電機表面過熱故障的紅外成像監測診斷

楊寶東，趙 軍

（92493部隊，遼寧葫蘆島 125000）

電機表面過熱故障的紅外成像監測診斷

楊寶東，趙 軍

（92493部隊，遼寧葫蘆島 125000）

分析了引起電機表面溫度過高的原因，用紅外熱成像方法對某船用電機過熱故障進行了監測診斷，總結了用紅外熱像方法測量電機表面溫度時要注意的問題。

電機過熱；紅外成像；監測診斷

電機表面溫度是衡量電機運行狀態的重要參數，電機表面溫升是由電機內部各種損耗發熱傳遞到外表面所引起的。不同絕緣等級的電機，對其長期運行的溫度限值有不同的要求。例如，絕緣等級為F級的電動機，其絕緣材料的最高允許工作溫度為155℃。電機的絕緣等級是指它所用絕緣材料的耐熱等級，因為絕緣材料是電機最薄弱的元件，絕緣一旦失效，電機很快就會損壞。用紅外熱像儀雖然不能直接測量電機的內部溫度，但電機外表面溫度的變化卻足以指示其內部溫度的高低[1]。本文通過監測過程中的實例，對用紅外熱像儀診斷電機外表面過熱故障進行了一些初步的探索。

1 電機溫度過高的原因分析

電機運行時溫度過高的原因很多，大致歸納為如下幾個方面。

1.1 電機本身故障引起的原因

（1）定子繞組匝間或相間有短路故障，電流增大而發熱；

（2）將Δ形接成Y形，或Y形接成Δ形，在額定負載運行時，會使電機過熱；

（3）電動機籠型轉子斷條引起電流過大而發熱；

（4）定、轉子掃膛、相擦，電機負荷增加，引起電機發熱。

1.2 電源方面引起的原因

（1）電源電壓高，引起電機鐵損耗增加，使電機發熱；

（2）三相電源電壓不平衡，引起三相電流不平衡而使電機發熱；

（3）缺相運行。

1.3 負載方面

（1）負載過大，如小電機帶大負載；

（2）啟動過于頻繁；

（3）機械負載有故障，例如軸承不對中或損壞，轉動的阻力增大，造成了額外的負載。

1.4 通風散熱不良方面

（1）電機通風道堵塞；

（2）繞組表面有灰塵和油污，影響散熱；

（3）風扇故障導致散熱不良；

（4）環境溫度過高。

2 某船用電機表面溫度過高的紅外成像監測

2.1 故障現象

當用紅外熱像儀對某船用空調冷卻水泵電機（見圖1）進行成像監測時，發現該電機表面溫度過高，達103.4℃（見圖2），同時電機表面有潤滑脂融化流出的痕跡。進一步監測發現，電機控制箱接觸器與熱繼電器連接處溫度高達136.3℃（見圖3和圖4），用鉗形電流表測量電機三相電流均為48 A，而電機的額定電流為42.5 A，可見電機超負荷運轉比較嚴重。

圖1 某船用電機的可見光圖像

圖2 某船用電機表面溫度高的紅外圖像

圖3 電機控制箱可見光圖像

圖4 電機控制箱紅外圖像

2.2 電機參數

某船用空調冷卻水泵電機的參數如表1所示。

表1 電機參數

2.3 紅外熱像儀參數

監測所使用的紅外熱像儀為美國福祿克公司生產的Ti25紅外熱像儀，其具體參數如表2所示。

表2 紅外熱像儀參數

測量時熱像儀設置的參數如表3。

表3 測量參數設置

3 電機表面溫度測量過程中要注意的問題

3.1 注意風力冷卻對紅外測溫的影響

電動機轉子自由端上裝有冷卻風扇，電動機轉動時，利用風扇所產生的風壓，強迫空氣流動，以較快的速度帶走電動機各部件表面的熱量，對電機進行冷卻。由于風力的冷卻作用，用紅外儀器測量的電機表面溫度會低于電機的實際溫度，如圖5和圖6所示，圖5中，電機在運轉過程中，紅外熱像儀測量其表面溫度為55.8℃，圖6為電機停轉以后拍攝的紅外圖像，由于沒有了風扇的冷卻作用，電機表面同一點溫度變為70.7℃。可見由于風力的冷卻作用，導致了15℃的誤差。風力越大，其對電機表面的冷卻效果越顯著[2]。因此，建議在測量運轉中的電機表面溫度時，對測量結果進行修正，或者在電機剛停止運轉時馬上進行測溫。

圖5 有風力冷卻的運轉中電動機紅外圖像

圖6 電動機停止運行后拍攝紅外圖像

3.2 注意反射溫度對紅外測溫的影響

拍攝電機表面紅外圖像時注意觀察周圍有無其他熱源，特別對于表面較光亮的電機，其外殼較易反射周圍熱源，造成檢測干擾，故在拍攝紅外熱像時，如果周圍有熱源，要注意改變拍攝角度或進行遮擋，以避開熱源的影響。

3.3 注意對電機表面的紅外熱圖進行分析

如果電機表面局部溫度過高，表面紅外熱圖會呈現出以發熱點為中心的溫度梯度，這時就有可能是定子鐵芯或定子繞組絕緣出現了問題，由于絕緣損壞導致了繞組匝間短路或相間短路。在這種情況下，可以配合電機繞組狀態檢測儀等電氣監測設備對電機故障進行準確分析。如果電機表面整體溫度過高，就要考慮電機負載大或散熱不良方面的故障。

4 結束語

本文探討了應用紅外熱像技術對電機表面過熱故障進行監測診斷的可行性，并利用紅外熱成像方法診斷了某船用電機過負荷造成的電機表面過熱故障，總結了用紅外方法測量電機表面溫度過程中應該注意的問題，對于用紅外熱成像方法診斷電機過熱故障積累了初步的經驗。但這些方法還只限于對電機表面過熱故障的初步診斷，還不能對電機故障進行定性和定量的分析，如果要進一步對電機故障進行精確診斷，還應該結合振動監測、電氣監測等手段。

［1］薛蒙，馮輝君，劉慧開，等.三相異步電機定子與機殼溫度的影響因素研究［J］.機電工程技術，2009（8）：146-148.

［2］程玉蘭.紅外診斷現場實用技術［M］.北京：機械工業出版社，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

楊寶東，男，1981年生，河北承德人，碩士，工程師。研究領域：艦船設備紅外監測診斷。已發表論文3篇。

(編輯：向 飛)

2013－07－15