牧，赤為溫升。電機(jī)運(yùn)行的最高允許阻升»= L-M(H-D我國標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：環(huán)境溫度 = 40匕. 絕緣材料的最高允許溫升，保證電機(jī)正常、安全運(yùn)行的發(fā)熱條件為:(112)(11-3)電機(jī)在運(yùn)行過程中電能振新將轉(zhuǎn)換成熱能引起電機(jī)沮度產(chǎn)高。發(fā)熱成不但與電流平方成 正比，幣且與負(fù)裁時(shí)間成正比，這就闡定了電動(dòng)機(jī)功率計(jì)券中各種工作制,如長期、短時(shí)、 克熨短時(shí)等規(guī)定，電機(jī)溫升有一個(gè)復(fù)雜的過程。負(fù)較運(yùn)行開始時(shí)電流所產(chǎn)生的熱量主要用于電機(jī)本身的息 升.一小部分散發(fā)到周展介質(zhì)中。隨著負(fù)載時(shí)間的增長.溫升增高,散發(fā)的熱電比例也增 大.當(dāng)電機(jī)所產(chǎn)

14、生的熱量等于散發(fā)到制圖介質(zhì)中熊鼠時(shí)，電機(jī)的溫升就不再增闡.而在其一 溫度上穩(wěn)定運(yùn)行， 35c 所以.電機(jī)的溫升不但與發(fā)熱有關(guān),而且與散熱也有關(guān)。為改善欷熱條件，降低溫度，再看各仲技術(shù)措施，如改善通風(fēng),用專M通風(fēng)機(jī)對(duì)大型電 動(dòng)機(jī)進(jìn)行冷卻，在電機(jī)外殼上加散熱耗等電機(jī)又是由各仲不同熱容粒與傳熱系數(shù)不同的材料制成的，所以在分析電機(jī)發(fā)烝與拎卻 時(shí)造成許多困難，為此在忽略一些次要因素的基礎(chǔ)上作以下兩點(diǎn)假慢電機(jī)以及其個(gè)別那分，如曉地、滋路等都假定為統(tǒng)一均勻體。因此，任何一部分體 積的比婷與其他各部分相同，各都分表面散熱系數(shù)也相同，而且比熱和散熱系數(shù)均為常數(shù)， 不隨溫度變化而變化。電機(jī)散發(fā)到周第介潢中熱量與電

15、機(jī)和周國介成的泡理差即遢升r成正比，而不受電 機(jī)本身漏度數(shù)值的影峋。一、電機(jī)的發(fā)熱司機(jī)發(fā)出的熱量為Q = *» (11 4)式中電機(jī)的總損耗(W)；A熱能與電能變埃的比例系數(shù)(J/m).在負(fù)載不變情況下，電機(jī)熱平窗方程式寫成：Qdt = Ardf + Cdr (J)(11-5)式中 A電機(jī)的散熱系數(shù)，即在電機(jī)溫度高于周圈介噴愚度1匕的溫差時(shí)，每秒鐘敢發(fā) 到周圉介質(zhì)中熱儲(chǔ)(J/C-);C熱容員.為電機(jī)制度升高1C所需要的熱毫u/t);r電機(jī)的溫升.在時(shí)間/時(shí)電機(jī)溫度高于周圍介質(zhì)濕度的度數(shù)(r)；dr電機(jī)在以時(shí)間內(nèi)的溫升(V )©這迫一階微分方程式，等號(hào)左邊代表電機(jī)在&

16、時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量，等號(hào)右邊第一項(xiàng)表 示散發(fā)到質(zhì)圍介質(zhì)中姒屬，而Cck是電機(jī)在df時(shí)何內(nèi)澧次升到dr所需要的熱量g將上式變數(shù)分離：(Q - Ar)d/ = Cdr求積分得出t = - *n( Q At) + K () A若電機(jī)在/ =0時(shí)其起始溫升r = ro代入上式得出積分常數(shù)K = £ln(Q - A”)將K值代入(11-7)式得：£ = 一 Q - Ar) - ln(Q - Ar0)l(H-6)(11-7)(11(11-9)Ci Q Ar設(shè)發(fā)慈時(shí)何常數(shù)了物理意文是假如電機(jī)熱第不散發(fā)到周用介質(zhì)中去，電機(jī)溟度達(dá)熨穩(wěn)定值Q所需要的 時(shí)間。它是反映電機(jī)雷升增長快慢程度的物理坦，

17、根征巖電機(jī)熱慣性大小,通常熱慣性比機(jī) 械慣性大得多，所以T比Tm大很多倍，小功率電機(jī)T約為幾十分鐘，大電機(jī)可達(dá)數(shù)小時(shí)”電機(jī)的檢定溫升(11-11)考慮以上二式后，(11-9)式寫成電機(jī)源升r-f (/)形式；r = r J 1 - ©-：)十 F|)e f(11-12)用它描述的指數(shù)曲線如圖11-1 (1)中曲線1所示,八)量余食(川旬他圖111電機(jī)的發(fā)器與冷卻曲線如果電機(jī)在才=0時(shí)從冷卻狀態(tài)開始發(fā)熱，則此時(shí)電機(jī)洞發(fā)等于周南介質(zhì)濕度“ =0, 上式變成,r = rj 1 - e4)(11-13)上式如圖lt-1 (1)中曲線2所示。以上兩條曲線最后穩(wěn)定溫升都等于一，這是因?yàn)樗鼈兌际前?/p>

