الاختبار الحراري للمحرك: ارتفاع درجة الحرارة, العزل المتعرج & إجراءات الاختبار

بواسطة فريق هندسة EconoTest · الشركة المصنعة لمنصة الاختبار, شنغهاي

ما هو الاختبار الحراري للمحرك؟?

يقيس الاختبار الحراري للمحرك توزيع درجة الحرارة في ملفات المحرك, جوهر, محامل, والإطار تحت ظروف التحميل المحددة. الإخراج الأساسي هو ارتفاع درجة الحرارة (ΔT) — الفرق بين النقطة الأكثر سخونة المقاسة ودرجة الحرارة المحيطة أثناء الاختبار. تحدد هذه القيمة ما إذا كان نظام عزل المحرك يعمل ضمن فئته الحرارية المقدرة ويتنبأ بالموثوقية على المدى الطويل.

لاختبار الإنتاج في نهاية الخط, يؤكد التشغيل الحراري أن وحدة معينة قد تم لفها بشكل صحيح ولا يوجد بها أي شورت جزئي أو عيوب في التبريد. ل ر&د والشهادة, يتحقق اختبار ارتفاع درجة الحرارة الكامل من صحة التصميم وفقًا للجنة الكهروتقنية الدولية (IEC). 60034-1 أو جيجابايت/ت 755 الحدود قبل إطلاق المنتج.

تقييمات الطبقة الحرارية وحدود درجة الحرارة

IEC 60034-1 يحدد الفئات الحرارية من خلال الحد الأقصى لدرجة حرارة النقطة الساخنة المسموح بها لعزل اللف:

الطبقة الحرارية	نقطة اتصال ماكس (درجة مئوية)	الارتفاع المسموح به عند درجة حرارة محيطة 40 درجة مئوية	أنواع المحركات النموذجية
الفئة أ	105درجة مئوية	60 ك (طريقة المقاومة)	منخفضة الطاقة, التطبيقات غير الحرجة
الفئة ب	130درجة مئوية	80 ك	المحركات الصناعية القياسية
الفئة ف	155درجة مئوية	105 ك	الجر EV, مضاعفات, محركات IE4/IE5
فئة ح	180درجة مئوية	125 ك	البيئات ذات درجات الحرارة المرتفعة, الفضاء الجوي
الفئة ن (200)	200درجة مئوية	145 ك	المحركات المتخصصة ذات درجات الحرارة العالية

ملحوظة: تفترض قيم الارتفاع المسموح بها أعلاه القياس بطريقة المقاومة في حالة مستقرة مع درجة حرارة مرجعية محيطة تبلغ 40 درجة مئوية.

ثلاث طرق لقياس درجة حرارة اللف

طريقة 1: طريقة المقاومة (الأكثر دقة)

قم بقياس مقاومة التيار المستمر لكل مرحلة من الملفات قبل الاختبار (مقاومة البرد R₁ عند T₁ المحيط) وعلى الفور بعد التحميل إلى حالة مستقرة (المقاومة الساخنة R₂). حساب ارتفاع درجة الحرارة:

ΔT = (ر₂ – ر₁) / ر₁ × (235 + تي₁) - (T₂ – T₁)

أين 235 هو معامل درجة حرارة النحاس ثابت (يستخدم 225 للملفات الألومنيوم), T₁ هي درجة الحرارة المحيطة الأولية, وT₂ هي درجة الحرارة المحيطة عند نهاية الاختبار. تعطي هذه الطريقة متوسط ​​درجة حرارة الملف - يتطلب المعيار حدوث تسلسل الاختبار داخلها 30 ثوانٍ من إزالة الحمل لتقليل خطأ التبريد.

طريقة 2: أجهزة استشعار درجة الحرارة المدمجة (PT100 / الثرمستورات NTC)

الثرمستورات أو كاشفات درجة الحرارة المقاومة PT100 المدمجة في فتحات اللف أثناء التصنيع تعطي قراءات مستمرة لدرجة الحرارة أثناء الاختبار. لا يمكنهم الوصول إلى النقطة الساخنة الحقيقية (مركز الموصل) ولكن ترتبط بشكل جيد عند معايرتها. مطلوب للمحركات ذات أسلاك الاستشعار التي يمكن الوصول إليها بموجب IEC 60034-1 بند 8.3.

طريقة 3: رسم الخرائط السطحية الحرارية

المزدوجات الحرارية من النوع K متصلة بالأسطح الخارجية (إطار, دروع النهاية, تحمل العلب) تحديد التدرجات الحرارية وأوجه القصور في التبريد. لا تعطي هذه الطريقة درجة حرارة النقطة الساخنة للملف ولكنها غير جراحية ومفيدة لمقارنة وحدات الإنتاج التسلسلية أو تحديد حالات فشل التبريد غير المتماثلة.

