雙值電容異步電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)試驗(yàn)測(cè)試方法討論

朱俊磊 黃天岐 劉鳴濤

（嘉興威凱檢測(cè)技術(shù)有限公司 嘉興 314001）

引言

電動(dòng)機(jī)的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩是衡量電動(dòng)機(jī)性能的一個(gè)重要指標(biāo)，電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩如果太小，將直接影響電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)性能，甚至?xí)?dǎo)致電動(dòng)機(jī)無法正常啟動(dòng)而發(fā)生堵轉(zhuǎn)。由于電動(dòng)機(jī)的堵轉(zhuǎn)電流可達(dá)到電動(dòng)機(jī)額定電流的7～8倍，時(shí)間稍長(zhǎng)就可能將電動(dòng)機(jī)燒毀。堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩是指電動(dòng)機(jī)在額定頻率、額定電壓下堵住轉(zhuǎn)子時(shí)測(cè)得的轉(zhuǎn)矩最小值。對(duì)于研發(fā)新型電動(dòng)機(jī)，堵轉(zhuǎn)測(cè)試這一步驟必不可少，對(duì)于改進(jìn)設(shè)計(jì)方案、提升電動(dòng)機(jī)性能，堵轉(zhuǎn)特性曲線提供了重要參數(shù)。本文將分析GB/T 9651-2008《單相異步電動(dòng)機(jī)試驗(yàn)方法》與GB/T 5171.21-2016《小功率電動(dòng)機(jī) 第21部分:通用試驗(yàn)方法》中單相電動(dòng)機(jī)的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩測(cè)試方法的區(qū)別，以及兩版標(biāo)準(zhǔn)在日常操作中的優(yōu)劣性，并對(duì)雙值電容異步電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩測(cè)試方法進(jìn)行詳細(xì)介紹。

1 定義

1.1 堵轉(zhuǎn)試驗(yàn)

GB/T 2009.25-2008《電工術(shù)語 旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)》術(shù)語和定義中第411-53-31條，堵轉(zhuǎn)試驗(yàn)的定義如下：

為確定堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩及堵轉(zhuǎn)電流在電動(dòng)機(jī)通電而轉(zhuǎn)子堵住時(shí)進(jìn)行的試驗(yàn)[1]。

1.2 堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩

GB/T 2009.25-2008《電工術(shù)語 旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)》術(shù)語和定義中第411-48-06條，堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩的定義如下：

電動(dòng)機(jī)在額定頻率、額定電壓和轉(zhuǎn)子在其所有角位堵住時(shí)所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩的最小測(cè)得值[1]。

2 雙值電容異步電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)試驗(yàn)的測(cè)試方法分析

2.1 GB/T 9651-2008測(cè)試方法

該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩的定義為轉(zhuǎn)子靜止在任意一角度下的最小轉(zhuǎn)矩。

其規(guī)定在測(cè)試前，應(yīng)保證電動(dòng)機(jī)處于冷態(tài)下，并把轉(zhuǎn)子堵住使其不能轉(zhuǎn)動(dòng)。在進(jìn)行測(cè)試時(shí)，先給電動(dòng)機(jī)從0 V緩慢提高電壓，當(dāng)電動(dòng)機(jī)的電流到達(dá)額定電流時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子或者調(diào)節(jié)機(jī)身，使轉(zhuǎn)子與定子產(chǎn)生位移即可，以此測(cè)出轉(zhuǎn)子在任意角度下最小堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩和最大堵轉(zhuǎn)電流的兩個(gè)點(diǎn)。之后將電動(dòng)機(jī)固定牢固，并使力臂與測(cè)力方向保持垂直。然后，分別在最小堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩、最大堵轉(zhuǎn)電流兩個(gè)位置施加0.95～1.05倍的額定電壓，之后逐漸減低電壓使電流為電動(dòng)機(jī)額定電流時(shí)停止測(cè)試，并在其間均勻的取5～7個(gè)點(diǎn)，記錄下每個(gè)點(diǎn)的電壓、電流和轉(zhuǎn)矩。最后，通過上述5～7個(gè)點(diǎn)繪制成堵轉(zhuǎn)特性曲線（圖1所示）[2]。詳見GB/T 9651-2008 第6.4章。

