電機中常用絕緣材料

1、在進行電力拖動設計時， 必須按照經(jīng)濟、可靠的原則為生產(chǎn)機械選擇電動機.首要的是在各種工作方式和工作條件下電動機功率的選擇，同時還要確定電動機的電流種類、形式、額定電壓與額定轉速。決定電動機功率時，既要考慮電動機能夠勝任生產(chǎn)機械負載的要求，還?？紤]電動機的發(fā)熱、允許過載能力與啟動能力等因素，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機發(fā)熱和冷卻的一般規(guī)律，然后再根據(jù)負載運行的不同倩況介紹正確選擇電動機的原則和電動機運行中的監(jiān)視與維護方面的知識。§ 72電機中常用的絕緣材料及其容許溫度電機中常用的絕緣材料，按其耐熱能力分為A、E、B、F、H和C六個等級。1. A級絕緣A級絕緣

2、包括經(jīng)過浸漬處理的棉紗、絲、紙等有機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級絕緣的最高容許工作溫度為105C。2. E級絕緣E級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 強度漆包線上的磁漆等。用在中、小型交、直流電機中。E級絕緣的最高容許工作溫度為 120C。3. B級絕緣B級絕緣包括云母、石棉、玻璃絲等無機物用有機漆或樹脂(作了耐熱性處理)作為粘合劑制成的材料及其組合物，聚酯高強度漆包線上的磁漆等。一般大、中型同步機及 中、小型交、直流電機中采用。B級絕緣材料的最高容許工作溫度為130C。4. F級絕緣F級絕緣包括云母、石棉、玻璃絲等無機物用

3、硅有機化合物改性的合成樹脂漆，或 耐熱性能符合這一等級要求的醇酸、環(huán)氧樹脂作為粘合物而制成的材料或其組合物。F級絕緣的最高容許工作溫度為155C。5. H級絕緣H級絕緣包括硅有機物以及云母、石棉、玻璃絲等無機物用硅有機漆作為粘合物而 制成的材料。主要應用在要求盡量縮小尺寸、減輕重量的場合，如航空電機、吊車電機 牽引電機等。H級絕緣最高容許工作溫度為 180C。6. C級絕緣C級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。關于絕緣材料的使用兩須注意加下兩點：(1)電機的絕緣等級由它所采用的主要絕緣材料中耐熱等級最低的材料決定。在有 些特殊情況下，為了提高運行的可靠性，還要降低絕緣等級使用。(2)溫度對絕緣材料壽命影響極大。實驗表明，A級絕緣材料的壽命t(a)與使用溫度。(C)有如下關系：t=ceA-a式中c和a為試驗決定的常數(shù)。例如當a=0.088時，每當溫度增高8C,絕緣壽命就縮短如果電機是屬于短期工作的，材料的容許最高工作溫度應根據(jù)壽命縮短的情況相應 地提高。第二節(jié)電機的發(fā)熱和測定溫度的方法一臺電機中的溫度分布和熱量流通情況十分復雜。各種損耗形成不同的熱風損耗轉化為

5、熱量后，將流過不同的材料，由電機外表面散發(fā)至外面。主要的熱源來自電機內部，即來自電流流過導體時產(chǎn)生的銅損耗，以及在鐵芯內當磁通變化時所產(chǎn)生的鐵損耗。軸承摩擦所產(chǎn)生的熱，僅為局部的熱源，對繞組和鐵芯的溫升影響不大。當電機開始運轉后，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)達到乎衡為止。在電機內部，各點的溫度是不均勻的。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。絕緣材料同時也是不良的導熱體，沿著絕緣層的溫度梯度較高，而導電體同時也是良好的導熱體，故在銅線內部的溫度梯度很小。鋼片的導熱系數(shù)雖遠不如銅但依舊是良好的導熱體。由于相鄰登片間的絕緣層，所以沿鐵芯軸向的導熱

6、系數(shù)大為減小。疊片壓緊時壓力的大小，也可影響導熱系數(shù)。絕緣材料的導熱系數(shù)極小，僅為銅的導熱系數(shù)的1/1000以下。棉絲經(jīng)過浸漬處理后，導熱系數(shù)可以增加3 4 倍，故浸漬對于熱量的流通有利。電機的熱量向外發(fā)散時主要依靠對流作用，其次為幅射作用。因為電機的底座和電機所接觸的空氣都為不良導熱體，由傳導作用傳熱主要在電機內部進行。輻射作用的有效表面僅為電機各部分的外表面。對流作用又可區(qū)分為自然對流和強制對流兩種。自然對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；強制對流作用是由待備的通風器，例如附裝在機軸上的風扇，在冷卻表面上形成氣流。旋轉著的電樞本身也起著帶動氣流