تسلسل الاختبار القياسي لاختبار ارتفاع درجة الحرارة

خطوة 1 - قياس مقاومة البرد

مع المحرك عند درجة حرارة محيطة معروفة T₁ (استقر على الأقل 2 ساعات), قم بقياس مقاومة التيار المستمر لكل مرحلة باستخدام 4 أسلاك (كلفن) قياس. سجل درجة الحرارة المحيطة مباشرة قبل القياس. للمحركات ثلاثية الطور, قياس جميع أزواج المرحلة الثلاثة والمتوسط.

خطوة 2 - تشغيل إلى حالة الاستقرار الحراري

قم بتطبيق الحمل المقنن باستخدام مقياس ديناميكي تم ضبطه على عزم الدوران والسرعة المقدرة. مراقبة درجة حرارة اللف (عبر أجهزة الاستشعار المدمجة) أو درجة حرارة السطح (عن طريق المزدوجات الحرارية). يتم تعريف الحالة الحرارية المستقرة بأنها أقل من 1 K التغيير في الساعة. الوقت النموذجي لحالة مستقرة: 60– 180 دقيقة للمحركات الصغيرة (<10 كيلوواط), 3– 8 ساعات للآلات الكبيرة (>100 كيلوواط).

خطوة 3 - إزالة الحمل وقياس المقاومة الساخنة

قم بإزالة الحمل في وقت واحد مع إزالة الطاقة. قم بقياس المقاومة الساخنة R₂ في أسرع وقت ممكن — بالداخل 30 ثواني للمحركات تحت 50 كيلوواط. سجل درجة الحرارة المحيطة T₂ في نفس اللحظة. احسب ΔT باستخدام صيغة المقاومة أعلاه. قارن مع حد الطبقة الحرارية لنظام العزل المعلن.

خطوة 4 - تحمل فحص درجة الحرارة

يتم قياس درجة حرارة التحمل بشكل منفصل. IEC 60034-1 حدود تحمل ارتفاع درجة الحرارة إلى 50 K للمحامل العادية و 60 K لمحامل العناصر المتداول فوق البيئة المحيطة, بغض النظر عن الطبقة الحرارية للمحرك. تشير الأعطال هنا إلى عدم كفاية التشحيم, تحمل مشاكل التحميل المسبق, أو اختلال المحاذاة - وليس مشاكل العزل.

الاختبار الحراري لمحركات الجر الكهربائية: متطلبات إضافية

تواجه محركات الجر للمركبات الكهربائية ملفات تعريف طاقة النبض التي لا تلتقطها الاختبارات الحرارية الصناعية القياسية. المتطلبات الإضافية الرئيسية:

• اختبار حراري لذروة عزم الدوران: قم بتطبيق عزم الدوران المقدر 3 × لمدة 30-60 ثانية وتأكد من أن نقطة الاتصال لا تتجاوز حدود الفئة H أثناء الفترة العابرة
• حرارة الكبح المتجددة: مقياس ديناميكي رباعي الأرباع يحاكي دورات الاسترداد; قياس درجة حرارة اللف أثناء القيادة والتوليد المشتركين
• اختبار حراري لدورة القيادة: إعادة إنتاج دورة القيادة WLTP أو CLTC على طاولة الاختبار ومراقبة تراكم الحرارة التراكمي على مدار 30-60 دقيقة
• التحقق من صحة نظام التبريد: قم بقياس مدخل / مخرج سائل التبريد Delta-T للتحقق من سعة دائرة تبريد السائل عند الطاقة المقدرة

متطلبات مقعد الاختبار للاختبار الحراري

ليس كل مقياس قوة مناسب للاختبار الحراري. المتطلبات الرئيسية هي:

