Как определить температуру обмоток электродвигателей переменного тока по их сопротивлению

Измерение температуры обмоток при испытаниях электродвигателя на нагревание

Температуру обмоток определяют при испытаниях двигателя на нагревание. Испытания на нагревание производят для определения абсолютной температуры или превышения температуры обмотки или частей электродвигателя относительно температуры охлаждающей среды при номинальной нагрузке Электроизоляционные материалы, применяемые в конструкциях электрических машин, стареют и постепенно теряют электрическую и механическую прочность. Быстрота этого старения зависит главным образом от температуры, при которой работает изоляция.

Многочисленными опытами установлено, что долговечность (срок службы) изоляции сокращается вдвое, если температура, при которой она работает, на 6-8 °С превышает предельную для данного класса нагревостойкости.

ГОСТ 8865-93 устанавливает следующие классы нагревостойкости электроизоляционных материалов и характерные для них предельные температуры:

Класс нагревостойкости - Y А Е В F Н С Предельная температура, соответственно - 90, 105, 120, 130, 155, 180, св.180 гр. С

Испытания на нагревание могут осуществляться при непосредственной нагрузке и косвенным методом (нагревание от основных потерь). Их проводят до установившейся температуры при практически неизменной нагрузке. Установившейся считают температуру, которая в течение 1 ч изменяется не более чем : 1 °С.

В качестве нагрузки при испытаниях на нагревание применяют различные устройства, наиболее простыми из которых являются различные тормоза (колодочные, ленточные и т.д.), а также нагрузки, обеспечиваемые генератором, работающим реостат.

При испытаниях на нагревание определяют не только абсолютную температуру, но и превышение температуры обмоток над температурой охлаждающей среды.

Таблица 2 Предельно допустимые превышения температур частей двигателя

Как видно из таблицы, в ГОСТе предусмотрены различные методы измерения температур в зависимости от конкретных условий и частей машин, у которых необходимо проводить измерения.

Методом термометра определяют температуру поверхности в точке приложения (поверхность корпуса, подшипников, лобовых частей обмотки), температуру окружающей среды и воздуха, поступающего и выходящего из двигателя. Применяют как ртутные, так и спиртовые термометры. Вблизи сильных переменных магнитных полей следует применять только спиртовые термометры, так как в ртути наводятся вихревые токи, искажающие результаты измерения. Для лучшей передачи теплоты от узла к термометру резервуар последнего обертывают фольгой, а затем прижимают к нагретому узлу. Для теплоизоляции термометра поверх фольги накладывают слой ваты или войлока таким образом, чтобы последний не попал в пространство между термометром и нагретой частью двигателя.

При измерении температуры охлаждающей среды термометр следует помещать в закрытый металлический стаканчик, заполненный маслом и защищающий термометр от лучистой теплоты, испускаемой окружающими тепловыми источниками и самой исследуемой машиной, и случайных потоков воздуха.

При измерении температуры наружной охлаждающей среды несколько термометров располагают в разных точках вокруг исследуемой машины на высоте, равной половине высоты машины, и на расстоянии 1 - 2 м от нее. За температуру охлаждающей среды принимают среднее арифметическое значение показаний этих термометров.

Метод термопары, широко применяемый для измерения температур, используется в основном в машинах переменного тока. Термопары закладывают в пазы между слоями обмоток и на дно паза, а также в других труднодоступных местах.

Для измерения температур в электрических машинах обычно применяют медно-константановые термопары, состоящие из медной и константановой проволок диаметром около 0,5 мм. В одной паре концы термопары спаяны между собой. Места спая обычно помещают в ту точку, где необходимо измерить температуру («горячий спай»), а вторую пару концов подключают непосредственно к зажимам чувствительного милливольтметра с большим внутренним сопротивлением. В том месте, где ненагреваемый конец константановой проволоки соединяется с медным проводником (на клемме измерительного прибора или переходной клемме), образуется так называемый «холодный спай» термопары.

