增安型无刷励磁同步电动机用防爆空间加热器的设计

[ 摘 要] 防爆空间加热器是增安无刷励磁同步电动机中的一个重要部件, 其性能对整个电机的使用性能 、防爆性能有很大影响, 文章介绍了增安型无刷励磁同步电动机用防爆空间加热器总功率的确定、电加热元件居里点温度、表面热负荷的计算及组装等, 并给出了设计实例 。

0 引言

在增安型无刷励磁同步电动机中 ,为了防止停机时电机内部空气中水分凝结水露使绕组受潮,都须配置防爆空间加热器 ,保证电机内部有适度高于外部环境的温度, 以消除凝露的产生。防爆空间加热器主要根据 JB T 7836 .1《电机用电加热器 通用技术条件》 、JB T 7836 .3《电机用电加热器 防爆型翅片管电加热器》和 JB T8973《增安型无刷励磁同步电动机防爆技术要求》进行设计 。增安型无刷励磁同步电动机的结构如图 1 所示 , 防爆空间加热器一般位于电机的正下方,主要依靠空气的对流传热将电机内部空腔的空气加热至高于外部环境适当度数的温度。

1 防爆空间加热器的总功率防爆空间加热器的总功率是设计时首先要确定的参数 ,该参数直接影响电加热元件的选取、空间加热器的外形尺寸、防爆性能及加热能力 。总功率选的过大 ,则电机内部空气升温太快,电机的某个局部易达到危险温度 ,有可能引燃周围的爆炸性气体而发生爆炸事故 ,并易引起绝缘材料和其他方面的损耗 ;总功率选的过小, 制热效果差,电机内部空气升温速度慢 ,甚至在某些外部环境温度下达不到 JB T 8973《增安型无刷励磁同步电动机防爆技术要求》规定的电机内部温度应高于外部环境温度至少 5 K 的要求。增安型无刷励磁同步电动机中防爆空间加热器总功率的计算, 国内外尚无统一的计算公式。查阅国内外文献及结合多年的设计经验 ,现采用的计算公式为 :

P =1 .5D·L (1)式中 

P ———加热器的总功率, kW

D ———同步机定子铁心长度 , m

L ———同步机定子铁心外径, m

上式计算出的加热器总功率基本可保证电机内部空气温度始终比外部环境温度高 5K 以上。

2 设计与组装防爆空间加热器的总功率计算出后, 需要从底罩的空间、同步机内空气的均匀加热 、防止损伤电机绕组绝缘等角度考虑总功率需用几个空间加热器分担, 以及空间加热器的加热元件设计及组合问题。

2 .1 PTC 电热元件的工作原理

防爆空间加热器采用金属 PTC 翅片式管状电热元件 ,其发热体为PTC 热敏电阻。

PTC 发热体的电阻温度特性如图 2 所示 。

PTC 发热体的工作原理如下 :

起始时, PTC 发热体具有负温度系数特性 ,其电阻值随温度的上升而下降, 一般电阻率为 0 .1～ 10Ψ·m 左右 ,变化率并不大。当温度升到 T Rmin点时, 阻值最小 。当温度越过 Tref(居里点), PTC发热体的电阻值随温度的上升而急剧上升 ,增加的倍数可达到 10

3～ 105 倍以上, 具有很大的正温度系数特性,从而使发热体中通过的电流减少,功率下降,发热体发热量减小,表面温度下降。随着表面温度的下降 , PTC 发热体的电阻值急剧减小,发热体中的电流又增大, 功率增加 ,表面温度又上升。

上述变化反复出现, 最终促使发热体表面保持一个恒定的温度值 Tref 。发热体进而通过绝缘层(隔电兼传热)、金属管(保护兼传热)等多层传热结构使电热元件表面温度保持在一个恒定的温度值 T ,因此 PTC 翅片式管状电热元件具有温度自限能力 ,可以通过设计和使用状态的规定 ,使之在最不利的条件下 , 表面温度稳定在极限温度下而不需要温度保护系统限制温度, 可简化空间加热器的设计 ,在防爆空间加热器中得到了广泛的应用 。