1、电机转速与温升检测装置的设置讲诉毕业设计（论文）题 目： 电机转速与温升检测装置的设置 系 部： 机械系 专 业： 机电一体化 学 号： 学生姓名： 指导教师： 二O一四 年 四 月 二十五 日毕业论文（设计）任务书课题名称： 电机转速与温升检测装置的设置 系 部： 机械系 专 业： 机电一体化 学 号： 学生姓名： 指导教师： 二一四 年 四 月 二十五 日 1、毕业论文（设计）的目的与要求：发电机在运行时，由于各种损耗的存在，将使发电机的定子绕组，转子绕组及铁芯发热而导致温度升高。如果各部温度超过了绝缘材料的允许工作温度，就会使绝缘老化加快，从而大大缩短发电机的使用寿命。发电机的温升试验，
2、就是为了在发电机带负荷运行时，了解各部分温度的变化情况，以便将其控制在限额之内，保证发电机的安全运行。电机中绝缘材料的寿命与运行温度有密切的关系，为保证电机安全、合理的使用，需要监视与测量电机绕组、铁心等其他部分的温度。按国家标准规定，不同绝缘等级的电机绕组有不同的允许温升。二、毕业论文（设计）的内容：电机由常温（其各部分温度与环境温度相同）开始运行，温度不断升高，当其高出环境温度后，一方面继续吸收热量缓慢升温。另一方面开始向周围散发热量。当电机处于热量平衡装态，温度不再升高时，电机的温度与环境温度之差称之为电机温升。一般来说和转速关系最大的是轴承温升，电机温升不单单和转速有关。三、毕业论文（
3、设计）进程的安排序 号论文（设计）各阶段名称日 期备 注1读毕业设计资料，了解具体要求2014.1.122确定毕业设计题目2014.2.33搜集相关资料，请教老师2014.2.204大体思路汇报给老师给予指导2014.3.105详细做设计2014.4.196上交毕业设计2014.4.25四、任务执行日期：自_2014_年_1_月_11_日起，至_2014_年_4 _月_25 _日止。 学 生（签字）_ 指导教师（签字）_ 系主任（签字） _ 毕业设计（论文）成绩评定表系部：机械系 专业：机电一体化 班级：11机电二班 姓 名设计（论文）总成绩：设计（论文）题目电机转速与温升检测装置的设置指导教
4、师评语评定成绩： 签名： 年 月 日评 阅 人 评 语评定成绩： 签名： 年 月 日答 辩 小 组 评 语答辩成绩： 组长签名： 年 月 日注：设计（论文）总成绩=指导教师评定成绩（30%）评阅人评定成绩（30%）答辩成绩（40%）摘要 电力电子技术是能够给电力工业带来革命性进步的新技术，而电力电子试验室的建设是电力电子技术在电力系统中工程化应用的先决条件，按照IEC有关标准，各类电力电子实用装置均对相关的实验条件提出了具体的要求。同时，试验装备(耐压试验装置、温升试验装置、过电流试验装置以及合成“全工况”试验装置)的建设又将进一步促进电力电子装置实用化进程。 目前电力电子试验室建设的首要任务
5、就是完成温升试验装置开发工作。这是由温升试验装置的核心与基础地位所决定的。因为它一方面要负责被试品的温升试验，即测试被试品在正常工作情况下的温度性能指标。另一方面它还将是进行过电流试验、合成“全工况”试验的辅助设备，没有它将无法进行这两项试验。因此相对而言温升试验装置更具基础性和必要性。 温升试验装置实际上就是一个可提供不同等级大电流的单相、高压试验电源。该试验电源一次回路的设计原理较为简单。首先通过一个转换变压器将三相电源转换为单相电源，然后通过单相温升试验变压器向被试品(高压阀)提供不同等级的高电压、大电流。温升试验装置的二次部分，即测控系统作为试验装置的神经中枢，对试验装置自身的性能和调
6、节特性都有十分重要的作用，特别是温升试验回路的测控系统必须具备较大的控制灵活性，因为它不仅仅是用于温升试验，还要提供辅助接口作为过电流试验、合成“全工况”试验的辅助部分协同工作。经过综合比较我们决定采用西门子公司的可编程序控制器(PLC)技术和PROFIBUS现场总线技术来实现温升试验装置的测量、控制功能。 最后依据温升装置在验收调试过程和TCSC TE板触发功能的开发调试等实际运行过程中收集的大量试验数据、波形图文件进行了充分的理论分析、过程判别，从而对温升试验装置做出一个全面的、客观的性能评估。 电机温升对电机的安全可靠运行和绝缘寿命长短有着非常重要的影响,因此把电机温升测试作为电机型式试
