So bestimmen Sie die Temperatur der Wicklungen von Wechselstrommotoren anhand ihres Widerstands
Wicklungstemperaturmessung während Motoraufwärmtests
Die Temperatur der Wicklungen wird ermittelt, indem der Motor auf Erwärmung geprüft wird. Durch Erwärmungstests wird die absolute Temperatur oder der Temperaturanstieg der Wicklung oder von Teilen des Motors relativ zur Temperatur des Kühlmediums bei Nennlast ermittelt. Elektrische Isoliermaterialien, die beim Bau elektrischer Maschinen verwendet werden, altern und verlieren nach und nach ihre elektrische und mechanische Festigkeit. Die Geschwindigkeit dieser Alterung hängt hauptsächlich von der Temperatur ab, bei der die Isolierung arbeitet.
Zahlreiche Experimente haben ergeben, dass sich die Haltbarkeit (Lebensdauer) der Isolierung um die Hälfte verringert, wenn die Temperatur, bei der sie arbeitet, 6-8 °C über dem Grenzwert einer bestimmten Hitzebeständigkeitsklasse liegt.
GOST 8865-93 legt die folgenden Wärmebeständigkeitsklassen elektrischer Isoliermaterialien und ihre charakteristischen Grenztemperaturen fest:
Hitzebeständigkeitsklasse – Y A E B F H C Grenztemperatur bzw. – 90, 105, 120, 130, 155, 180, über 180 g. S
Erwärmungstests können unter direkter und indirekter Belastung (Erwärmung durch Kernverluste) durchgeführt werden. Sie werden bei praktisch unveränderter Belastung bis zur eingestellten Temperatur durchgeführt. Berücksichtigt wird die Beharrungstemperatur, die sich innerhalb einer Stunde um maximal: 1 °C ändert.
Als Last bei Erwärmungstests werden verschiedene Geräte verwendet, von denen die einfachsten verschiedene Bremsen (Backen, Bänder usw.) sind, sowie Lasten, die von einem Generator bereitgestellt werden, der mit einem Rheostat arbeitet.
Bei den Erwärmungsversuchen wird nicht nur die absolute Temperatur ermittelt, sondern auch der Temperaturanstieg der Wicklungen über die Temperatur des Kühlmediums.
Tabelle 2 Maximal zulässige Temperaturerhöhungen von Motorteilen
Teile für Elektromotoren
Maximal zulässiger Vortemperaturanstieg, °C, bei der Wärmebeständigkeitsklasse des Isoliermaterials
Temperaturmessmethode
A
E
V
F
H
Variabler Wicklungsstrom der Motoren 5000 kV-A und mehr oder bei der Länge des Sichelhauses 1 m und mehr
60
70
80
100
125
Widerstand oder Temperatur in den durch die Rillen angeordneten Detektoren
Das Gleiche, aber weniger als 5000 kV A oder eine Kernlänge von 1 m und mehr
50*
65*
70**
85**
105***
Thermometer oder Cooposition
Stabwicklungen von Asynchronläufermotoren
65
80
90
110
135
Thermometer oder Cooposition
Schleifringe
60
70
80
90
110
Thermometer oder Temperatur in den Lautsprechern
Kerne und andere Stahlteile, Kontaktspulen
60
75
80
110
125
Thermometer
Das Gleiche, ohne Kontakttrennung von den Wicklungen
Der Temperaturanstieg dieser Teile darf Werte nicht überschreiten, bei denen die Gefahr einer Beschädigung von Isolier- oder anderen zugehörigen Materialien besteht
* Bei Messung nach der Widerstandsmethode erhöht sich die zulässige Temperatur um 10 °C. ** Das Gleiche bei 15 °C. *** Das Gleiche bei 20 °C.
Wie aus der Tabelle hervorgeht, bietet GOST je nach den spezifischen Bedingungen und Teilen der zu messenden Maschinen unterschiedliche Methoden zur Temperaturmessung an.