На поверхности контакта двух металлов (константана и меди) возникает ЭДС, пропорциональная температуре в месте контакта, причем на константане образуется минус, а на меди плюс. ЭДС возникает как на «горячем», так и на «холодном» спае термопары. Однако поскольку температуры спаев разные, то и значения ЭДС различны, а так как в контуре, образованном термопарой и измерительным прибором, эти ЭДС направлены навстречу друг другу, то милливольтметр всегда измеряет разность ЭДС «горячего» и «холодного» спаев, соответствующую разности температур.

Опытом установлено, что ЭДС медно-константановой термопары составляет 0,0416 мВ на 1 °С разности температур «горячего» и «холодного» спаев. В соответствии с этим можно отградуировать шкалу милливольтметра в градусах Цельсия. Так как термопара фиксирует только разность температур, то для определения абсолютной температуры «горячего» спая следует к показаниям термопары прибавить температуру «холодного» спая, из-меренную термометром.

Метод сопротивления — определение температуры обмоток по их сопротивлению постоянному току часто используется для измерения температуры обмоток. Метод основан на известном свойстве металлов изменять свое сопротивление в зависимости от температуры.

Для определения превышения температуры осуществляют измерения сопротивления обмотки в холодном и нагретом состояниях и производят вычисления.

Следует учитывать, что с момента отключения двигателя до начала замеров проходит некоторое время, в течение которого обмотка успевает остыть. Поэтому для правильного определения температуры обмоток в момент отключения, т.е. в рабочем состоянии двигателя, после отключения машины по возможности через равные промежутки времени (по секундомеру) производят несколько измерений. Эти промежутки не должны превышать времени от момента выключения до первого замера. Затем производят экстраполяцию измерений, построив график R = f(t).

Методом амперметра - вольтметра измеряют сопротивление обмотки. Первое измерение производят не позднее чем через 1 мин от момента отключения двигателя для машин мощностью до 10 кВт, через 1,5 мин — для машин мощностью 10—100 кВт и через 2 мин — для машин мощностью выше 100 кВт.

Если первое измерение сопротивления произведено не более чем через 15 - 20 с момента выключения, то за сопротивление принимают наибольшее из первых трех измерений. Если первое измерение произведено более чем через 20 с после отключения машины, то устанавливают поправку на остывание. Для этого производят 6 - 8 измерений сопротивления и строят график изменения сопротивления при остывании. По оси ординат откладывают соответствующие измеренные сопротивления, а по оси абсцисс — время (точно в масштабе), прошедшее от момента выключения электродвигателя до первого измерения, промежутки между измерениями и получают кривую, изображенную на графике сплошной линией. После этого продолжают эту кривую влево, сохраняя характер ее изменения, до пересечения с осью ординат (изображена пунктирной линией). Отрезок на оси ординат от начала координат до пересечения с пунктирной линией с достаточной точностью определяет искомое сопротивление обмотки двигателя в горячем состоянии.

Основная номенклатура двигателей, установленных на промышленных предприятиях, включает в себя изоляционные материалы классов А и В. Например, если для пазовой изоляции применен материал на основе слюды класса В, а для обмотки провод ПБД с хлопчатобумажной изоляцией класса А, то двигатель по классу нагревостойкости относится к классу А. Если температура охлаждающей среды ниже 40 °С (нормы для которой приведены в табл.), то для всех классов изоляции допускаемые превышения температуры могут быть увеличены на столько градусов, на сколько температура охлаждающей среды ниже 40 °С, но не более чем на 10 °С. Если температура охлаждающей среды 40 - 45 °С, то предельно допустимые превышения температуры, указанные в табл., снижаются для всех классов изоляционных материалов на 5 °С, а при температурах охлаждающей среды 45—50 °С -- на 10 °С. За температуру охлаждающей среды обычно принимают температуру окружающего воздуха.