7、验和出厂试验的重要组成部分。本论文介绍了多种电机温升的测试方法,同时根据定子电阻与其自身温升的线性关系,重点研究用定子电阻在线监测方法实现对交流电机定子绕组平均温升的在线实时测试。分别详细论述了等效直流灌注法和双电抗器法两种交流电机定子电阻在线测试方法的原理和实现方案,设计开发了相应的电机温升测试系统。 等效直流灌注法并非真实地向绕组内部注入直流电流,而是通过串联在电机供电回路的一种简单电路装置,通过改变一个工频周期内此装置两端的阻抗,等效为向定子绕组中注入可控的直流,从而测得定子电阻的实时变化。关键词：电动机；温度；温升；绝缘目录1 绪论.11.1 发电机温升意义 11.2 电机的转速 1
8、1.3 电机绝缘温升、防护等级.22 电机的温度与温升.10 2.1绝缘材料的耐热等级.10 2.2温升的概述.10 2.3温升与气温等因素的关系.12 2.4极限工作温度与最高工作温度.13 2.5电动机各部位的温度限度.14 2.6故障的排除.153 温度与温升测量.15 3.1温度的测量.15 3.2温度测量三种基本方法.16 3.3电动机的温升测量.18 3.4电机温升测试注意问题.19 结论与展望.19 致谢.21 附录.22 参考文献.23第一章 绪 论1.1发电机温升意义 发电机在运行时，由于各种损耗的存在，将使发电机的定子绕组、转子绕组及铁芯发热而导致发电机温度升高。如果各部温
9、度超过了绝缘材料的允许工作温度，就会使绝缘老化加快，从而大大缩短发电机的使用寿命。 发电机的温升试验，就是为了了解发电机在带负荷运行时，各部分温度的可能变化情况，从而能将其控制在限额以内，保证发电机的安全可靠运行。温升试验的意义如下。(1)了解发电机在额定状态下运行时，发电机的额定负荷能力和过载能力。(2)绘制发电机在允许的电压变动范围内，及不同冷却介质温度时的极限工作能力曲线，从而为发电机在非正常情况下的运行提供依据。(3)研究发电机各部分温度与最高发热点温度的关系，为评价和改进发电机结构及通风冷却系统提供依据。(4)测定定子绕组绝缘热降，研究绝缘热降所反映的绝缘老化情况。(5)确定绕组平均
10、温度、最高发热点温度和测温计反映的温度之间的关系，研究准确监视测量绕组温度的方法。1.2电机的转速直流电机：电枢电压.磁通.电枢回路电阻(与线圈线径.匝数.长短及外接的有关)。交流电机：电源频率.极对数.转差率(主要取决转子回路电阻) 无论直流电机还是交流电机，运行时的发热，均来自于电机的损耗，也就是说，效率越高的电机，损耗越小，发热也就愈少，温升则低反之损耗越大。发热就厉害，温升则高，因此可以把一台电机损耗的大小，等效成一个功率大小不同的电炉对电机个体加热7前面的温升试验发电机陪试法，则是一种间接电炉加热法，即被试电机带额定负载运行时损耗象附带放了一个电炉为电机个体加热。有了间接电炉法，可以
11、想能否用直接电炉法为电机个体加热。回答是可以的，方法是只要能测知这台电机的效率是多少，就可算出这台电机额定输出时的损耗功率是多少，然后将这台电机的转子卡住堵转，再在线圈内通直流电流，电流的大小，等于它与端电压的乘积3即额定运行时的损耗功率。这样测出的堵转温升理论上应与电机额定运行的测出的温升相等，因二者的发热条件和散热条件基本一样。等效法测电机温升正是基于这一原理。1.3电机绝缘温升、防护等级1.3.1电动机防护等级 IP（INTERNATIONALPROTECTION）防护等级是专门的工业防护等级，它将电器依其防尘、防湿气之特性加以分级。这里所指的外物含工具，人的手指等均不可接触到电器内之带