2.2 GB/T 5171.21-2016測(cè)試方法

GB/T 9651-2008對(duì)于堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩的定義為轉(zhuǎn)子五個(gè)等分點(diǎn)上測(cè)得的最小轉(zhuǎn)矩。

試驗(yàn)前，應(yīng)保證電動(dòng)機(jī)處于冷態(tài)，并將電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子堵住使其不能轉(zhuǎn)動(dòng)。試驗(yàn)開始時(shí)，先將轉(zhuǎn)子平分成五等分點(diǎn)，即每個(gè)點(diǎn)均間隔72 °，之后給電動(dòng)機(jī)施加電壓，使其測(cè)試電流到達(dá)電動(dòng)機(jī)的額定電流時(shí)分別找出五個(gè)點(diǎn)中堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩最小和堵轉(zhuǎn)電流最大的兩個(gè)點(diǎn)。隨后分別在這兩個(gè)點(diǎn)上給電動(dòng)機(jī)施加1.05倍及以上的額定電壓，并逐漸降低電壓到電動(dòng)機(jī)的額定電流。在此其間需均勻的取5～7個(gè)點(diǎn)，記錄下每個(gè)點(diǎn)時(shí)的電壓、電流和轉(zhuǎn)矩，隨后繪制成堵轉(zhuǎn)特性曲線（圖2所示）[3]。詳見GB/T 5171.21-2016 第 8章。

2.3 差異分析

由2.1和2.2對(duì)比可知， GB/T 9651-2008與GB/T 5171.21-2016堵轉(zhuǎn)試驗(yàn)的差異為：

1）堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩定義的區(qū)別： GB/T 9651-2008將堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩定義為轉(zhuǎn)子靜止在任意角度下測(cè)得的最小轉(zhuǎn)矩；GB/T 5171.21-2016將堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩定義為轉(zhuǎn)子在360 °機(jī)械角度內(nèi)的5個(gè)等分位置上測(cè)得的最小轉(zhuǎn)矩。

2）測(cè)堵轉(zhuǎn)特性曲線時(shí)所取最高電壓的區(qū)別：GB/T 9651-2008測(cè)特性曲線時(shí)電壓需要從不低于0.95～1.05倍額定電壓值開始，之后逐漸降低電壓，當(dāng)電流接近額定電流時(shí)停止；GB/T 5171.21-2016測(cè)特性曲線時(shí)電壓需要從1.05倍及以上額定電壓值開始，之后降低電動(dòng)機(jī)電壓到堵轉(zhuǎn)電流接近額定電流值時(shí)停止。

GB/T 9651-2008與GB/T 5171.21-2016堵轉(zhuǎn)試驗(yàn)的相同之處為：

1） 試驗(yàn)都要求電動(dòng)機(jī)處于實(shí)際冷態(tài)下進(jìn)行。

2） 試驗(yàn)時(shí)，都先通過在定子繞組施加低電壓，以使電動(dòng)機(jī)的電流達(dá)到額定電流后，找出轉(zhuǎn)子上堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩最小，堵轉(zhuǎn)電流最大的兩個(gè)位置。

