籠型三相異步電動機空載電流合格判定解析

陳金剛，鞏方彬，李國治

應(yīng)用研究

籠型三相異步電動機空載電流合格判定解析

陳金剛，鞏方彬，李國治

（德州恒力電機有限責(zé)任公司，山東德州 253000）

本文主要講述籠型三相異步電動機空載電流的一般規(guī)律和基本特性，對引起空載電流不合格的原因進行分析。同時對空載電流占額定電流的百分?jǐn)?shù)，不同額定電壓下額定電流和額定功率之間的關(guān)系進行闡述，進而闡明電機空載電流合格與否的判定依據(jù)。

籠型三相異步電動機 空載電流 額定電壓 額定電流 額定功率

0 引言

籠型三相異步電動機的空載電流是反映電機效率和功率因數(shù)的重要參數(shù)，是考核電機電氣性能的重要參考值，直接體現(xiàn)電機的核心部件—定轉(zhuǎn)子的制造質(zhì)量和設(shè)計工藝水平，是用戶使用電機前，對電機性能進行考核最直觀的測試項目。同功率不同系列和用途電機的空載電流差別很大，同系列相同用途的不同設(shè)計的電機空載電流也存在較大差異，因此，電機的空載電流沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，但各電機制造廠根據(jù)自己的設(shè)計和工藝保證程度，一般都設(shè)有內(nèi)部控制的標(biāo)準(zhǔn)，以保證電機使用運轉(zhuǎn)性能和各工藝參數(shù)在合理的范圍以內(nèi)。

1 空載電流的基本規(guī)律

電機空載電流的大小與電機的容量，結(jié)構(gòu)形式，鐵芯質(zhì)量，極數(shù)以及電機的生產(chǎn)加工工藝和裝配質(zhì)量有關(guān)。電機設(shè)計時可根據(jù)設(shè)計參量計算出空載電流和功率損耗的理論值，在電機出廠例行檢查進行空載試驗時與之比較，確定電機空載電流是否在正常的工藝波動范圍內(nèi)。超出工藝范圍引起的空載電流故障表現(xiàn)形式主要有：電流過大，過小和不平衡。

在一般正常同型號，同功率情況下，電機的額定電壓越高，額定電流越小，相應(yīng)額定電壓下的空載電流也越?。活~定電壓越低，額定電流越大，相應(yīng)額定電壓下的空載電流也越大。連續(xù)運轉(zhuǎn)的小型籠型三相異步電動機空載電流一般為額定電流的30%~70%，損耗為額定功率的3%~8%。根據(jù)籠型三相異步電動機的空載試驗數(shù)據(jù)，進行統(tǒng)計分析，歸納出空載電流數(shù)值的近似表達式：

式中I0為電機的空載電流，IN為電機的額定電流，單位A；PN為電機的額定功率，單位kW；1.3~1.34為取值系數(shù)。當(dāng)電動機極數(shù)越多，容量越小時，系數(shù)取值越接近1.30，極數(shù)越少，容量越大時，系數(shù)取值越接近1.34。考慮到各種因素影響，測試數(shù)值范圍可在此數(shù)值基礎(chǔ)上，上下浮動一定范圍，通常情況下可上浮10%，下浮5%。表1是根據(jù)上式總結(jié)計算的不同極數(shù)和功率電機的空載電流占額定電流的百分?jǐn)?shù)。

表1 不同極數(shù)和功率三相異步電動機空載電流占額定電流的百分比(%)

空載電流超出上述范圍I0偏小時，易造成電機雜散損耗增大，定轉(zhuǎn)子之間通風(fēng)條件差，溫升高；電機的各種轉(zhuǎn)矩，特別是起動轉(zhuǎn)矩降低，負(fù)載啟動困難，使用運轉(zhuǎn)過程中增加定、轉(zhuǎn)子相擦（掃膛）的可能性，電機的可靠性降低。超出上述范圍I0偏大時，易造成電機功率因數(shù)下降，起動電流增大，額定負(fù)載下的運行電流超出額定電流，容易造成電機的溫升超標(biāo)，效率下降。

2 空載電流常見故障表現(xiàn)

2.1 空載電流大

造成空載電流大的原因：1）定子繞組匝數(shù)少于正常值。2）定、轉(zhuǎn)子之間的氣隙較大。3）鐵芯硅鋼片質(zhì)量較差（出廠時為不合格品或用火燒法拆繞組時將鐵芯燒壞）。4）鐵芯長度不足或疊壓不實造成有效長度不足。5）因疊壓時壓力過大，將鐵芯硅鋼片的絕緣層壓破或原絕緣層的絕緣性能達不到要求。6）繞組接線有錯誤。如應(yīng)三相星接接成角接（空載電流是正常值的3倍以上）、并聯(lián)支路數(shù)多于設(shè)計值（例如應(yīng)1路串聯(lián)實為2路并聯(lián)，或2路并聯(lián)實為4路并聯(lián)，此時電流將成倍數(shù)地增長）。7）額定頻率為60 Hz的電機通入了50 Hz的交流電（所加電壓仍為60 Hz的額定數(shù)）。此時空載電流理論上將是正常值的1.2倍，但由于電機設(shè)計時一般將額定電壓時的鐵芯磁密選擇在磁化曲線的“膝部”，即線性部分以上，所以實際上要大于1.2倍，實測數(shù)據(jù)表明，最高可達1.7倍以上。8）電源電壓高于額定值。在額定電壓附近，特別是高于額定電壓時，空載電流與電壓的平方，甚至3次方成正比，所以空載電流的增加將遠大于電壓的增加。

