变频电机基于状态维护的研究与探讨

贺振国 刘增伦 苗霖

(河北钢铁集团邯钢公司冷轧厂,河北邯郸 056015)

变频电机基于状态维护的研究与探讨

贺振国 刘增伦 苗霖

(河北钢铁集团邯钢公司冷轧厂,河北邯郸 056015)

讨论了电机温度日常管理与维护,对电机温度进行了统计,绘制了趋势图,使用统计方法验证了环境温度变化对电机温度的影响关系,预测了维护时间,提出了维护策略,对于减少电机温度过高造成的事故风险有较大帮助。

电机温升 趋势图

Motor temperature daily management and maintenance are discussed,statistics of motor tempreture is sumed up and the trends curve is drawn out, the relationship of the environment temperature changing and the influence on the motor temperature increase is verified by statistical methods,Predicting the maintenance time, and maintenance strategies are put forward.It’helpful for ruduce the accident risk caused by abnormal motor temperature.

Motor Tempreture increase Trends curve

1 前言

电机长周期运行中，温升是电机寿命的主要影响因素，理论分析表明，电机运行中绝缘耐热材料温度比额定温度每升高8℃，电机的使用寿命将减少一半，急剧温升会造成电机局部温度过高，预示着电机运行状态异常或者电机可能发生故障，电机温度测量是对电机工作状态、机械传动装置、负载状态及电机散热情况一个全面的监测检查，电机的温度管理主要目的是根据电机运行状态，减少电机发热和增加散热，保证电机正常运行。

本文依据长期对电机的监测数据，通过数据分析找到科学管理和维护的方法，提高维护水平，并为维护、维修策略提供数据支持，提高维修质量。

图1

图2

2 电机温度监测和日常维护

(1)电机温度的监测，使用测温元件RAYTEK红外测温仪，共计对43台产线风机电机进行长周期温度监测，主要提取夏季、秋季温度监测数据进行分析，夏季环境温度高、湿度较大，具有较强的代表性，被监测风机电机冷却方式IC416，绝缘材料耐热能力等级F，安装方式B3卧式，防护等级IP44。电机主要参数见表1。

表1

日常电机温度的监测根据电机发热机理，对电机的前端轴承端盖、电机本体及电机后端盖处进行温度测量，以最高温度记录为有效数据进行监测，作为电机日常维护的重要依据。

(2)电机日常维护，电机日常维护主要依据温度监测状态对负载、机械磨损和电机散热三方面进行维护，电机的机体散热主要有三种途径，即对流、辐射和传导，在通风散热中以对流的作用更大，散热能力与风速有直接关系[1]。由于电机处于相对开放的环境中，灰尘附着是影响电机散热效率主要因素，也影响冷却风扇的工作效率，日常维护工作必须根据环境温度变化保证长周期稳定工作的电机的散热能力，在额定负载范围内使电机发热与散热达到平衡状态，因而保证强制冷却风扇的工作正常是日常点检维护的主要工作内容。

根据实际经验，一般情况下，电机本体在温升比前后端盖轴承处较高，机械转动摩擦异常时，轴承处的温度会高于电机本体温度，因此经常检查轴承润滑是必要的，机械转动摩擦通过震动和转动情况基本可以观测，轴承磨损对电机的温升影响较大，应特别注意轴承润滑情况，及时补充油脂，防止轴承缺油导致磨损加剧。

3 电机的状态管理

3.1 趋势管理

根据每日对电机温度的测量数据，生成某电机温度趋势图，下图是根据2013年6月至11月某循环风机电机的温度监测绘制的趋势图，如图1。

趋势图1是该电机长周期工作状态的监测图，根据该电机温度趋势图，主要观察出现的极点或者温度高点，并对电机实时运行情况进行分析后进行必要的检查和维护。如果电动机总体温度偏高，就要结合工作电流检查电动机的负载、装备和通风散热等情况进行相应处理，长期临界高温工作时应及时采取限制负载的措施。通过建立趋势图，有利于开展基于状态的预防性维修策略大量减少故障性维修。

图3

图4

图5

3.2 极点管理

根据基本量数字化图形汇总图(图2)，电机温度数据分布为非正态分布，受天气和生产情况影响较大。根据6月份至11月份统计情况基本可以确定，图中该电机平均温度在55.7℃，95%置信区间是在54-57.5℃范围内，在日常维护中，该电机每日的温度监测值高于置信值57.5℃在图中出现的点可称之为极点，当日常监测出现极点时，应引起一定的重视，根据当日环境温度和生产情况确定维护和保护措施。一般应及时对电机散热片、冷却风扇出入风口处检查并除尘清扫，保证电机本体散热良好。强冷风扇端盖、扇叶和电动机外部清洁，确保其冷却散热效果。检查轴承状况，一般两端的温度都会低于中间绕组段的温度。如果两端轴承处温度较高，就要结合所测的轴承声音情况检查轴承。极点温度的出现还应结合当日电机负载情况(生产情况)和环境温度进行分析，进行安全风险评估后，采取适当措施，如增加冷却风扇等缓解温升[2]。

3.3 定修策略

3.3.1 根据环境温度状态趋势适时检修计划

电机的发热与电机和周围空气温度差成正比[1]，因为绕组铜损随气温上升而增加。环境温度对电机的影响是显著的，当气温下降时，正常电机的温升会稍许减少。这是因为绕组电阻下降，铜耗减少，环境温度每降1℃，电阻约降0.4%。根据环境温度与电机温度相关性验算，电机和环境温度的Pearson相关系数=0.818，P值=0.000，由验算结果可知，电机的温度同环境温度是正相关关系，如图3。为了减少系统误差，图中温度是根据当地天气预报的最高温度与最低温度的平均值，与电机温度监测时的温度有一定的差异，此处仅作为参考。

图4是根据某连续退火线加热炉区43台风机电机温度监测数值，6月份至11月份统计数据，绘制各电机出现的最高温度的散点图，根据监测数据显示6月份共计11台风机电机温度达到了最高，7月份共计16台风机电机温度达到了最高，8月份共计16台风机电机温度达到了最高，虽然7月份利用大修时间安排，对所有风机电机本体和冷却风扇进行了清理清扫除尘维护工作，8月份仍有部分风机电机温度达到了最高温度。由以上数据显示和实际操作经验可知，夏季高温高湿环境对电机温升有显著的影响，因此，在电机的定修计划制定的时候，应根据气候条件适时安排维护工作，保证在气温高的天气中电机正常工作。

3.3.2 同类电机温度对比状态管理

根据同类型相同工作环境和负载条件的电机温度对比情况，可以更加直观地看出具体某台风机电机正常工作时的温度情况，以此判断电机的工作状况是否异常，适时进行负载限制和检修维护。

4 结语

电机烧毁故障有多种原因，在装配精度和安装精度一定后，在长周期额定负载工作条件下，电机温升过高是导致电机烧毁故障的主要原因，其中环境温度高、电机表面污垢多，造成通风道堵塞影响冷却效果等，都会直接导致电机温度升高，根据以上数据进行风险评估分析，采用合理日常维护策略，可以显著减少由于电机温升带来的危害，根据环境温度与电机温升的相关关系的验算，可以在夏季高温天气提前安排检修，减少事故发生风险，保证生产线连续稳定生产。

[1]赵昌颖,宋世光.电力拖动基础[M].哈尔滨工业大学出版社,ISBN：7-5603-0370-6.

[2]刘向东,乐素敏.选煤厂使用变频器供电条件下电机温升的处理[J].煤炭加工与综合利用,2011(4).