3） 繪制堵轉(zhuǎn)特性曲線，其間都需測(cè)取5～7個(gè)點(diǎn)，每點(diǎn)的通電時(shí)間都不應(yīng)超過5 s。

圖1 GB/T 9651-2008電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)特性曲線

圖2 GB/T 5171.21-2016電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)特性曲線

根據(jù)兩版標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于堵轉(zhuǎn)試驗(yàn)的異同點(diǎn)，我們發(fā)現(xiàn)GB/T 5171.21-2016并未直接引用GB/T 9651-2008對(duì)于堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩的定義。GB/T 9651-2008定義為任意角度下的最小轉(zhuǎn)矩，“任意角度”概念較為寬泛，共需測(cè)取多少不同角度的點(diǎn)也無明確要求，在日常測(cè)試工作中操作性較低，只能按照測(cè)試人員的測(cè)試習(xí)慣來進(jìn)行測(cè)取最小轉(zhuǎn)矩點(diǎn)；GB/T 5171.21-2016定義為定子5個(gè)定分位置上的最小轉(zhuǎn)矩，其對(duì)于所測(cè)取的點(diǎn)的數(shù)量與位置都有了明確的規(guī)定，在實(shí)際測(cè)試中有較好的操作性與記錄性，并對(duì)測(cè)試人員的操作有了規(guī)范。GB/T 9651-2008測(cè)取特性曲線時(shí)電壓從不低于0.95～1.05倍額定電壓值開始，當(dāng)取0.95UN時(shí)，所繪制的曲線未包含額定電壓所在點(diǎn)；GB/T 5171.21-2016在測(cè)特性曲線時(shí)，要求從不低于1.05倍的額定電壓開始，因此繪制的曲線更能真實(shí)的貼近電動(dòng)機(jī)額定電壓下的堵轉(zhuǎn)狀態(tài)。

由上所述，個(gè)人認(rèn)為GB/T 5171.21-2016中的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩測(cè)試方法更加適合日常測(cè)試，具有較好的操作性，并且GB/T 5171.21-2016堵轉(zhuǎn)試驗(yàn)中的測(cè)試要求嚴(yán)于GB/T 9651-2008，符合GB/T 9651-2008對(duì)于堵轉(zhuǎn)試驗(yàn)的所述，因此GB/T 5171.21-2016中的堵轉(zhuǎn)試驗(yàn)方法還有較好的通用性。

3 雙值電容異步電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)要求與注意事項(xiàng)

雙值電容異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行堵轉(zhuǎn)試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)先達(dá)到以下試驗(yàn)要求：

1）電動(dòng)機(jī)測(cè)量堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩時(shí)，應(yīng)在電動(dòng)機(jī)接近實(shí)際冷態(tài)下進(jìn)行，電動(dòng)機(jī)溫度的升高會(huì)影響電動(dòng)機(jī)電流、功率等數(shù)據(jù)的大小。

2）每點(diǎn)讀數(shù)時(shí)，通電持續(xù)時(shí)間應(yīng)不超過5 s，以免繞組過熱，但由于雙值電容異步電動(dòng)機(jī)中啟動(dòng)電容器的特性，其通電時(shí)間應(yīng)不超過啟動(dòng)電動(dòng)器的允許通電時(shí)間，并與下一次啟動(dòng)的間隔時(shí)間應(yīng)大于其工作周期。

3）試驗(yàn)時(shí)應(yīng)將電動(dòng)機(jī)固定牢固，并使力臂處于水平位置，以此保證受力方向與臂長(zhǎng)方向成垂直關(guān)系。本次試驗(yàn)所選用的雙值電容異步電動(dòng)機(jī)的參數(shù)如圖3所示。

3.2 試驗(yàn)方法

測(cè)試示意圖如圖4所示，根據(jù)日常工作經(jīng)驗(yàn)，轉(zhuǎn)子在360 °機(jī)械角度內(nèi)的5個(gè)等分位置上分別進(jìn)行堵轉(zhuǎn)所測(cè)得的最小轉(zhuǎn)矩與任意角度下所測(cè)得的最小轉(zhuǎn)矩并無明顯差距，且實(shí)際操作中任意角度操作難度較大，數(shù)據(jù)記錄性較差，GB/T 5171.21-2016堵轉(zhuǎn)試驗(yàn)方法更適合實(shí)際操作且符合GB/T 9651-2008的要求，故本文將按五等分轉(zhuǎn)子圓周的測(cè)試方法做詳細(xì)介紹。