12、电部分，以免触电。IP防护等级是由两个数字所组成，第一个数字表示电器离尘、防止外物侵入的等级，第二个数字表示电器防湿气、防水侵入的密闭程度，数字越大表示其防护等级越高，两个标示数字所表示的防护等级如表一及表二。电机防护等级（第一位数字）的分级和定义 0 无防护没有专门的防护1 防护大于50mm的固体能防止直径大于50mm的固体异物进入壳内。能防止人体的某一大面积部分（如手）偶然或意外地触及壳内带电或运动部分，但不能防止有意识地接近这些部分。2 防护大于12mm的固体能防止直径大于12mm的固体异物进入壳内。能防止手指触及壳内带电或运动部分3 防护大于2.5mm的固体能防止直径大于2.5mm的固
13、体异物进入壳内。能防止厚度或直径大于2.5mm的工具、金属线等触及壳内带电或运动部分4 防护大于1mm的固体能防止直径大于1mm的固体异物进入壳内。能防止直径或厚度大于1mm的导线或片条触及壳内带电或运转部分5 防尘能防止灰尘进入达到影响产品正常运行的程度，完全防止触及壳内带电或运动部分。6 尘密能完全防止灰尘进入壳内，完全防止触及壳内带电或运动部分对用同轴外风扇冷却的电机，风扇的防护应能防止其风叶或轮辐被手触及，在出风口，手插入时，其直径为50mm的护板不能通过。不包括泄水孔，泄水孔应不低于2级的规定。电机防护等级（第二位数字）的分级和定义 0 无防护没有专门的防护1 防滴垂直的滴水应不能直
14、接进入电机内部2 防滴与铅垂线成15o角范围内的滴水，应不能直接进入电机内部3 防淋水与铅垂线成60O角范围内的淋水，应不能直接进入电机内部4 防溅任何方向的溅水对电机应无有害的影响5 防喷水任何方向的喷水对电机应无有害的影响6 防海浪或强加喷水猛烈的海浪或强力的喷水对电机应无有害影响7 浸 水电机在规定的压力和时间下浸在水中，其进水量应无有害影响8 潜 水电机在规定的压力下长时间浸在水中，其进水量应无有害影响 电机最常用的防护等级有IP11、IP21、IP22、IP23、IP44、IP54、IP55等。电机防护等级用IPXX表示,IPXX后第一个数字表示防尘,数字为0、1、2、3、4、5,数
15、字越大,防尘等级越高。第二个数字表示防水,数字为0、1、2、3、4、5、6、7、8,数字越大,防水等级越高。 IECIP防护等级定义IP表示IngressProtection（进入防护），IECIP防护等级是电气设备安全防护的重要保障等级。IP防护等级系统提供了一个以电器设备和包装的防尘、防水和防碰撞程度来对产品进行分类的方法，这套系统得到了多数欧洲国家的认可，国际电工协会IEC（InternationalElectroTechnicalCommission）起草，并在IED529（BSEN60529：1992）外包装防护等级（IPcode）中宣布。防护等级多以IP后跟随两个数字来表述，数字用
16、来明确防护的等级。第一个数字表明设备抗微尘的范围，或者是人们在密封环境中免受危害的程度。I代表防止固体异物进入的等级，最高级别是6；第二个安字表明设备防水的程度，最高级别是8。接触保护和外来物保护等级(第一个数字)防水保护等级(第二个数字)X的意义：它表示外壳对人和壳内部件的防护，共分6个等级X防护等级防护等级防护等级0 无防护电机无防护电机无防护电机无专门防护无专门防护1 防护大于50mm固体的电机能防止大面积的人体（如手如手）偶然或意外地接触及接近壳内带电或转动部件偶然或意外地接触及接近壳内带电或转动部件（但不能防止故意接触意接触）能防止直径大于50mm的固体异物进入壳内的固体异物进入壳内
17、2 防护大于12mm固体的电机3 能防止手指或长度不超过80mm的类似物体触及或接近壳内带电或转动部件的类似物体触及或接近壳内带电或转动部件能防止直径大于12mm的固体异物进入的固体异物进入壳内壳内壳内4 防护大于2.5mm固体的电机能防止直径大于2.5mm的工具或导线触及或接近壳内带电或转动部件的工具或导线触及或接近壳内带电或转动部件能防止直径大于2.5mm的固体异物进入壳内的固体异物进入壳内5 防护大于防护大于1mm固体的电机能防止直径或厚度大于1mm的导线或片条触及或接近壳内带电或转动部件的导线或片条触及或接近壳内带电或转动部件能防止直径大于1mm的固体异物进入壳内的固体异物进入壳内6