7、的作用。限制溫升的有效方法是增強散熱作用。由于電機各部分的發(fā)熱和散熱過程比較復雜，影響的因素很多，所以對溫升的計算通常只作近似的估算，在設計電機時，常以經(jīng)驗數(shù)據(jù)為依據(jù)。測定電機各部分溫度的方法，主要有下列四種。一、溫度計法此法用溫度計直接測定溫度，最為簡便。但用溫度計僅能接觸到電機各部分的表面，所測得的僅為表面溫度。用溫度計無法測出電機內部的最高溫度。二、電阻法此法只能用以測定繞組的平均溫度，原理如下。在電機運轉以前，我們先測得繞組的冷態(tài)電阻r1 ， 即當繞組溫度等于冷卻介質溫度t1時的電阻。設電機運轉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，則對銅線繞組有下列關系

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 ，便是該繞組對冷卻介質的溫升。對子鋁線繞組，將上式中常數(shù)235 改為225。三、埋量檢溫計法較大的電機，在裝配時，常在估計到可能有較高溫度的各點，埋置檢溫計。檢溫元件有熱電偶及電阻溫度計等。檢溫計的受熱端，可以埋在槽的深處，例如導體與橫底之間、上下層導體之間。檢溫計的引出端引至外面，接至測量儀表，借以讀出溫度。應用的檢溫計愈多，則所測得的溫度愈有可能接近于最熱點的溫度。四、疊加法（雙橋帶電測溫法）在不中斷交變的負載電流的情況下，在負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。電機各部分的溫升限度與所用絕橡材料的級別有關，與冷卻介質的溫度有關，也與測 量溫度的方法有關。絕緣材料的壽命決定于它在遠行時的絕對溫度，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。當環(huán)境溫度較低時，電機的溫升限度 可以提高，而當環(huán)境溫度較高時，電機的溫升限度必須降低。為了明確起見，在規(guī)定電機 各部分的溫升限度時，必須同時規(guī)定冷卻介質的標準溫度。我國電工技術標準規(guī)定冷卻介 質的標準溫度為4QC。依據(jù)此規(guī)定，電機各部分的溫升，應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。小結電機的額定容量是指符合定額的輸出功

10、率。它主要取決于電機各部分絕緣材料的極限 允許溫度。電機遠行時各種損耗都變?yōu)闊崃?，使電機溫度升高，并向周圍冷卻介質散熱， 最后達到熱穩(wěn)定，此時電機穩(wěn)定溫度與周圍介質溫度之差稱為溫升，這是評價電機熱性能的重要指標。溫升與電機的工作制、周圍環(huán)境有關。電機各部分溫度的溯量可用溫度計法、 電阻法；疊加法（雙橋帶電測溫法 卜埋置儉溫計法。電機的發(fā)熱和冷卻過程曲線都是按指數(shù)規(guī)律變化的。電機的散熱方式主要是對流，其次為輻射。對于旋轉電機，往往來用強制對流效果更好，因此電機的通風冷卻方式對電機運行影響很大，值得研究。電機溫升計算比較復雜，本章著重進行了定性分析。1E2 電機的發(fā)熱與冷卻電機常用材料包尋：導電材

11、料、導磁材料和蒯綠材料等二種不同性質用途的材料。也舞材料在使用中反復受到電流引起的甄升、環(huán)境條件變化、機械、電氣 此學和熱力 負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的壽曲也就決定了電動機使用期限.絕繳材料能的使用的期限稱之為葩綠材料的壽布日；我國國家標準規(guī)定：電機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等 級。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 的樞紗、 絲、紙華用絳然 漆處度過 的忸妙、 絲，紙等含有有 機材料所 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 合成膠做 粘合劑的 制成品(硅石機 材料或用 代有機呵 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W注；以上材料中、徵MIC級在電機中咬“聚汨電機在運行中最高工作溫度3噸,不得超過繪綠材料最高允許溫度即。3*機標這 就是按發(fā)熱條件朱證電機長期運行而選用電機的依據(jù)，溫升的意義是電機帶負我運行以后，在按規(guī)定條件運行的時向內溫度連續(xù)上升，洌得的 最n泄度m去周陽環(huán)境溫度的

