浅谈温度对电动机可靠性的影响

时间:2022-09-29 10:06:38

浅谈温度对电动机可靠性的影响

[摘 要]驱动控制元件、绕组绝缘、轴承的失效是电动机的失效主要形式,温度是影响电动机寿命的主要因素,掌握和了解温度对电动机寿命的影响,是制定电动机可靠性试验方案的基础,也是电动机可靠性设计的依据,具有重要的意义。本文重点讨论了温度对电动机寿命的影响,并给出相应数据和曲线。

[关键词]温度;电动机;可靠性

中图分类号:TM359 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2015)21-0004-01

一、电动机可靠性的概念

作为驱动控制元件的电动机,在国民经济高速发展的今天,使用领域越来越广泛,同时各行业对电动机可靠性及寿命提出了更高的要求,电动机可靠性不亚于电动机效率、功率因素,对经济发表影响重大,深受电动机制造厂和用户的重视,研究电动机可靠性,不仅要通过概率论、数理统计和可靠性理论进行分析,从大量试验数据中找出规律,同时还需要进行大量试验研究。构成电动机任何一个部件的失效都将造成电动机的失效,因此,其可靠性的基本模型为串联模型,其可靠度计算公式为

R(t)=R1(t)*R2(t)*……Rn(t) (1)

式中Rn(t)……第n部件的可靠度,是时间的函数。

电动机在整个寿命期内,通常可分为3个阶段,第一阶段为磨合阶段,即早期失郊阶段,失效率随时间迅速下降,这一阶段通常在出厂前的试验中就被踢除;第二阶段为偶然失效期,失效率基本不变,是最重要的阶段,第一阶段的可靠性是电动机厂商和用户最为关心的;第三阶段为耗损阶段,电动机使用到一定程度后,由于轴承磨损,绝缘和电子元件的老化,其失效率随时间迅速上升。

对于第二阶段,通常将失效率看作常数,这时电动机寿命服从指数分布,各单元的可靠度为电机可靠度为

在一些可靠性设计手册中,都给出了λoi、Ki、Di的参考值。

温度对电机失效率和寿命有着显著影响,图1给出了电机平均寿命随温度的变化规律,图2为失效率与温度的关系曲线。

二、温度对电机绝缘的影响

温度对电机绝缘寿命有显著影响。高温将加快绝缘材料的物理变化和化学反应的速度,促进绝缘老化。温度对绝缘寿命的影响一般通过大量的实验获取有关数据,然后用统计的方式得出其失效规律和经验公式。

通过大量研究,曾经得出了A级绝缘的8度规律,B级绝缘的10度规律,H级绝缘的18度规律。即对于A、B、H级绝缘,温度每升高8度、10度、18度,绝缘寿命将降低一半。

三、温度对轴承寿命的影响

有关专家指出,轴承径向力增加一倍,寿命降低10倍;而精度降低一级,寿命降低一倍。轴承手册也给出了轴承寿命的计算公式:

以上只考虑了轴承的疲劳寿命,事实上,温度与轴承寿命密切相关。温度升高将使轴承性能恶化、油脂流失、震动和噪音增大,加剧了轴承磨损和材料退化,轴承寿命明显缩短。因此在设计电机时,应根据其环境工作温度及用户对电机寿命的要求选用合适的轴承,限制轴承的极限运行温度。对于一些重要场合,需安装轴承温度检测装置,以保证轴承长期可靠运行。图3给出了额定转速6000rpm,25w的他励直流电机滚珠轴承寿命随温度变化曲线,其中虚线为非周期性实验曲线,实线为周期性实验曲线。图4为额定转速6000rpm,10w的永磁直流电机滚珠轴承寿命随温度变化曲线。

四、温度对驱动控制线路可靠性的影响

温度对电子元器件失效的加速作用主要体现在以下几个方面:

(1)加速了元器件不同材料接触面间的性能恶化;

(2)加速了封装材料中有机物的老化,使绝缘性能和防护性能恶化;

(3)粘接焊料在高温下加速氧化,热阻增大;

(4)加速了元器件内部金属导电材料的疲劳损坏。

电机种类繁多,有许多电动机与驱动控制线路构成电动机系统,是不可分割的整体。因此,电动机可靠性与其驱动控制线路的可靠性密切相关。电磁元件受温度影响较小,性能较稳定,因此对要求高可靠性、长寿命或环境条件较恶劣的场合,电动机的位置检测元件大多采用电磁元件而不用霍尔元件。

五、结束语

绕组绝缘、轴承和驱动控制元件的失效是电动机的主要失效形式。温度是影响电动机可靠性和寿命的主要因素。了解温度对绕组绝缘、轴承和驱动控制元件可靠性的影响是制定电机可靠性和加速寿命试验方案的基础,也是电动机可靠性设计的依据,利用发达国家在电机可靠性方面的研究成果,对电动机可靠性工作开展深入的探讨,将会逐步提高电动机的可靠性水平。

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