2.2 空載電流小

繞組空載電流較小的原因與較大的原因大體相反。主要是繞組的每相串聯(lián)匝數(shù)增多造成，如電機繞組的并聯(lián)路數(shù)減少，應(yīng)△接的繞組結(jié)成Y，會使電機的空載電流呈倍數(shù)關(guān)系減小。另外空載電流小的原因，也有可能定子為異電制，同一頻率下，電壓高的定子錯當(dāng)成電壓低的定子使用，此時，堵轉(zhuǎn)電流相應(yīng)也降低，比較明顯，更換定子即可解決；另一種為轉(zhuǎn)子外徑大，這種情況下，將造成定轉(zhuǎn)子間的氣隙減小，電機易造成定、轉(zhuǎn)子相擦，一般通過車轉(zhuǎn)子解決。此時，堵轉(zhuǎn)電流變化不明顯，空載電流減小較多，例如：YE2-160M-4電機轉(zhuǎn)子外徑增加0.5 mm，電機堵轉(zhuǎn)電流降低15%，而空載電流降低30%左右。

2.3 空載電流不平衡

當(dāng)三相電源對稱時，長時間運轉(zhuǎn)的異步電動機在額定電壓下的三相空載電流任何一相與平均值的偏差不得大于10％。如果三相電壓平衡，而三相空載電流不平衡，且改換電源相序后三相空載電流不平衡的情況仍然不變（某相電流仍大），且運行時有嗡嗡聲，則表明該電動機有缺陷。造成三相空載電流不平衡的原因有：1）定子三相繞組不對稱；2）氣隙嚴(yán)重不均勻或磁路不對稱。如果三相繞組電阻平衡，或三相堵轉(zhuǎn)（短路）電流不平衡度比空載電流不平衡度顯著減小，則表明空載電流不平衡是由于氣隙不均勻所造成；反之，則表明定子繞組不對稱。新出廠電機空載電流的平衡度一般控制在5%以內(nèi)，超出5%，即可認(rèn)定為空載電流不平衡。如果空載電流不平衡是由三相直流電阻不平衡引起，一般為焊頭虛焊或電纜頭接觸不良造成。如果三相直流電阻平衡而空載電流不平衡，通常是部分繞組接反或嵌錯槽造成，也有可能是三相繞組各槽匝數(shù)分布不均造成，這種情況下，定子需重新接線或嵌線。交流電機空載損耗大且空載電流不平衡，表明繞組各并聯(lián)支路的匝數(shù)不相等，或者是少數(shù)線圈有局部短路現(xiàn)象。

3 籠型三相異步電動機電流與電壓和功 率的關(guān)系

空載電流隨著電壓上升而上升，隨著電壓下降而下降。電壓偏低時，負(fù)載狀態(tài)下，電磁力矩降低，轉(zhuǎn)差率增大，轉(zhuǎn)子和定子電流都增大；空載狀態(tài)下，轉(zhuǎn)差率基本不變，空載電流減小。電壓偏高時，負(fù)載狀態(tài)下，電磁力矩增大，轉(zhuǎn)差減小，負(fù)載電流減?。豢蛰d狀態(tài)下，電流隨電壓的升高而增大。以YE2-90S-6，400V/50 HZ電機為例，電機的額定電流是2.0 A。表2是YE2-90S-6電機在不同空載電壓下的空載電流測試數(shù)值，如果空載電壓超出額定電壓的5%，空載電流達到1.68 A，空載電壓超出額定電壓的10%，空載電流達到1.88 A，接近額定電流，有時在用戶處會被錯誤的判斷為電流偏大，這種情況下，由于空載時電壓偏高，空載電流偏大屬正?，F(xiàn)象。額定負(fù)載下，電流不會超出額定電流，如果負(fù)載下超電流，應(yīng)考慮負(fù)載匹配問題。

表2 YE2-90S-6電機在不同空載電壓下的空載電流測試數(shù)值

對于籠型中小型三相異步電動機，每千瓦功率對應(yīng)的額定電流與額定電壓的數(shù)值一般遵循以下規(guī)律：三相二百二電機，千瓦三點五安培。 常用三百八電機，一個千瓦兩安培。低壓六百六電機，千瓦一點二安培。高壓三千伏電機，四個千瓦一安培。高壓六千伏電機，八個千瓦一安培。

4 結(jié)論

籠型三相異步電動機的空載電流在一定程度上反應(yīng)電機的溫升，效率，功率因數(shù)，起動能力等主要性能指標(biāo)，其合格與否直接影響電機的各項性能。維修實驗人員應(yīng)掌握其限值規(guī)律，保證合格電機出廠，對存在問題的電機做出判定，利于維修，從而保證電動機的性能指標(biāo)符合產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)要求。

[1] 陳金剛, 三相異步電動機的空載和堵轉(zhuǎn)電流[J].電機技術(shù), 2016, (5): 35-37.

[2] 王強, 陳金剛, 三相異步電動機檢測試驗分析[J]. 防爆電機, 2013, (4): 36-39.

[3] 黃莉明, 陳金剛, 籠型三相異步電動機運轉(zhuǎn)性能參數(shù)解析[J]. 防爆電機, 2019, (6): 23-25.

Analysis on no-load Current Qualification of the Cage-type Three-phase Asynchronous Motor

Chen Jingang, Gong Fangbin, Li Guozhi

（DeZhou HengLi Electrical Machinery CO., LTD, Dezhou 253000, Shandong, China）

TM343.2

A

1003-4862(2021)04-0019-03

2020-10-16

陳金剛（1974-），男，高級工程師。研究方向：低壓電器設(shè)備的設(shè)計，選型，檢測和故障分析。Email：cjg2516@163.com