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

14、生的熱量等于散發(fā)到制圖介質中熊鼠時，電機的溫升就不再增闡.而在其一 溫度上穩(wěn)定運行， 35c 所以.電機的溫升不但與發(fā)熱有關,而且與散熱也有關。為改善欷熱條件，降低溫度，再看各仲技術措施，如改善通風,用專M通風機對大型電 動機進行冷卻，在電機外殼上加散熱耗等電機又是由各仲不同熱容粒與傳熱系數(shù)不同的材料制成的，所以在分析電機發(fā)烝與拎卻 時造成許多困難，為此在忽略一些次要因素的基礎上作以下兩點假慢電機以及其個別那分，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。電機散發(fā)到周第介潢中熱量與電

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

16、時間內產(chǎn)生的熱量，等號右邊第一項表 示散發(fā)到質圍介質中姒屬，而Cck是電機在df時何內澧次升到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若電機在/ =0時其起始溫升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設發(fā)慈時何常數(shù)了物理意文是假如電機熱第不散發(fā)到周用介質中去，電機溟度達熨穩(wěn)定值Q所需要的 時間。它是反映電機雷升增長快慢程度的物理坦，

17、根征巖電機熱慣性大小,通常熱慣性比機 械慣性大得多，所以T比Tm大很多倍，小功率電機T約為幾十分鐘，大電機可達數(shù)小時”電機的檢定溫升(11-11)考慮以上二式后，(11-9)式寫成電機源升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電機的發(fā)器與冷卻曲線如果電機在才=0時從冷卻狀態(tài)開始發(fā)熱，則此時電機洞發(fā)等于周南介質濕度“ =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，這是因為它們都是按

18、電機具有相同負敕條件下 得出的，如：ani(1)中上面平行于橫軸虛裝位置?，F(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)因為電機存在向周陽介度散熱，在，：丁時間內電尻四升只達到0.632ry穩(wěn)定值“根據(jù)這一原理如果通過試臉而得到某臺電機的澄典曲線，則可以只在= / (/)曲線的 0.632。點上作垂直于橫軸的垂戰(zhàn)因確定時間常數(shù)T值。切線法” 352 在已知r = / (，)發(fā)熱曲線的，=0原點，作切線與平行于橫鞠的功線的交點,到縱坐 標跑周即為I (ft.其理論依據(jù)是將(11 13)式微分一次，井在£=0

19、時表示為切線斜率：(1M5)式中。處切線與橫坐標軸的夾角。按(11/3)式可知！只有當“8時 一 5 事實上，=47時,r-0.982ry,即可以 認為電機產(chǎn)生的熱置已全部散發(fā)到周遺介質中去.達到/穩(wěn)定溫升。二、電機的冷卻電機負栽成小，從而使損地P或小,產(chǎn)生的熱* Q也就減少，或者停車時電機的溫升 F降，由原來的溫升降至新的廉定溫升r.,這個過程稱為冷卻過程，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冷卻開始時亂升；Q新的穩(wěn)定溫升。詼式曲線如圖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rn = 0,上式寫成(U-17)它用圖11-1 (2)中曲線2表示。11.3電機工作方式分類 .根據(jù)電機發(fā)熱和冷卻情況，以及負載持續(xù)時間不同將電機運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仗33與亂升曲級又舜為連虢工作制，特點是電機連續(xù)工作時間較長/> (3-4) T.有的達幾小時、幾天等這類電機以根據(jù)銘牌規(guī) 定的功率長期運行，其溫升達到穩(wěn)定值，選用時其租定溫升rz等于電機的最高允許溫升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 工作制的電機都屬于長期工作制。屬于此類工作機械有泵類、通風機、礦山空壓機，主明風 機、費紙機、球*機、浮選機等，二、短時工作制特點是電機帶負轂工作時間很短，即：< (34) T,在這期間溫升達不到穩(wěn)定值. 而停車冷卻腦間很長“(3-4) T,足以能夠使電機各部分冷卻到和周圉介質潟度相同,.353 圖”3短時工作制的功率 負載圖與程升曲線即阻升卜降到零0圖11-3我示了負載n = / (t)與:=/ (/)曲線。其中 與橫坐標軸平行的,虛線ry表示帶同樣負載長期工作制達到的 溫升稔定值。r,為其額定溫升，它小于j值，即一3若電機工作時間超過規(guī)定的時間運行，它格按=/ (t) 虛線部分上升，超過阻升Q會因過熱而使電機壽命降低6由于工作性質帶點，一些短時工作制的電嘰功率只取決于 其過載