18、防尘电机能防止触及或接近壳内带电或转动部件进尘量不足以影响电机的正常运行能防止触及或接近壳内带电或转动部件进尘量不足以影响电机的正常运行Y的意义的意义：它表示由于外壳进水而引起有害影响的防护它表示由于外壳进水而引起有害影响的防护，共分9个等级个等级Y防护等级防护等级防护等级0 无防护电机无专门防护无防护电机无专门防护无防护电机无专门防护。1 防滴电机垂直滴水应无有害影响垂直滴水应无有害影响。2 防滴电机当电机从正常位置向任何方向倾斜至1515以内任一角度时以内任一角度时以内任一角度时，垂直滴水应无有害影响垂直滴水应无有害影响3 防淋水电机防淋水电机与垂直线成6060角范围内的淋水应无有害影响角
19、范围内的淋水应无有害影响角范围内的淋水应无有害影响4 防溅水电机防溅水电机。承受任何方向的溅水应无有害影响承受任何方向的溅水应无有害影响5 防喷水电机防喷水电机承受任何方向的喷水应无有害影响承受任何方向的喷水应无有害影响。6 防海浪电机防海浪电机。承受猛烈的海浪冲击或强烈喷水时承受猛烈的海浪冲击或强烈喷水时，电机的进水量应不达到有害的程度电机的进水量应不达到有害的程度。7 防浸水电机。当电机浸入规定压力的水中经规定时间时当电机浸入规定压力的水中经规定时间时，电机的进水量应不达到有害的程度电机的进水量应不达到有害的程度。8 潜水电机电机在制造厂规电机在制造厂规定的条件下能长期潜水定的条件下能长期
20、潜水定的条件下能长期潜水。电机一般为水密型电机一般为水密型，但对某些类型电机也可允许水进入进入，但应不达到有害的程度但应不达到有害的程度。在实际使用中，一般情况下室内使用的电机采用IP23的防护等级的防护等级，在稍微严酷的环境在稍微严酷的环境，选择IP44或IP54IP54。在室外使用的电机最低的防护等级一般为IP54IP54，而且必须做户外处理而且必须做户外处理。在特殊环境下殊环境下（如腐蚀环境如腐蚀环境）也必须提高电机的防护等级也必须提高电机的防护等级，并且电机的壳体做特殊处理并且电机的壳体做特殊处理。1.3.2电动机绝缘等级人们根据不同绝缘材料耐受高温的能力对其规定了7个允许的最高温度，
21、按照温度大小排列分别为：Y、A、E、B、F、H和C。它们的允许工作温度分别为：90、105、120、130、155、180和180以上。因此，B级绝缘说明的是该发电机采用的绝缘耐热温度为130。使用者在发电机工作时应该保证不使发电机绝缘材料超过该温度才能保证发电机正常工作。电动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。允许温升是指电动机的温度与周围环境温度相比升高的限度。绝缘的温度等级：A级E级B级F级H级最高允许温度（）：105120130155180绕组温升限值（K）： 60 75 80 100125性能参考温度（）：80 95 100120145在发电机等电气设备
22、中，绝缘材料是最为薄弱的环节。绝缘材料尤其容易受到高温的影响而加速老化并损坏。不同的绝缘材料耐热性能有区别，采用不同绝缘材料的电气设备其耐受高温的能力就有不同。因此一般的电气设备都规定其工作的最高温度。绝缘等级为B级的绝缘材料，主要是由云母、石棉、玻璃丝经有机胶胶合或浸渍而成的。常用的B级绝缘材料有PVC玻璃纤维套管(黄腊管), 6520复合纸,DMD绝缘纸等。 电机的绝缘等级与电机的使用温度有关。在使用温度确定后，往往会使用至少同级或较高的绝缘材料，以提高电机的使用寿命。比如，常用的B级电机，其内部的绝缘材料往往是F级的，而铜线可能使用H级甚至更高的，来提高其质量的。一般为提高使用寿命，往往
23、规定高级绝缘要求，低一级来考核。比如，常见的F级绝缘的电机，做B级来考核，即其温升不能超过120度（留10度作为余量，以避免工艺不稳定造成个别电机温升超差）。九种工作制S1连续工作制：在恒定负载下的运行时间足以达到热稳定。S2短时工作制：在恒定负载下按给定的时间运行，该时间不足以达到热稳定，随之即断能停转足够时间，使电机再度冷却到与冷却介质温度之差在2K以内。S3断续周期工作制：按一系列相同的工作周期运行，每一周期包括一段恒定负载运行时间和一段断能停转时间。这种工作制中的每一周期的起动电流不致对温升产生显著影响。S4包括起动的断续周期工作制：按一系列相同的工作周期运行，每一周期包括一段对温升有
