电机过热保护器设计.doc

电机过热保护器设计 第1章绪论 1.1课题来源 沈阳某电机厂研制节能电机，为了用事实证明其电机节能，承诺客户试用该电机一段时间(比如三个月)，客户可将这段时间节省的电费作为购买电机的费用。试用期到期后，电机的所有权归客户。但为了防止某些信用度较差的客户在试用电机节电后，不给电机公司任何报酬且不归还电机，所以有必要实现时间锁定和密码保护功能。试用时间到期后，电机将跳闸，并且显示跳闸的原因（例如定义显示数字1为超过设定时间），同时提供声光报警。如果该客户要继续使用该电机，则必须向电机生产厂家索取密码，此时厂家就可以按合同规定索要自己应得的报酬。如果客户履行合同，那么电机生产厂家可以重新设定到期时间。手动按键复位后，电机可以继续正常使用。 电机制造业的发展历史己有近百年，随着电机制造工业的发展，电机的单机容量不断增大，技术指标要求普遍提高。电机运行时产生的单位体积损耗的增长，引起电机各部分的温度升高，进而直接影响到电机的寿命和运行可靠性。电机各部分的温度成为电机设计和运行中重要的性能指标之一。为了检查电机性能是否合格，保证电机正常运转，必须准确测定电机额定运行时各部分的温度。在新的国家标准中，详细规定了不同绝缘等级的电机绕组对应的不同的绕组温度。超过此规定温度，电机寿命将会受到影响，甚至造成电机烧毁。电机设计中，既要提高电机的各项技术性能指标，又要降低电机的原材料费用、成本，提高加工工艺以减少成本支出，电机温升是否符合国家标准就成为主要矛盾之一。因此，准确的估算并检测电机的温升，不仅可以保证电机的安全运行，而且对提高电机的使用寿命、节约原材料和电能，以及实现自动化设计都有重要的现实意义[1]。所以，该电机生产厂家同时提出了电机温度保护的功能，如果电机温度过高，则实现电机停转，以保护电机，将损失降到最小。 根据用户的要求，我们进行了大量的相关资料的查阅，已经实现了温度采集的功能，但是对于传感器的安放以及设计是否合理，没有理论的根据。由此开展了一系列的工作。进行了相关的资料有哪些信誉好的足球投注网站，发现相关课题有???多学者在研究，也为该课题进一步的研究打下理论基础。 1.2国内外的研究历史与现状 通常电机的容量越大，其工作效率越高，但相应的电机发热量也迅速增加[2]。电机的温升在一定程度上决定了电机的容量。 对于电机发热和冷却问题,可从两方面加以解决: 一、选用耐温较高的绝缘材料； 二、合理使用冷却方式，提高电机的冷却效果，使电机不超过规定的温升极限。当前，Y型异步电机已使用F级绝缘材料，而绝缘等级更高的C级绝缘材料也在研制当中。电机冷却技术业已取得了极大的发展，对中小型电机而言，还是以风扇强迫空气流动以冷却电机；对大型电机，其冷却方式随电机的容量、转速、电压等级等技术条件的不同而不同，它基本上都是由生产实践逐步积累形成的[2]。 近年来，由于新材料、新工艺的使用和电机冷却技术的发展，促进了大型发电机和电动机的单机容量逐渐增大，但同时使电机运行时产生的单位体积损耗增加，引起电机各部分温度升高，这直接影响到电机的安全。因此，准确的温升计算不仅是制造厂家多年来寻求的目标，也是电机运行部门关注的主要问题之一。 1.2.1电机的主要热计算方法 （1）简化公式法 简化公式法是电机制造厂设计时常用的一种方法。首先，计算出各部分的热负载，再通过牛顿散热公式:(为散热系数)得到相应的温升。此法计算简单方便，因此易于被工厂接受，但计算精度较差，只能计算出电机的平均温升，不能满足日益提高的设计工作的需要。 （2）等效热路法 等效热路法是根据传热学和电路理论来形成等效热路，热路图中的热源为绕组的铜损耗(槽部、端部)，铁损耗(齿部、轭部)，这些损耗所在部件在计算时认为是均质的。损耗热量通过各种相应的热阻，由热源向冷却介质传递，形成一个复杂的热网络。采用电路网络中基尔霍夫定律来列出全部热平衡方程，然后用求解线性电路的方法，计算电机各有效部分的平均温升。此方法计算精度比简化公式法高，能够得到电机总体温升和平均温升。如果要提高计算精度，必须增加网络节点和热阻数，但这使工作量大大增加，失去其计算工作量小等优点。 等效热路法有一些基本假设，通过这些假设可以把成熟的电路理论用在等效热路中。这些假设是:所分布的真实热源和热阻被少量的集中热源和等值热阻所代替，并假定后两者不取决于热流的大小。这样，就能将等效热路法用于线性热回路，并采用普通的代替法进行求解。 目前国内外很多文献仍采用热网络计算大型电机温升。早在1955年，美国AIEE即发表Rosenberry采用热路法的一篇有关“铸铝笼型感应电动机的瞬态起动温升”论文。1986年和1987年，电力科学院李德基等人采用该方法分别计算了汽轮发电机绕组间接冷却转子和定子槽部三维温度场[3][4]。1987年日