Mit der Thermometermethode wird die Oberflächentemperatur an der Auftragsstelle ermittelt. (Gehäuseoberfläche, Lager, Wicklungen), Umgebungstemperatur und in den Motor ein- und austretende Luft. Es werden Quecksilber- und Alkoholthermometer verwendet. In der Nähe starker magnetischer Wechselfelder sollten ausschließlich Alkoholthermometer verwendet werden, da diese Quecksilber enthalten Wirbelströme werden induziertVerfälschung der Messergebnisse. Zur besseren Wärmeübertragung vom Knoten zum Thermometer wird dessen Tank in Folie eingewickelt und dann gegen den erhitzten Knoten gedrückt. Zur thermischen Isolierung des Thermometers wird eine Schicht Watte oder Filz auf die Folie aufgebracht, damit diese nicht in den Raum zwischen Thermometer und erhitztem Teil des Motors fällt.
Beim Messen der Temperatur des Kühlmediums muss das Thermometer in einem geschlossenen, mit Öl gefüllten Metallbecher platziert werden, der das Thermometer vor der Strahlungswärme der umgebenden Wärmequellen und der Maschine selbst sowie vor zufälligen Luftströmen schützt.
Bei der Messung der Temperatur des externen Kühlmediums werden mehrere Thermometer an verschiedenen Stellen rund um die untersuchte Maschine in einer Höhe gleich der halben Höhe der Maschine und in einem Abstand von 1 – 2 m von dieser angebracht. Als Temperatur des Kühlmediums wird der arithmetische Mittelwert der Messwerte dieser Thermometer herangezogen.
Die zur Temperaturmessung weit verbreitete Thermoelementmethode wird hauptsächlich in Wechselstrommaschinen eingesetzt. Thermoelemente werden in den Lücken zwischen den Spulenschichten und am Boden des Schlitzes sowie an anderen schwer zugänglichen Stellen platziert.
Zur Messung von Temperaturen in elektrischen Maschinen werden üblicherweise Kupfer-Konstantan-Thermoelemente verwendet, die aus Kupfer- und Konstantandrähten mit einem Durchmesser von etwa 0,5 mm bestehen. Bei einem Paar werden die Enden des Thermoelements miteinander verlötet. Die Verbindungspunkte werden üblicherweise an der Stelle platziert, an der die Temperatur gemessen werden muss („Hot Junction“), und das zweite Endenpaar wird direkt mit den Anschlüssen des empfindlichen Millivoltmeters verbunden mit hohem Innenwiderstand… An der Stelle, an der das unbeheizte Ende des Konstantandrahts mit dem Kupferdraht verbunden ist (am Anschluss des Messgeräts oder der Übergangsklemme), entsteht die sogenannte „Kaltstelle“ des Thermoelements.
An der Kontaktfläche zweier Metalle (Konstantan und Kupfer) entsteht eine EMK, proportional zur Temperatur am Kontaktpunkt, und am Konstantan bildet sich ein Minus und am Kupfer ein Plus. EMF tritt sowohl an der „heißen“ als auch an der „kalten“ Verbindungsstelle des Thermoelements auf.Da jedoch die Temperaturen der Verbindungsstellen unterschiedlich sind, sind auch die EMF-Werte unterschiedlich, und da diese EMFs im Stromkreis aus Thermoelement und Messgerät aufeinander gerichtet sind, misst das Millivoltmeter immer die EMF-Differenz der „heißen“ und „kalten“ Verbindungsstellen entsprechend der Temperaturdifferenz.
Es wurde experimentell festgestellt, dass die EMF eines Kupfer-Konstantan-Thermoelements 0,0416 mV pro 1 °C Temperaturunterschied zwischen der „heißen“ und der „kalten“ Verbindung beträgt. Dementsprechend kann die Millivoltmeter-Skala in Grad Celsius kalibriert werden. Da das Thermoelement nur die Temperaturdifferenz aufzeichnet, addieren Sie zur Bestimmung der absoluten Temperatur der „heißen“ Verbindungsstelle die mit dem Thermometer gemessene Temperatur der „kalten“ Verbindungsstelle zum Messwert des Thermoelements.
Widerstandsmethode – Die Bestimmung der Temperatur von Wicklungen anhand ihres Gleichstromwiderstands wird häufig zur Messung der Wicklungstemperatur verwendet. Die Methode basiert auf der bekannten Eigenschaft von Metallen, ihren Widerstand abhängig von der Temperatur zu ändern.
Um den Temperaturanstieg zu ermitteln, wird der Widerstand der Spule im kalten und erhitzten Zustand gemessen und Berechnungen durchgeführt.
