发电机温升试验方法分析

(佳木斯电机股份有限公司，黑龙江佳木斯 154002)

发电机温升试验方法分析

仲崇健

(佳木斯电机股份有限公司，黑龙江佳木斯 154002)

发电机在运行时，由于各种损耗的存在，会使发电机的定子绕组、转子绕组及铁心发热而导致温度升高。如果温升超过了绝缘材料的允许工作温度，就会加速绝缘老化，从而缩短发电机的使用寿命。发电机的温升试验，就是为了在发电机带负荷运行时，掌握各部分温度的变化情况，以便将其控制在限额之内，确保发电机的安全运行。

温升；发电机；试验方法

0 引言

发电机是将其它形式的能源转换成电能的机械设备，最早产生于第二次工业革命时期，它由水轮机、汽轮机、柴油机等其它动力机械驱动，将水流、气流，燃料燃烧等原子核裂变产生的能量转化为机械能传给发电机，再由发电机转换为电能。发电机在工农业生产、国防、科技及日常生活中有着广泛的用途。发电机的温升是衡量质量的重要标准，本文重点分析发电机的试验方法。

1 温升试验目的

温升试验目的

(1)了解发电机在额定状态下运行时，发电机的额定负荷能力和过载能力；

(2)绘制发电机在允许的电压变动范围内，及不同冷却介质温度时的极限工作能力曲线，从而为发电机的运行提供依据；

(3)研究发电机各部分温度与最高发热点温度的关系，为评价和改进发电机结构及通风冷却系统提供依据；

(4)测定定子绕组绝缘热降，研究绝缘热降所反映的绝缘老化情况；

(5)确定绕组平均温度、最高发热点温度和检温计反映的温度之间的关系，研究准确监视测量绕组温度。

2 试验方法

以1000kW应急柴油发电机为例，采用两种不同的方法进行了温升试验

(1)采用空载短路法试验，即发电机由拖动机拖动，定子在开路及短路等状态下分别进行温升试验；

(2)采用直接负载法，即发电机额定运行至热稳定状态。

以上两种均为GB/T 1029《三相同步发电机试验方法》中推荐采用的发电机温升试验方法，但两种方法温升试验结果却偏差较大，现对试验结果进行分析。

3 试验对比分析

3.1 试验方法

根据GB/T 1029《三相同步发电机试验方法》中规定，温升试验方法根据试验设备条件可采用直接负载法、低功率因数负载法、空载短路法。本次试验方法分析研究，主要是对空载短路法和直接负载法进行分析。

3.1.1 空载短路法

被试电机作发电机运行并进行以下四次温升试验

(1)电机空转，不加励磁，测得温升为△θ0；

(2)电机空载，电枢电压等于105%额定值，测得温升为△θu1；

(3)电机空载，在铁心温升不超过规定值的情况下，电枢电压尽可能接近120%额定值，测得温升为△θu2；

(4)电机三相对称短路，电枢电流等于额定值，测得温升为△θk。

3.1.2 直接负载法

试验时被测电机应根据其用途保持在额定工作方式下进行，在试验过程中冷却介质温度应符合GB 755中5.3、5.4、5.5的规定，并尽量防止突变，每隔30min记录一次各点数据，在电机各部分温度渐趋稳定阶段，每15min或30min记录一次。当电机各部分温度变化在最后1h内不超过2K时认为电机发热已达稳定状态。

3.2 试验数据整理

3.2.1 空载短路法试验数据

空载短路法温升试验的具体试验数据如下

(1)定子温升

①电机空转不加励磁，测得温升为△θ0=3K；

②电机空载，电枢电压等于105%额定值，测得温升为△θu1=13.2K；

③电机空载，在铁心温升不超过规定值的情况下，电枢电压尽可能接近120%额定值，测得温升为△θu2=19.6K；

④电机三相对称短路，电枢电流等于额定值，测得温升为△θk=51.5K。

根据公式

定子温升=63.4K

(2)转子温升

①电机空载，电枢电压等于105%额定值，测得温升为△θu1=7.5K；

②电机空载，在铁心温升不超过规定值的情况下，电枢电压尽可能接近120%额定值，测得温升为△θu2=16.7K；

③电机三相对称短路，电枢电流等于额定值，测得温升为△θk=31.4K。

电机机座表面温度：65℃(环境温度：22℃)

建立以损耗(I2R)为横坐标、温升(△θ)为纵坐标的坐标系，根据试验时环境温度(θc)及对应的励磁绕组损耗和温度为(75-θc)时及对应的励磁绕组损耗绘制一条直线，和(2)、(3)、(4)三次温升试验时对应的损耗及温升值绘制的直线交与一点(见图1)，该点纵坐标即为额定工作方式下励磁绕组的温升。

图1作图法求励磁绕组温升的曲线

根据曲线，推出转子温升：71K。

3.2.3 直接负载法试验数据

直接负载法温升试验的具体试验数据如下。

发电机温度稳定后停机测量的定子、转子的直流电阻，根据标准规定的温升计算公式，计算结果如下。

定子温升：110K

转子温升：133.9K

电机机座表皮温度：90℃(环境温度：21℃)

4 试验数据分析

由于发电机采用两种试验方法进行温升试验，试验结果相差较大，我们对此问题进行了如下分析

(1)从试验方法上，如具备负载设备，发电机直接负载法温升试验的试验结果更加接近与发电机的实际运行，试验结果更加真实可靠；

(2)导致发电机空载短路法温升试验数据失真的原因，主要由于空载短路法需进行四次温升试验，而在计算转子温升的过程中需要绘制一条温升与损耗的曲线，此曲线是由三次测得的温升值与对应温升下的损耗值(I2R)三点描点得到的一条直线，但在实际绘制过程中发现这三点很难在同一直线上；

(3)根据空载短路法三相对称短路试验时电机机座表面最高温度65℃(环境温度22℃)，直接负载法电机机座表面温度90℃(环境温度21℃)。由于三相短路对称短路法时定子额定状态发热，转子空载运行，因此无法体现电机机座表面的实际温度。而直接负载法属于实际工作状态，电机机座表面温度应为实际运行状态下的温度。

5 结语

由于此发电机采用空载短路法和直接负载法进行的温升试验，试验结果偏差较大，因此我们通过分析认为主要原因是由于此发电机自身温度较高，导致空载短路法时各项试验数据失真，叠加计算后数据不准确，无法真实反映电机的实际温升。所以在新产品进行温升试验时，建议采取直接负载法进行，以确保得到准确的试验数据。

[1] GB 755—2008 旋转电机 定额和性能.

[2] GB/T 1029—2005 三相同步发电机试验方法.

[3] GB/T 15548—2008 往复式内燃机驱动的三相同步发电机通用技术条件.

[4] 上海电器科学研究所.中小型电机设计手册.北京：机械工业出版社，1994.

AnalysisonTemperature-RiseTestMethodofGenerator

ZhongChongjian

(Jiamusi Electric Machine Co.,Ltd.,Jiamusi 154002, China)

When a generator is running, stator windings, rotor windings and iron core will generate heat due to the existence of various losses, and then temperatures of them will increase. If their temperatures exceed allowable working temperatures of the insulating material, they will accelerate insulation aging, thus greatly shortening the service life of generator. The temperature-rise test of generator is to understand the temperature change of each part of generator in loading operation and keep it under the limits, so as to ensure the safe operation of generator.

Temperature rise；generator；test method

10.3969/J.ISSN.1008-7281.2017.05.11

TM306

B

1008-7281(2017)05-0035-003

仲崇健男1983年生；毕业于哈尔滨理工大学电机专业，现从事电机设计开发工作.

2016-04-20