关于机电的研究及其探索性分析

袁　芬　任志民

摘要：本文根据热带型旋转电机环境技术要求、电工电子产品基本环境试验规程、旋转电机外壳防护等级以及其他相关的国家标准，结合目前气候变化与自然灾害发生的情况以及旋转电机产品开发的实际情况，简要介绍了国内有关电机制造厂家的旋转电机在适应湿热带型气候与应用环境方面取得的经验，指出了在湿热带型气候条件下旋转电机在温升限制、绝缘性能、雷电防护、防潮、防锈、防盐雾、防震动、贮存等方面存在的问题，提出了在适应自然气候变化与复杂的应用环境条件下旋转电机在设计、制造、贮存、运输、应用、维护过程中应注意的问题和采取的措施。

关键词：旋转电机 应用环境 技术要求

引言

在国民经济生产中，电机工业是机械工业的一个重要组成部分。电机是机电一体化中机与电相结合的产物，是机电一体化产业的重要支柱，电机可称为电气化领域的心脏。电机对机械工业的发展起着重要的支撑作用，并随着我国机械工业的发展和现代科学技术的进步而不断向前发展。

在电机工业领域，产量最大的旋转电机在机械、冶金、化工、国防、航天航空、现代化农业、交通运输、家用电器、医疗器械以及其它领域的应用十分广泛。无论是作为机电能量转换设备和动力传输部件，还是作为现代控制技术领域中的被控制对象，旋转电机产品的质量与性能越来越受到生产厂商与用户的重视。随着旋转电机应用范围的日益宽广，旋转电机应用的环境也更加广泛。然而，进入21世纪以来，气候——这一最大的影响地球与人类环境的自然条件却发生了显现的变化，它已影响到了整个生物与非生物的适应性。作为人类工业进步产物的旋转电机，也必须适应日益变化剧烈的气候与地理环境。从狭义的意义上讲，旋转电机的应用环境条件已是电机设计过程中输入评审必须考虑的因数，或者说是用户的一项基本要求，必须引起电机设计者及工艺技术人员的高度重视。

我国幅员辽阔，气候与地理条件南北迥异，东西差别悬殊。今年初发生在我国华东华南地区的冰冻自然灾害，就是气候变化显现的突出例证；而五月中旬发生的纹川大地震，则是极端自然灾害的典型。本文就潮湿热带型气候环境对旋转电机性能的影响作出分析，并对旋转电机如何适应湿热带型气候与应用环境、如何应对极端气候变化与自然灾害等方面想作一些研究和探索。

1.国内有关厂家对电机适应多气候环境条件的经验

早在20世纪70年代初，我国的几个大型电机制造厂就已开始进行电机适应多气候应用环境条件的研究。1973年4月，为提高援外出口电机产品质量，由哈尔滨大电机研究所、广州电科所、哈尔滨、上海、东方、北京重型电机厂等单位组成联合调查组，对海南、广东、福建、上海等湿热带地区共20个单位的120台大型电机实际运行情况进行了调查，总结了以下几个方面的问题：

1.1湿热带地区的环境气候条件及其对电机运行的影响。

当环境温度达到40℃以上时，电机冷却的进风温度也超过了40℃，从而导致电机的温升超限。

热带气候条件下，蛇鼠虫害对电机或机组的影响严重，如老鼠咬坏绕组绝缘；长蛇堵塞冷却通风或冷却水管道；小鸟、壁虎在电机内部安家落户等。

雷电活动频繁，强度大，有的地区在春夏秋3个季节都有雷电活动，曾造成电机匝间绝缘击穿甚至人身伤害事故。

1.2湿热带环境气候条件对电机的绝缘有显著的影响。

由于湿热带的空气湿度大，特别是断续运行的电机，停机后其绝缘极易受潮，电气性能迅速下降，绕组的绝缘电阻有时仅为正常值的1%甚至为零，有个别用户因没有采取适当的处理措施，曾造成电机相间短路、接地等事故。无论电机采取哪种防护类型、绝缘结构，使用哪种绝缘材料或工艺，湿热带环境气候条件对电机绝缘都有不同程度的影响。

1.3湿热带环境气候条件对电机金属表面防护层的影响。

在高湿热（温度高于35℃，相对湿度大于70%）地区，电机上的一般镀件都产生了锈蚀，若还有盐雾，则环境条件就更加恶劣，不但造成普遍的金属腐蚀现象，油漆涂层老化开裂脱落，而且铝质铭牌腐蚀，转子铁心表面绝大部分生锈。

1.4包装、运输和储存问题。

电机的包装若不严密或遮盖物的防水防潮性能差，在运输过程中若遭遇风雨袭击即有可能使电机经受雨淋或受潮；电机在包装箱内若固定的不牢固或固定的方法有缺陷，在运输和装卸过程中有时就发生零部件磕碰伤或脱落；在储存过程中，电机有时还发生霉变现象。

2.国家和部颁标准中的旋转电机环境技术要求

随着我国科技的进步和标准化工作的深入，国家行业归口管理部门对电工电子产品和机械工业产品都制定了相应的环境应用条件标准和试验规程。例如:

GB/T4796 电工电子产品环境参数分类及其严酷程度分级；

GB4797和GB4798分别为电工电子产品自然环境条件和应用环境条件；

GB2421～2424 电工电子产品基本环境试验规程；

GB/T12351热带型旋转电机环境技术要求。

而JB2420、JB842、JB4159则分别为原机械工业部颁布的户外防腐电工产品的涂漆、热带电工产品包装技术条件、热带电工产品通用技术条件。

在GB/T12351热带型旋转电机环境技术要求中，将电机气候防护类型分为干热、湿热、热带型3种；将电机的使用环境条件分为气候、特殊气候、生物、化学活性物质、机械活性物质和机械环境条件6类；将电机的使用场所分为有气候防护和无气候防护2大类，同时将环境条件进行了具体的参数化等级分类。