24、显著影响的起动时间、一段恒定负载运行时间和一段断能停转时间。S5包括电制动的断续周期工作制：按一系列相同的工作周期运行，每一周期包括一段起动时间、一段恒定负载运行时间、一段快速电制动时间和一段断能停转时间。S6连续周期工作制：按一系列相同的工作周期运行，每一周期包括一段恒定负载运行时间和一段空载运行时间，但无断能停转时间。S7包括电制动的连续周期工作制：按一系列相同的工作周期运行，每一周期包括一段起动时间、一段恒定负载运行时间和一段快速电制动时间，但无断能停转时间。S8包括变速变负载的连续周期工作制：按一系列相同的工作周期运行，每一周期包括一段在预定转速下恒定负载运行时间，和一段或几段在不同转
25、速下的其它恒定负载的运行时间，但无断能停转时间。S9负载和转速非周期性变化工作制：负载和转速在允许的范围内变化的非周期工作制。这种工作制包括经常过载，其值可远远超过满载。 第二章 电机的温度与温升2.1绝缘材料的耐热等级 绝缘材料按耐热能力分为Y、A、E、B、F、H、C 7个等级，其极限工作温度分别为90、105、 120、130、155、180、及180以上。 所谓绝缘材料的极限工作温度，系指电动机在设计预期寿命内，运行时绕组绝缘中最热点的温度。根据经验，A级材料在105、B级材料在130的情况下寿命可达10年，但在实际情况下环境温度和温升均不会长期达设计值，因此一般寿命在1520年。如果运
26、行温度长期超过材料的极限工作温度，则绝缘的老化加剧，寿命严重缩短。所以电动机在运行中，温度是寿命的主要因素之一。2.2温升的概述2.2.1温升 是指电子电气设备中的各个部件高出环境的温度。 导体通流后产生电流热效应，随着时间的推移， 导体表面的温度不断地上升直至稳定。稳定的条件是在3个小时内前后温差不超过2，此时测得导体表面的温度为此导体的最终温度，温度的单位为度（）。上升的温度中超过周围空气的温度（环境温度）的这一部分温度称为温升，温升的单位为开氏（K）。有些关于温升方面的文章和试验报告及试题中，经常把温升的单位写成（），单位用度（）来表示温升是不妥当的。为验证电子产品的使用寿命、稳定性等特
27、性，通常会测试其重要元件（IC芯片等）的温升，将被测设备置于高于其额定工作温度（T=25）的某一特定温度（T=70）下运行，稳定后记录其元件高于环境温度的温升，验证此产品的设计是否合理。电气类产品中：电动机的额定温升，是指在设计规定的环境温度(十40)下，电动机绕组的最高允许温升，它取决于绕组的绝缘等级。温升取决于电动机运行中发热情况和散热情况。常根据温升判断电动机散热是否正常。电动机温度是指电动机各部分实际发热温度，它对电动机的绝缘材影响很大，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，对电动机绕组等各部分温度作了一不定期的限制，这个温度限制就是电动机的允许温
28、度。2.2.2公式 电动机的各部温度的高低还与外界条件有关,温升就是电动机温度比周围环境温度高出的数值.=T2-T1式中 -温升T1-实际冷却状态下的绕组温度(即环境温度,室温不允许超过40);T2-发热状态下绕组温度.温升是指电动机在额定运行状态下,定子绕组的温度高出环境温度的数值(环境温度规定为35或40以下,如果铭牌上未标出具体数值,则为40)2.2.3计算 采用空气冷却的变压器，它的温升除了与磁心损耗和绕组铜损之和有关外，还和辐射表面的面积有关。气流流经变压器，变压器的温度会降低，降低的程度与气流速度（in(3) /min）有关。想要精确、系统地计算出变压器的温升是不容易的，但可以通过一些经验曲线来得到温升值，误差只在10以内。这些曲线是基于辐射表面面积的热敏阻抗这一概念得来的。散热片热敏阻抗Rt的定义为散热