18、電機(jī)具有相同負(fù)敕條件下 得出的，如：ani(1)中上面平行于橫軸虛裝位置。現(xiàn)在分析兩種確定丁的方法：£ 二 丁法。在上式中若2= 7則：r = q(1。eT) = 0.632、(11-14)因?yàn)殡姍C(jī)存在向周陽介度散熱，在，：丁時(shí)間內(nèi)電尻四升只達(dá)到0.632ry穩(wěn)定值“根據(jù)這一原理如果通過試臉而得到某臺(tái)電機(jī)的澄典曲線，則可以只在= / (/)曲線的 0.632。點(diǎn)上作垂直于橫軸的垂戰(zhàn)因確定時(shí)間常數(shù)T值。切線法” 352 在已知r = / (，)發(fā)熱曲線的，=0原點(diǎn)，作切線與平行于橫鞠的功線的交點(diǎn),到縱坐 標(biāo)跑周即為I (ft.其理論依據(jù)是將(11 13)式微分一次，井在£=0

19、時(shí)表示為切線斜率：(1M5)式中。處切線與橫坐標(biāo)軸的夾角。按(11/3)式可知！只有當(dāng)“8時(shí) 一 5 事實(shí)上，=47時(shí),r-0.982ry,即可以 認(rèn)為電機(jī)產(chǎn)生的熱置已全部散發(fā)到周遺介質(zhì)中去.達(dá)到/穩(wěn)定溫升。二、電機(jī)的冷卻電機(jī)負(fù)栽成小，從而使損地P或小,產(chǎn)生的熱* Q也就減少，或者停車時(shí)電機(jī)的溫升 F降，由原來的溫升降至新的廉定溫升r.,這個(gè)過程稱為冷卻過程，敘著微熱系數(shù)A值不 變，則冷卻過程的r =/(/)方程為(11-16)，1 - e 小)+ rye式中ry冷卻開始時(shí)亂升；Q新的穩(wěn)定溫升。詼?zhǔn)角€如圖111 (2)曲線1所示。若切除電源停車，則2 P = o即Q = 0電機(jī)不再產(chǎn)生執(zhí)量,

20、潟升逐漸下降,最后冷卻到與 周圍介啦的阻度相等，故此時(shí)rn = 0,上式寫成(U-17)它用圖11-1 (2)中曲線2表示。11.3電機(jī)工作方式分類 .根據(jù)電機(jī)發(fā)熱和冷卻情況，以及負(fù)載持續(xù)時(shí)間不同將電機(jī)運(yùn)行方式分成三種工作耦,， 一、長期工作制，1用IL2反期工作制的功率負(fù)仗33與亂升曲級(jí)又舜為連虢工作制，特點(diǎn)是電機(jī)連續(xù)工作時(shí)間較長/> (3-4) T.有的達(dá)幾小時(shí)、幾天等這類電機(jī)以根據(jù)銘牌規(guī) 定的功率長期運(yùn)行，其溫升達(dá)到穩(wěn)定值，選用時(shí)其租定溫升rz等于電機(jī)的最高允許溫升r-c圖1L2表示了它的功率P = f (r)曲線和澧升t = / (r) 曲線.這類電機(jī)在產(chǎn)品中占大敬融,弊牌或樣本

21、并數(shù)中未注明 工作制的電機(jī)都屬于長期工作制。屬于此類工作機(jī)械有泵類、通風(fēng)機(jī)、礦山空壓機(jī)，主明風(fēng) 機(jī)、費(fèi)紙機(jī)、球*機(jī)、浮選機(jī)等，二、短時(shí)工作制特點(diǎn)是電機(jī)帶負(fù)轂工作時(shí)間很短，即：< (34) T,在這期間溫升達(dá)不到穩(wěn)定值. 而停車?yán)鋮s腦間很長“(3-4) T,足以能夠使電機(jī)各部分冷卻到和周圉介質(zhì)潟度相同,.353 圖”3短時(shí)工作制的功率 負(fù)載圖與程升曲線即阻升卜降到零0圖11-3我示了負(fù)載n = / (t)與:=/ (/)曲線。其中 與橫坐標(biāo)軸平行的,虛線ry表示帶同樣負(fù)載長期工作制達(dá)到的 溫升稔定值。r,為其額定溫升，它小于j值，即一3若電機(jī)工作時(shí)間超過規(guī)定的時(shí)間運(yùn)行，它格按=/ (t) 虛線部分上升，超過阻升Q會(huì)因過熱而使電機(jī)壽命降低6由于工作性質(zhì)帶點(diǎn)，一些短時(shí)工作制的電嘰功率只取決于 其過載