在GB/T12351的技术要求中，有以下特别内容：

（1）对电机的温升作出了具体的限值，例如要求电机各部分的温升以GB755或GB5175的限值为基准而下降5K～20K。

（2）电机按GB2423在40℃下进行交变湿热试验后，对绕组的对地绝缘电阻及绕组之间的绝缘电阻作出了具体限值；对大型电机，允许以同结构、同材料和同工艺的零部件进行交变湿热试验，然后折算到整机的绝缘电阻。这些零部件主要是，直流电机的磁极装配、换向极装配、刷架装配、电枢绕组、补偿绕组、串励绕组，交流电机的刷架装配、集电环、转子绕组、磁极装配或磁极线圈、定子绕组；同时对耐电压试验值、电机的电镀件和化学表面处理件的外观、电机表面油漆的颜色、外观及附着力检测作出了具体规定；对润滑油脂提出了耐热、耐潮湿性能要求。

（3）湿热型和热带电机按GB2423规定进行长霉试验后，长霉面积最大不超过50%；

（4）电机的电镀件和化学处理件按GB2423规定进行盐雾试验后，应不产生锈蚀；

（5）电机应进行外壳防护试验、防尘试验、防水试验；

（6）电机安装防潮电加热器的有关规定。

在GB12351中，规定交变湿热试验、长霉试验、盐雾实验和外壳防护试验等人工环境模拟试验均为电机型式试验项目，要求在普通型电机型式试验项目合格后进行。

3.特种电机在环境技术要求方面已取得的经验

油田电机与风力发电机作为规定用途电机或特殊用途电机一经问世就得以广泛应用，其产品在适应环境技术要求的设计与工艺方面已取得了一些经验，如：电机安装电加热器；选用合适的电机外表面油漆与涂漆工艺；应用具有锌铬涂层的紧固连接件、刷架和滑环；对某些电机的铁心表面刷涂防锈涂层；某些电机的风机加装滤砂装置；对某些电机的零部件进行交变湿热试验；采取了较为合理的包装、运输和储存措施等。电机的技术含量与附加值的日渐提高，为电机应对极端气候变化或自然灾害作了必要的技术准备。

但是旋转电机在其设计与工艺的某些方面，还有待进一步提高。例如大部分电机不装备独立的雷电接地保护装置；电机的防震措施不够完善，有的电机的集电环连线断裂或由于震动摩擦导致绕组间绝缘层损伤发生短路；鼠笼式异步电动机的端环、护环和导条的材料选用混杂：有的电机的端环有用锻纯铜，有的则用无氧铜，有用铜合金；有的电机的护环用50MN18CR4WN护环钢，有的则用铜合金，还有的用无纬带绑扎箍环；有的电机的导条用专用铜合金，有的则用黄铜，这些问题的产生不仅影响到电机的性能与可靠性，同时在一定程度上也影响了旋转电机系列化、模块化、于标准化的技术发展趋势。

4.几点建议

（1）由于GB/T12351对热带型电机的温升作出了具体的更严格的限值，产品开发人员在电机设计时应引起足够的重视，特别是当用户明确提出应用环境条件与电机的温升要求时。

（2）因为对大型电机，GB/T12351 允许以同结构、同材料和同工艺的零部件进行交变湿热试验，所以在新产品开发前，要进行研究性试验。

（3）在保证鼠笼式电机性能的前提下，可应用无护环的转子结构，节约成本，简化制造工艺；当采用护环时，应尽可能选用高强度、耐腐蚀材料，如护环钢或无纬带。

（4）高度重视恶劣气候环境条件下电机的可靠性，充分考虑到我国南方沿海地区以及国外类似地区的热带风暴对电机性能的影响因素，进一步开展电机产品开发前期的研究性试验，如进行外壳防护试验，为端盖、盖板、网罩等的防尘、防水要求提供结构和设计参数；再如，进行长霉试验，验证电机的防霉变能力。

（5）建议海洋用油田钻井电机通过海路运输或存储时，采用涂刷防锈脂、包气相防锈纸、外包塑料薄膜、薄膜接缝处再防锈脂的电机包装结构，避免运输过程中电机的锈蚀与霉变。

（6）除电气系统之外，电机加装独立的雷电接地保护装置；对露天运行的电机近可能修建简易的防护场所。

（7）电机的结构设计方面，加强集电环与绕组端部的防震与绝缘措施，提高电机的可靠性。

（8）选择合理的支撑固定和绑扎方法，设计合理的包装箱装载电机，避免电机在运输中的发生较大的振动，选择理想安全的场所贮存电机。

（9）建议电机用户确实按照电机应用与维护说明书来维护电机，尽可能避免使用不符合要求的零部件来维修电机。◆

参考文献：

[1]邢作霞，郑琼林，姚兴佳.近海风力发电机的现状及展望[J].电机与控制应用，2005，32（9）：55～60.

[2]哈尔滨电机厂，援外湿热带电机金属零部件“三防”试验[J].大电机技术，1974，2：53～65.

[3] 湿热带地区大型电机运行情况的调查组，我国湿热带地区大型电机运行情况的调查[J].大电机技术，1974，1，82～86.

[4] 何定贤，刘憬奇，姚鹏，等.中小型电机技术发展趋势[J]. 电机与控制应用，2007，34（8）：1～5，35～35.

作者简介：

袁芬（1963-），女，浙江杭州人，高级工程师，研究方向为电力系统及其自动化。

任志民（1965-），男， 山西垣曲人，高级工程师，研究方向为电力牵引与传动控制。