• تصنيف الحمل المستمر: يجب أن يستمر مقياس الدينامومتر 100% عزم الدوران المقدر بما لا يقل عن 3 × ثابت الوقت الحراري للمحرك - عادةً 2-6 ساعات. مكابح التيار الدوامي ذات تصنيفات الخدمة المتقطعة غير مناسبة; يعتبر التيار الدوامي المبرد بالماء أو مقاييس قوة التيار المتردد هو الاختيار القياسي
• ظروف محيطة مستقرة: يجب أن تظل درجة الحرارة المحيطة ضمن ±1 كلفن أثناء الاختبار. إذا كانت غرفة الاختبار الخاصة بك بها تقلبات في نظام التدفئة والتهوية وتكييف الهواء (HVAC)., مطلوب غرفة حرارية يمكن التحكم فيها
• 4-قناة قياس مقاومة السلك: يجب أن يدعم نظام الحصول على البيانات قياس مقاومة كلفن بدقة mΩ ​​مع إلغاء تنشيط المحرك قيد الاختبار
• تسجيل البيانات عند ≥1 هرتز: قنوات درجة الحرارة (المحيطة, سطح, تحمل) يجب تسجيلها بشكل مستمر لتوثيق منحنى درجة الحرارة والوقت المطلوب لتقارير الشهادات

تم تصنيف مقاييس قوة التيار المتردد EconoTest ووحدات التيار الدوامي المبردة بالماء 100% واجب مستمر. للحصول على مواصفات مقاعد البدلاء الاختبار الحراري, انظر لدينا نموذج الاستفسار الهندسي.

الأسئلة المتداولة

ما الفرق بين ارتفاع درجة الحرارة ودرجة الحرارة المطلقة في اختبار المحركات?

ارتفاع درجة الحرارة (ΔT) هي الزيادة فوق درجة الحرارة المحيطة, تقاس في كلفن (ك). درجة الحرارة المطلقة هي القيمة الفعلية المقاسة بالدرجات المئوية (درجة مئوية). IEC 60034-1 يتم التعبير عن الحدود كارتفاع في درجة الحرارة لأن الظروف المحيطة تختلف حسب موقع الاختبار - المحرك الذي يعمل عند 125 درجة مئوية في غرفة 40 درجة مئوية لديه 85 ارتفاع ك, في حين أن نفس المحرك عند 125 درجة مئوية في غرفة 20 درجة مئوية لديه 105 ارتفاع ك. يقارن المعيار ΔT, ليست درجة الحرارة المطلقة, لضمان المقارنة العادلة بين المرافق المختلفة.

كم من الوقت يستغرق اختبار ارتفاع درجة الحرارة?

معظم المحركات تحت 30 تصل كيلووات إلى حالة الاستقرار الحراري خلال 60-120 دقيقة. تتطلب المحركات التي تتراوح قدرتها بين 30-200 كيلووات عادةً من 2 إلى 4 ساعات. الآلات الكبيرة أعلاه 200 يمكن أن يستغرق كيلوواط 6-10 ساعات. لا يمكن اختصار الاختبار; التوقف قبل الحالة المستقرة ينتج عنه تفاؤل (غير المحافظ) النتيجة التي لا تعكس ظروف التشغيل للخدمة المستمرة.

هل يمكن إجراء الاختبار الحراري بدون الدينامومتر؟?

للمحركات التي يمكن اختبارها بطريقة الإدخال المكافئة (يعمل تحت الحمل من مصدر طاقة معاير), مقياس الدينامومتر ليس مطلوبًا بشكل صارم. لكن, تنطبق هذه الطريقة فقط على أنواع محددة من المحركات وتسلسلات الاختبار. لجميع المركبات الكهربائية, مضاعفات, ومحركات متغيرة السرعة, مطلوب مقياس ديناميكي يكرر عزم الدوران الفعلي للحمل وملفات تعريف السرعة لإنتاج بيانات حرارية ذات معنى.

ما الذي يجعل المحرك يفشل في اختبار ارتفاع درجة الحرارة?

الأسباب الأكثر شيوعا هي: عدم كفاية درجة اللف أو المقطع العرضي للنحاس (قضية التصميم), شورت متداخل من عيوب عملية اللف (قضية التصنيع), منع أو انخفاض تدفق الهواء التبريد (قضية التجمع), ووضع العلامات الحرارية غير صحيحة (عدم تطابق المواصفات). عندما يفشل المحرك, تحدد بيانات قياس المقاومة المرحلة التي تحتوي على نقطة الاتصال, مما يساعد على عزل السبب الجذري.

هل الاختبار الحراري مطلوب لكل محرك إنتاج؟?

اختبارات ارتفاع درجة الحرارة الكاملة إلى IEC 60034-1 يتم إجراؤها عادةً على عينات تأهيل التصميم (المقالات الأولى) وعينات اختبار النوع الدوري, وليس كل وحدة إنتاج. يستخدم اختبار نهاية خط الإنتاج عمليات فحص وكيل أسرع - تيار عدم التحميل, توازن مقاومة اللف, والمقاومة العازلة - التي تكتشف عيوب التصنيع دون استثمار الوقت في التشغيل الحراري الكامل.