基于TC-3系統(tǒng)的三相異步電動機(jī)試驗

黃國興

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基于TC-3系統(tǒng)的三相異步電動機(jī)試驗

黃國興

(廣州特種機(jī)電設(shè)備檢測研究院，廣州510000)

本文介紹了在基于TC-3系統(tǒng)的三相異步電動機(jī)試驗臺上進(jìn)行電機(jī)質(zhì)量抽查，重點進(jìn)行了電機(jī)的溫升試驗、負(fù)載試驗和機(jī)械特性試驗，并進(jìn)行結(jié)果分析，為改進(jìn)電機(jī)設(shè)計和工藝提供實測數(shù)據(jù)。

溫升；負(fù)載試驗；機(jī)械特性；堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩

0 前言

三相異步電動機(jī)以其運行可靠、堅固耐用、運行效率高以及具有良好的工作特性等優(yōu)點，在建筑、起重機(jī)械中得到廣泛應(yīng)用，例如塔式起重機(jī)、施工升降機(jī)、橋門式起重機(jī)與機(jī)械停車庫等都用它作為原動機(jī)。而其質(zhì)量性能的優(yōu)劣直接影響到機(jī)械設(shè)備的使用和安全，因此有必要對電機(jī)進(jìn)行質(zhì)量抽查，驗證電機(jī)性能是否符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)條件的要求；制造上是否存在影響運行的各種缺陷；通過分析試驗數(shù)據(jù)，找出質(zhì)量問題和原因，尋求提高產(chǎn)品質(zhì)量的途徑。

1 電機(jī)試驗臺構(gòu)成

圖1 TC-3三相異步電機(jī)測試系統(tǒng)

TC-3三相異步電機(jī)測試系統(tǒng)是由湖湘測控儀器有限公司生產(chǎn)，由扭矩傳感器、加載器、直流風(fēng)機(jī)、調(diào)壓器和工控機(jī)等組成。系統(tǒng)軟件穩(wěn)定、可靠，轉(zhuǎn)速0~3000r/min可調(diào)，適合5.5~160kW三相異步電動機(jī)進(jìn)行直流電阻測量、空載、負(fù)載、堵轉(zhuǎn)、溫升和機(jī)械特性等多項電機(jī)試驗。

抽查對象是一臺型號為Y160L-4的鼠籠型封閉自扇冷卻式三相交流異步電動機(jī)，其主要性能參數(shù)如表1。

表1 電機(jī)主要性能參數(shù)

2 溫升試驗

溫升試驗的目的是通過試驗求得電機(jī)滿載運行到熱穩(wěn)定狀態(tài)時的電機(jī)繞組溫升值，此外還包括定子鐵心溫度、機(jī)座表面溫度等。溫升值的高低直接關(guān)系到電機(jī)絕緣壽命和電機(jī)效率，所以溫升是考核電機(jī)質(zhì)量的重要性能指標(biāo)之一。

實驗前，首先采用雙臂電橋法測量冷態(tài)的定子繞組端電阻和繞組溫度，冷態(tài)的繞組溫度可以采用試驗開始前的冷卻介質(zhì)溫度代替。被試電機(jī)定子繞組接線為三角形接法，根據(jù)下面公式可以計算各相電阻[1]。

其中，ab、bc、ca分別為出線端A與B、B與C、C與A之間的端電阻值，測得值分別為0.3803、0.3813、0.3807Ω。

溫升試驗采用電阻法測取繞組溫升，冷熱態(tài)電阻必須在相同的出線端上測量。首先在試驗臺上直接給被試電機(jī)施加額定負(fù)載，按連續(xù)工作制S1運行30min后停機(jī)測量的繞組端電阻和冷卻介質(zhì)溫度，按以下式（5）計算繞組的平均溫升。

其中，N為試驗結(jié)束時的繞組端電阻，1繞組初始端電組，a試驗結(jié)束時的冷卻介質(zhì)溫度，1為測量初始端電阻1時的繞組溫度，定子為銅繞組，取常數(shù)1=235。

電動機(jī)溫升是由所用絕緣材料的絕緣等級決定的。若試驗的溫升過高，可能是由于試驗電壓過高、電流大、接線出錯、裝配精度不夠或通風(fēng)散熱不良等原因造成。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)文件要求[2]，被試電機(jī)采用B級絕緣，平均溫升應(yīng)不大于80K，試驗得出的平均溫升為69.7K，符合要求。對三角形接法的繞組，各線端的冷態(tài)電阻值與三個線端電阻的平均值之差不得大于三相平均值的1.5%，試驗測量計算值為0.1%，亦符合要求。

3 負(fù)載試驗

三相異步電動機(jī)的重要性能參數(shù)，如效率、功率因數(shù)、轉(zhuǎn)速和電流等，它們的達(dá)標(biāo)與否是直接反映電動機(jī)的質(zhì)量好壞，而這些參數(shù)必須通過負(fù)載試驗獲得。

電機(jī)的負(fù)載試驗過程是從最大負(fù)載點開始，通過調(diào)節(jié)負(fù)載器兩端的電壓給定值來改變電機(jī)的負(fù)載。在大于100%但不超過150%額定負(fù)載之間適當(dāng)取2個負(fù)載點，100%額定負(fù)載取一個點，不小于25%至100%額定負(fù)載之間取3個點[1]。為了減少試驗過程中電機(jī)溫度的變化，試驗時間要盡量縮短。試驗結(jié)果如表2所示。

