电机表面过热故障的红外成像监测诊断

杨宝东，赵 军

（92493部队，辽宁葫芦岛 125000）

电机表面过热故障的红外成像监测诊断

杨宝东，赵 军

（92493部队，辽宁葫芦岛 125000）

分析了引起电机表面温度过高的原因，用红外热成像方法对某船用电机过热故障进行了监测诊断，总结了用红外热像方法测量电机表面温度时要注意的问题。

电机过热；红外成像；监测诊断

电机表面温度是衡量电机运行状态的重要参数，电机表面温升是由电机内部各种损耗发热传递到外表面所引起的。不同绝缘等级的电机，对其长期运行的温度限值有不同的要求。例如，绝缘等级为F级的电动机，其绝缘材料的最高允许工作温度为155℃。电机的绝缘等级是指它所用绝缘材料的耐热等级，因为绝缘材料是电机最薄弱的元件，绝缘一旦失效，电机很快就会损坏。用红外热像仪虽然不能直接测量电机的内部温度，但电机外表面温度的变化却足以指示其内部温度的高低[1]。本文通过监测过程中的实例，对用红外热像仪诊断电机外表面过热故障进行了一些初步的探索。

1 电机温度过高的原因分析

电机运行时温度过高的原因很多，大致归纳为如下几个方面。

1.1 电机本身故障引起的原因

（1）定子绕组匝间或相间有短路故障，电流增大而发热；

（2）将Δ形接成Y形，或Y形接成Δ形，在额定负载运行时，会使电机过热；

（3）电动机笼型转子断条引起电流过大而发热；

（4）定、转子扫膛、相擦，电机负荷增加，引起电机发热。

1.2 电源方面引起的原因

（1）电源电压高，引起电机铁损耗增加，使电机发热；

（2）三相电源电压不平衡，引起三相电流不平衡而使电机发热；

（3）缺相运行。

1.3 负载方面

（1）负载过大，如小电机带大负载；

（2）启动过于频繁；

（3）机械负载有故障，例如轴承不对中或损坏，转动的阻力增大，造成了额外的负载。

1.4 通风散热不良方面

（1）电机通风道堵塞；

（2）绕组表面有灰尘和油污，影响散热；

（3）风扇故障导致散热不良；

（4）环境温度过高。

2 某船用电机表面温度过高的红外成像监测

2.1 故障现象

当用红外热像仪对某船用空调冷却水泵电机（见图1）进行成像监测时，发现该电机表面温度过高，达103.4℃（见图2），同时电机表面有润滑脂融化流出的痕迹。进一步监测发现，电机控制箱接触器与热继电器连接处温度高达136.3℃（见图3和图4），用钳形电流表测量电机三相电流均为48 A，而电机的额定电流为42.5 A，可见电机超负荷运转比较严重。

图1 某船用电机的可见光图像

图2 某船用电机表面温度高的红外图像

图3 电机控制箱可见光图像

图4 电机控制箱红外图像

2.2 电机参数

某船用空调冷却水泵电机的参数如表1所示。

表1 电机参数

2.3 红外热像仪参数

监测所使用的红外热像仪为美国福禄克公司生产的Ti25红外热像仪，其具体参数如表2所示。

表2 红外热像仪参数

测量时热像仪设置的参数如表3。

表3 测量参数设置

3 电机表面温度测量过程中要注意的问题

3.1 注意风力冷却对红外测温的影响

电动机转子自由端上装有冷却风扇，电动机转动时，利用风扇所产生的风压，强迫空气流动，以较快的速度带走电动机各部件表面的热量，对电机进行冷却。由于风力的冷却作用，用红外仪器测量的电机表面温度会低于电机的实际温度，如图5和图6所示，图5中，电机在运转过程中，红外热像仪测量其表面温度为55.8℃，图6为电机停转以后拍摄的红外图像，由于没有了风扇的冷却作用，电机表面同一点温度变为70.7℃。可见由于风力的冷却作用，导致了15℃的误差。风力越大，其对电机表面的冷却效果越显著[2]。因此，建议在测量运转中的电机表面温度时，对测量结果进行修正，或者在电机刚停止运转时马上进行测温。

图5 有风力冷却的运转中电动机红外图像

图6 电动机停止运行后拍摄红外图像

3.2 注意反射温度对红外测温的影响

拍摄电机表面红外图像时注意观察周围有无其他热源，特别对于表面较光亮的电机，其外壳较易反射周围热源，造成检测干扰，故在拍摄红外热像时，如果周围有热源，要注意改变拍摄角度或进行遮挡，以避开热源的影响。

3.3 注意对电机表面的红外热图进行分析

如果电机表面局部温度过高，表面红外热图会呈现出以发热点为中心的温度梯度，这时就有可能是定子铁芯或定子绕组绝缘出现了问题，由于绝缘损坏导致了绕组匝间短路或相间短路。在这种情况下，可以配合电机绕组状态检测仪等电气监测设备对电机故障进行准确分析。如果电机表面整体温度过高，就要考虑电机负载大或散热不良方面的故障。

4 结束语

本文探讨了应用红外热像技术对电机表面过热故障进行监测诊断的可行性，并利用红外热成像方法诊断了某船用电机过负荷造成的电机表面过热故障，总结了用红外方法测量电机表面温度过程中应该注意的问题，对于用红外热成像方法诊断电机过热故障积累了初步的经验。但这些方法还只限于对电机表面过热故障的初步诊断，还不能对电机故障进行定性和定量的分析，如果要进一步对电机故障进行精确诊断，还应该结合振动监测、电气监测等手段。

［1］薛蒙，冯辉君，刘慧开，等.三相异步电机定子与机壳温度的影响因素研究［J］.机电工程技术，2009（8）：146-148.

［2］程玉兰.红外诊断现场实用技术［M］.北京：机械工业出版社，2002.

The Infrared Imaging Monitoring and Diagnose of Motor Surface Overheating Fault

YANG Bao-dong，ZHAO Jun
（Unit 92493 of PLA，Huludao125000，China）

This paper analysized the cause of motor surface overheating and uses infrared imaging method to diaganose the motor overheated fault.This paper also summarized the issue that should be pay attention to when using infrared imaging method to measure the motor surface temperature.

motor overheating；infrared imaging；monitioring and diagnosis

TP277

A

：1009－9492(2014)01－0050－03

10.3969/j.issn.1009-9492.2014.01.012

杨宝东，男，1981年生，河北承德人，硕士，工程师。研究领域：舰船设备红外监测诊断。已发表论文3篇。

(编辑：向 飞)

2013－07－15