工業(yè)應(yīng)用中,電機(jī)時常會發(fā)生諸如匝間短路、過熱老化、永磁體退磁等故障,為提高電機(jī)的安全運行性和可靠性,如何穩(wěn)定可靠地檢測電機(jī)溫度與預(yù)防電機(jī)故障成為了現(xiàn)階段監(jiān)測電機(jī)設(shè)備安全運行系統(tǒng)中的一個研究重點。電機(jī)將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的過程中不可避免地產(chǎn)生了大量的熱損耗,從而使得電機(jī)溫度升高,導(dǎo)致電機(jī)某些部件老化。如電機(jī)繞組絕緣層漏電、永磁鐵退磁等。電機(jī)設(shè)計時,會綜合性能、發(fā)熱量及散熱量等因素,將電機(jī)設(shè)計在一定溫度范圍內(nèi)從而確保電機(jī)的安全正常運行。而高穩(wěn)定性和高可靠性的電機(jī)測溫方案將有效保證電機(jī)的健康運行,預(yù)防電機(jī)發(fā)生故障。
電機(jī)過熱損害
過熱影響電機(jī)使用壽命,溫度每升高10℃,繞組絕緣壽命大約減半,同時,還會降低金屬的強(qiáng)度和硬度,以及降低潤滑脂的特性和加速密封件老化。從而導(dǎo)致后期出現(xiàn)的各種故障。
電機(jī)長時間的過熱運行會使永磁體退磁,將導(dǎo)致電機(jī)性能下降及損壞。
過熱會使絕緣皮被擊穿,將導(dǎo)致繞組短路而燒毀電機(jī)。
電機(jī)過熱因素
電機(jī)過載(即過電流),將導(dǎo)致繞組銅損增加,發(fā)熱量增加,從而使繞組溫度升高。
環(huán)境及通風(fēng)不良,環(huán)境溫度過高,冷凝回路阻塞,通風(fēng)不暢,導(dǎo)致散熱風(fēng)量不足產(chǎn)生高溫。
電源電壓影響,三相電壓不平衡導(dǎo)致更大的電流不平衡,電流的負(fù)序分量引起定子損耗增加,因此定子繞組溫升比在平衡電壓下運行時的溫度高。
電機(jī)軸承摩擦過熱,軸承受力異常,破壞潤滑劑、磨損加劇,導(dǎo)致軸承溫度升高。
電機(jī)溫度檢測方法
電機(jī)的正常運行溫度范圍根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)和不同電機(jī)制造廠商標(biāo)準(zhǔn)有所差異,但其運行的最高溫度均在150℃以下。電機(jī)溫度檢測部位有三個,即電機(jī)外殼、定子繞組與軸承。電機(jī)外殼與定子繞組為靜態(tài)部位,可用熱電阻、熱電偶進(jìn)行溫度檢測,電機(jī)軸承為動態(tài)部位,可用紅外線等進(jìn)行溫度檢測。主流的電機(jī)測溫均采用三線制PT100熱電阻檢測定子繞組的溫度。
圖1 電機(jī)圖定子繞組溫度檢測,最能真實反映電機(jī)內(nèi)部溫度狀態(tài),能有效預(yù)防可能發(fā)生的故障,但其容易受到電機(jī)內(nèi)部強(qiáng)磁場的干擾,使測溫產(chǎn)生偏差,需要穩(wěn)定可靠的測溫方案。根據(jù)國標(biāo)GB755,定子繞組溫度檢測可用埋置檢溫計法。可在每相的定子繞組中埋置2只三線制的PT100熱電阻來測量溫度。
電機(jī)外殼溫度檢測,其具有傳感器接線簡單、電磁干擾弱等優(yōu)勢,是最簡單的檢溫方法,但其對電機(jī)內(nèi)部溫度的判別不準(zhǔn)確。由于電機(jī)外殼直接裸露在空氣中,受環(huán)境溫度、電機(jī)材質(zhì)、電機(jī)散熱結(jié)構(gòu)、傳感器等影響,不能精確檢測電機(jī)溫度。根據(jù)國標(biāo)GB755,外殼溫度檢測可用溫度計法。將熱電偶或熱電阻貼附于成品電機(jī)可觸及的表面上來測量溫度。
電機(jī)軸承溫度檢測,其因高速轉(zhuǎn)動,不便直接放置溫度計測溫,現(xiàn)大多采用紅外測溫的方案進(jìn)行溫度檢測。
可靠的電機(jī)溫度檢測方案ZLG致遠(yuǎn)電子TPS02RAH是一款針對PT100的工業(yè)雙通道隔離熱電阻測溫模塊,具有抗干擾性強(qiáng)、可靠性高、檢測精度高、溫漂小的特點,可針對電機(jī)的外殼與定子繞組進(jìn)行溫度檢測。模塊的檢測端與輸入端采用電源隔離與數(shù)字隔離,其電氣隔離耐壓為4000Vrms,電氣隔離具有可靠性高與抗電磁干擾強(qiáng)的特性,模塊內(nèi)置50Hz工頻信號陷波抑制功能,適用于電磁環(huán)境復(fù)雜和高壓供電的電機(jī)溫度檢測。
圖2TPS02RAH內(nèi)部框圖
TPS02RAH提供兩路PT100熱電阻測溫通道,外圍電路方便簡潔,通過I2C接口直接讀取以“℃”為單位的測溫數(shù)據(jù)。溫度檢測精度可達(dá)0.02%±0.1℃,檢測范圍為-200~800℃,滿足電機(jī)溫度檢測的范圍。每個模塊可測量埋置在每相定子繞組中的兩個溫度測試點,三個模塊即可完成整個電機(jī)的溫度測量。推薦外圍電路如下圖:
圖3外圍電路圖
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電機(jī)
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