三相籠型異步電動機(jī)效率為輸出功率與輸入功率的比值，輸出功率等于輸入功率減去定、轉(zhuǎn)子銅耗（I2R）、鐵耗、風(fēng)摩耗及負(fù)載雜散損耗，另外電機(jī)效率還與負(fù)載的狀況有關(guān)，提高效率的途徑很多，在此不累述。負(fù)載試驗時，電機(jī)在臨近額定負(fù)載點時的定、轉(zhuǎn)子銅耗占總損耗量的大部分。而電阻值與溫升成正比，所以定、轉(zhuǎn)子銅耗與電動機(jī)的溫升成正比。因此，電動機(jī)溫升值越高，功率損耗越大，電機(jī)效率越低。

表2 負(fù)載試驗結(jié)果與設(shè)計值比較

4 機(jī)械特性試驗

三相異步電動機(jī)的機(jī)械特性曲線是指在電動機(jī)定子電壓、頻率以及繞組參數(shù)一定的條件下，電動機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的關(guān)系[3]，即=?()。將轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)化成對應(yīng)的轉(zhuǎn)差率，即得到曲線=?()。如圖2，從曲線中可以求取最大轉(zhuǎn)矩max和堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩k。

圖2 轉(zhuǎn)矩特性曲線示意圖

本試驗臺采用動態(tài)測試法繪制機(jī)械特性曲線。首先在TC-3系統(tǒng)界面進(jìn)行參數(shù)初始化，然后打開風(fēng)機(jī)，切換加載器的工作方式為恒速狀態(tài)，通過調(diào)節(jié)加載器兩端電壓將直流電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)至被試電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速；選擇被試電機(jī)電源電流量程，確認(rèn)被試電機(jī)轉(zhuǎn)向與直流電機(jī)轉(zhuǎn)向一致后啟動被試電機(jī)，運行平穩(wěn)片刻，快速調(diào)節(jié)加載器電壓至0V，此時被試電機(jī)處于堵轉(zhuǎn)狀態(tài)，待停止轉(zhuǎn)動2~3s后，將加載器電壓調(diào)至額定轉(zhuǎn)速給定值，停止被試電機(jī)，關(guān)閉電流量程，加載器電壓歸零，試驗結(jié)束。自動記錄儀描繪的機(jī)械特性曲線如圖3。為了更準(zhǔn)確地讀取數(shù)據(jù)，堵轉(zhuǎn)時進(jìn)行了手動保存數(shù)據(jù)，而為了防止電機(jī)過熱，堵轉(zhuǎn)后的操作速度較快，因此后半部分曲線不規(guī)則。

堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩的大小是衡量電動機(jī)啟動性能好壞的技術(shù)指標(biāo)。從表3可以得出，堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩不達(dá)標(biāo)，也就是電動機(jī)的帶載啟動性能弱。根據(jù)三相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩公式[3]：

其中，U1為定子電壓，f1為定子頻率，p為極對數(shù)，r1和x1分別為定子回路電阻和電抗、r2和x2分別為轉(zhuǎn)子回路電阻和電抗，s為轉(zhuǎn)差率。

表3 試驗參數(shù)與設(shè)計要求值的比較

電動機(jī)堵轉(zhuǎn)時=1，代入式（6），可得堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩：

而堵轉(zhuǎn)電流：

綜上，電機(jī)的堵轉(zhuǎn)電流不能超上限值，但也不能過小，否則堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩和最大轉(zhuǎn)矩可能達(dá)不到要求。

5 結(jié)語

通過三相異步電動機(jī)的質(zhì)量抽查試驗以及數(shù)據(jù)分析，能夠簡便快捷地檢驗電動機(jī)的質(zhì)量并找出問題原因所在，為改進(jìn)電動機(jī)設(shè)計和工藝提供實測數(shù)據(jù)，從而提高電動機(jī)制造企業(yè)的質(zhì)量保障意識，規(guī)范電動機(jī)產(chǎn)品，來實現(xiàn)電動機(jī)質(zhì)量把關(guān)。

[1] GB/T1032-2012, 三相異步電動機(jī)試驗方法[S].

[2] TSG Q7014-2008, 起重機(jī)械安全保護(hù)裝置型式試驗細(xì)則[S].

[3] 湯蘊璆, 史乃. 電機(jī)學(xué)[M]. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2006, 193-198.

Three-phase Asynchronous Motor Test Based on the TC - 3 System

HUANG Guoxing

(Guangzhou Academy of Special Equipment Inspection & Testing, Guangzhou 510000, China )

This paper introduces the motor quality checks on the three-phase asynchronous motor test bench based on TC-3 system，focusing on the motor temperature rise test，load test and mechanical properties test，and analyze the results，providing experimental data for improving motor design and process.

temperature rise; load test; mechanical properties; locked-rotor torque

TM343+.2

A

1000-3983(2014)04-0035-03

2014-03-14

黃國興（1982-），2010年7月畢業(yè)于華南理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院焊接自動化專業(yè)，獲得碩士學(xué)歷，現(xiàn)從事特種設(shè)備檢測工作，助理工程師。

審稿人：富立新