Es ist zu beachten, dass vom Abstellen des Motors bis zum Beginn der Messungen einige Zeit vergeht, in der die Spule Zeit zum Abkühlen hat. Um die Temperatur der Wicklungen zum Zeitpunkt der Abschaltung, also im Betriebszustand des Motors, korrekt zu bestimmen, werden daher nach dem Abstellen der Maschine möglichst in regelmäßigen Abständen (gemäß Stoppuhr) mehrere Messungen durchgeführt .Diese Intervalle sollten die Zeit vom Zeitpunkt der Abschaltung bis zur ersten Messung nicht überschreiten. Die Messungen werden dann durch Auftragen von R = f (t) extrapoliert.
Der Widerstand der Wicklung wird nach der Amperemeter-Voltmeter-Methode gemessen. Die erste Messung erfolgt spätestens 1 Minute nach dem Abstellen des Motors bei Maschinen mit einer Leistung von bis zu 10 kW, nach 1,5 Minuten – bei Maschinen mit einer Leistung von 10-100 kW und nach 2 Minuten – bei Maschinen mit eine Leistung von mehr als 100 kW.
Wenn die erste Widerstandsmessung nicht mehr als 15 bis 20 Sekunden nach dem Trennen erfolgt, wird der größte der ersten drei Messungen als Widerstand verwendet. Erfolgt die erste Messung mehr als 20 s nach dem Ausschalten der Maschine, wird eine Kühlkorrektur eingestellt. Führen Sie dazu 6-8 Widerstandsmessungen durch und erstellen Sie ein Diagramm der Widerstandsänderung während des Abkühlens. Auf der Ordinate sind die entsprechenden gemessenen Widerstände aufgetragen, auf der Abszisse die maßstabsgetreue Zeit vom Abschalten des Elektromotors bis zur ersten Messung, die Zeitintervalle zwischen den Messungen und die in der Grafik dargestellte Kurve als durchgezogene Linie. Diese Kurve setzt sich dann nach links fort und behält dabei die Art ihrer Änderung bei, bis sie die y-Achse schneidet (dargestellt durch eine gestrichelte Linie). Das Segment entlang der Ordinatenachse vom Beginn des Schnittpunkts mit der gestrichelten Linie bestimmt mit ausreichender Genauigkeit den gewünschten Widerstand der Motorwicklung im heißen Zustand.
Die Hauptnomenklatur der in Industriebetrieben installierten Motoren umfasst Isoliermaterialien der Klassen A und B.Wenn beispielsweise Glimmermaterial der Klasse B zur Isolierung der Nut und zum Wickeln von PBB-Draht mit Baumwollisolierung der Klasse A verwendet wird, gehört der Motor zur Hitzebeständigkeitsklasse. bis Klasse A. Liegt die Temperatur des Kühlmediums unter 40 °C (deren Normen sind in der Tabelle angegeben), so können für alle Isolationsklassen die zulässigen Temperaturerhöhungen um so viele Grad erhöht werden, wie die Temperatur des Kühlmediums Die Temperatur des Kühlmediums liegt unter 40 °C, jedoch nicht über 10 °C. Beträgt die Temperatur des Kühlmediums 40 - 45 °C, reduzieren sich die in der Tabelle angegebenen maximal zulässigen Temperaturerhöhungen für alle Dämmstoffklassen um 5 ° C, und bei Temperaturen des Kühlmediums 45–50 ° C – bei 10 ° C. Als Temperatur des Kühlmediums wird üblicherweise die Temperatur der Umgebungsluft angenommen.
Bei geschlossenen Maschinen mit einer Spannung von nicht mehr als 1500 V beträgt die maximal zulässige Temperaturerhöhung der Statorwicklungen von Elektromotoren mit einer Leistung von weniger als 5000 kW oder mit einer Kernlänge von weniger als 1 m sowie von Wicklungen ab Stabrotoren bei Messtemperaturen nach der Widerstandsmethode können um 5 ° C erhöht werden. Bei der Messung der Temperatur der Wicklungen nach der Methode der Widerstandsmessung wird die durchschnittliche Temperatur der Wicklungen bestimmt. In der Realität herrschen bei laufendem Motor in den einzelnen Wicklungsbereichen tendenziell unterschiedliche Temperaturen. Daher liegt die maximale Temperatur der Wicklungen, die die Haltbarkeit der Isolierung bestimmt, immer etwas über dem Durchschnittswert.