轉(zhuǎn)子360 °機(jī)械角度的5個(gè)等分位置即等于將電動(dòng)機(jī)軸的圓周進(jìn)行五等分，因此可以將電動(dòng)機(jī)軸套上一個(gè)已經(jīng)5等分的軸套，如圖5所示。做堵轉(zhuǎn)試驗(yàn)前，應(yīng)先測(cè)試電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向，轉(zhuǎn)向應(yīng)符合電動(dòng)機(jī)出廠的轉(zhuǎn)向要求，之后固定好力臂，在電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向一側(cè)放置用于測(cè)力的電子天平，并調(diào)節(jié)左右的高度，使力臂與天平的受力方向處于垂直。通過單相穩(wěn)壓源，給雙值電容異步電動(dòng)機(jī)施加額定電壓220 V，由于啟動(dòng)電容的特性，每次電動(dòng)機(jī)的通電時(shí)間不應(yīng)過長(zhǎng)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)軸帶動(dòng)力臂轉(zhuǎn)動(dòng)，電子天平上將會(huì)收到一個(gè)力F，此力F乘以力臂的長(zhǎng)度L，便是該電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩。每做完一個(gè)點(diǎn)，調(diào)整到下一個(gè)點(diǎn)時(shí)，應(yīng)重新調(diào)整力臂的水平位置，使其與受力方向垂直，并等待電動(dòng)機(jī)冷卻使機(jī)溫接近于冷態(tài)，其間隔時(shí)間應(yīng)至少不少于啟動(dòng)電容器的工作周期。測(cè)試數(shù)據(jù)如表1所示。堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩定義為5個(gè)點(diǎn)的測(cè)得的最小轉(zhuǎn)矩，因此由表可知該電動(dòng)機(jī)的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩為9.619 N·m，其堵轉(zhuǎn)電流為額定電流的6倍多。

圖3 電動(dòng)機(jī)銘牌

圖4 雙值電容異步電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩測(cè)試示意圖

圖5 五等分的軸套

測(cè)取電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)特性曲線時(shí)，先在其定子繞組上施以低電壓。該電動(dòng)機(jī)電壓加到37 V時(shí)，堵轉(zhuǎn)電流接近額定電流5.15 A。保持此電壓，在五個(gè)等分點(diǎn)中分別測(cè)出堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩最小、堵轉(zhuǎn)電流最大的兩個(gè)位置。然后分別在上述兩個(gè)位置上從不低于1.05倍額定電壓值開始，本電動(dòng)機(jī)額定電壓220 V，因此應(yīng)從不低于231 V開始，降低電壓至堵轉(zhuǎn)電流接近額定電流5.15 A為止，在此其間取5～7個(gè)點(diǎn)的讀數(shù)，為使曲線平滑，所取點(diǎn)應(yīng)盡量均勻分布。本次試驗(yàn)測(cè)取了5個(gè)點(diǎn)的讀數(shù)，測(cè)試數(shù)據(jù)如表2所示，并通過測(cè)試數(shù)據(jù)繪制了堵轉(zhuǎn)特性曲線（圖6所示）。

表2 堵轉(zhuǎn)特性曲線測(cè)取點(diǎn)的數(shù)值

圖6 雙值電容運(yùn)轉(zhuǎn)異步電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)特性曲線

4 結(jié)語

本文從堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩的定義、雙值電容異步電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)試驗(yàn)的測(cè)試方法、雙值電容異步電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)試驗(yàn)、堵轉(zhuǎn)特性曲線的測(cè)試四個(gè)方面介紹了雙值電容異步電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)試驗(yàn)的相關(guān)知識(shí)。介紹并分析了GB/T 9651-2008與GB/T 5171.21-2016中堵轉(zhuǎn)試驗(yàn)的異同，并結(jié)合實(shí)際，根據(jù)日常工作經(jīng)驗(yàn)得知GB/T 5171.21-2016的測(cè)試方法更加適合日常操作。最后根據(jù)GB/T 5171.21-2016的測(cè)試方法，實(shí)際操作并介紹了雙值電容異步電動(dòng)機(jī)的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩與堵轉(zhuǎn)特性曲線的測(cè)取。在測(cè)試過程中，我們需注意每次的通電時(shí)間不應(yīng)過長(zhǎng)，以免大電流使繞組迅速發(fā)熱，并對(duì)后續(xù)的測(cè)試數(shù)據(jù)產(chǎn)生較大的影響。