防爆工作時,在其有效部分產生的各種損耗都要轉變?yōu)闊崃浚痣姍C溫度的升高。電機開始工作時,所產生的相應損耗幾乎全部用于提高電機有關部件本身的溫度。
但隨著防爆電機溫度的升高,電機與周圍介質之間的溫度差也逐漸增大,散失到周圍介質中去的熱量相應地也逐漸增多,電機本身溫升升高的速度則逐漸變慢。Z后,電機中產生的全部熱量都傳給周圍介質,達到了熱穩(wěn)定狀態(tài)。通常每小時溫度變化小于1K時,即認為已達到熱穩(wěn)定狀態(tài)。
溫升限值與所用絕緣結構的耐熱等級有關。采用耐熱等級較高的絕緣結構時,由于允許溫升高,防爆電機設計時可以取較高的電磁負荷或熱負荷。
理論與實踐相結合的結合,會對防爆電機設計注入一些非常有用的經驗性內容,結合防爆電機的實際使用工況,及所要求的使用壽命,可以選擇性地對防爆電機的方案進行調整,以達成適用和經濟的效果。
但有些內容要說明:比如E級絕緣長期工作的Z高溫度是120℃,減去冷卻介質的溫度40℃,允許溫升本應為80K,但電阻法規(guī)定溫升限度為75K,這5K余量是考慮到用電阻法得到的是繞組平均溫度,其與Z熱點的溫差按經驗統(tǒng)計取為5K。對于表面裸露的單層繞組,由于散熱條件較好,就不需作此考慮。耐熱等級高,允許的熱流強度可以大些,由此其平均溫度與Z熱點之間的差別也按經驗規(guī)定得大些,如B級為10K,H級為15K等。實際上可以說,測量方法等所引起的差異只不過是一個修正因素。
關于溫升規(guī)定還可進一步討論如下:
首先,必須與對防爆電機提出的工作壽命要求聯(lián)系起來。例如,采用A級絕緣的一般電機,如在105℃溫度下連續(xù)工作,其壽命約為4~5年。由于實際上電機不會經常工作在這個Z高溫度下,若要求合理的工作壽命為10~15年,那么仍可規(guī)定允許Z高溫度為105℃。對于牽引電機,由于安裝空間受限制等原因,也允許適當縮短電機的壽命,例如A級絕緣,即可允許Z高溫度為120℃。
防爆電機的允許Z高溫度,除了出于考慮所使用的絕緣結構的熱穩(wěn)定性與壽命之外,有時還取決于其它一些因素。例如,耐高溫的合成絕緣材料出現(xiàn)后,限制允許Z高溫度的因素一是因溫度高則銅損耗增大,導致效率偏低;二是當高于150℃時潤滑系統(tǒng)工作困難,直流電機換向困難。因此許多廠家雖然使用F級和H級絕緣,但溫升限度常常仍有規(guī)定不超過B級絕緣的允許值的;這樣還有利于電機壽命。
另外,對于目前所采用的各種冷卻系統(tǒng)來說,冷卻介質的溫度基本上取決于大氣溫度,并且在數(shù)值上和大氣溫度基本相同。
我國各地年平均溫度都在2℃以下,平均Z高溫度不超過35℃,而絕對Z高溫度一般在35~40℃之間,但也有個別地區(qū)在40~45℃之間的。目前世界各國大體上都采用大部分地區(qū)的天氣絕對Z高溫度作為冷卻介質的溫度。如美國取40℃,俄羅斯則取35℃。我國南北緯度相差較大,此溫度本應南北不同,但為了統(tǒng)一起見,電機的國家基本標準仍規(guī)定冷卻介質的溫度不超過40℃。當然,實際上冷卻介質達到絕對Z高溫度的機會是不多的,即使達到了,時間也不會持續(xù)很久。所以電機實際的工作溫度經常是低于允許的Z高溫度的,因而根據絕緣老化速度與溫度的關系,在采用絕對Z高溫度作為冷卻介質的溫度時,電機中絕緣的壽命應該比在允許Z高溫度下能夠連續(xù)工作的時間要長得多。