張繼紅 李子琦 舒 慧 王金耀 韓康瑋 鄧 謹(jǐn)

（上海出入境檢驗(yàn)檢疫局 上海 200135）

1 前言

對(duì)于機(jī)電產(chǎn)品檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室而言，裝有電動(dòng)機(jī)的產(chǎn)品（以下簡(jiǎn)稱電動(dòng)類產(chǎn)品）是主要測(cè)試產(chǎn)品之一。而使用電阻法測(cè)量電動(dòng)類產(chǎn)品繞組溫升是國內(nèi)外首推的測(cè)試方法。

按照標(biāo)準(zhǔn)的要求，國內(nèi)外實(shí)驗(yàn)室一般采用離線（非帶電）四線法繞組測(cè)試裝置來測(cè)試?yán)@組阻值。由于標(biāo)準(zhǔn)要求繞組測(cè)取時(shí)間越短越好，因此，以最快的速度測(cè)量熱態(tài)繞組值（試驗(yàn)結(jié)束時(shí)的繞組阻值）是工程師一般遵循的測(cè)試規(guī)范。然而，由于電動(dòng)機(jī)在停機(jī)后可能會(huì)產(chǎn)生有害電勢(shì)，在測(cè)試熱態(tài)電阻時(shí)，測(cè)試儀器的測(cè)試回路遭到了大電壓反灌，內(nèi)部測(cè)試元件被燒毀。這不僅造成了設(shè)備的損傷，而且對(duì)實(shí)驗(yàn)人員也有觸電的危險(xiǎn)。

因此，從機(jī)電類實(shí)驗(yàn)室實(shí)際需求出發(fā)，研究有害電勢(shì)發(fā)生原因，利用常規(guī)、簡(jiǎn)單、有效的元器件，研制一套方便、實(shí)用的接線裝置，用以消除在繞組測(cè)量過程中遇到的有害電勢(shì)將是解決現(xiàn)存問題的有效方法。

2 對(duì)于有害電勢(shì)產(chǎn)生和影響的分析

根據(jù)實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)產(chǎn)品特性，有害電勢(shì)最大來源是兩部分，一部分是電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)，另一部分是電容器放電。

2.1 電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生和影響

根據(jù)焦耳—楞次定律，電感線圈斷電時(shí)要產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)。感應(yīng)電勢(shì)的大小與磁通變化率成正比。其次，不管是電動(dòng)機(jī)，還是與它連接的電纜，相與相之間、相對(duì)地之間都存在著分布電容。電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，電容處于充電狀態(tài)，電動(dòng)機(jī)斷電之后，電容上便留下了殘余電壓、在通常情況下，上述感應(yīng)電勢(shì)和殘余電壓都消失的很快，一般不易察覺出來。但電動(dòng)機(jī)斷電后，高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子具有很大的慣性，不能立即靜止下來，還要繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間，暫稱惰行。惰行時(shí)間的長短由軸上的負(fù)荷力矩所決定。其次，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子上有剩磁存在。這種剩磁在轉(zhuǎn)子繼續(xù)旋轉(zhuǎn)時(shí)切割定子線圈，使電動(dòng)機(jī)暫作發(fā)電機(jī)運(yùn)行，發(fā)出與電動(dòng)機(jī)電源電壓方向相反的電勢(shì)，謂之電動(dòng)機(jī)的反電勢(shì)。它可由下式表示：

式中：E—電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)，V；

n—轉(zhuǎn)子惰行轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)/s；

Φ—轉(zhuǎn)子剩余磁通，韋伯；

C—電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)常數(shù)。

從上述分析可知，電動(dòng)機(jī)的反電勢(shì)與電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)、剩余磁通和惰行轉(zhuǎn)速有關(guān)。惰行轉(zhuǎn)速的大小是負(fù)荷力矩大小的反映。

當(dāng)供電系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，人們可能要對(duì)磁力起動(dòng)器或饋電開關(guān)進(jìn)行停電檢查或檢修。當(dāng)起動(dòng)器停電后，電動(dòng)機(jī)反電勢(shì)將送到起動(dòng)器負(fù)荷的接線端子上；若起動(dòng)器沒有停電而直接停饋電開關(guān)，在停電一瞬間，反電勢(shì)先送到饋電開關(guān)上，接著起動(dòng)器無壓釋放，反電勢(shì)便只能送到起動(dòng)器的接線端子上。如果不注意這種情況，有可能造成觸電事故。

2.2 電容器放電的影響

對(duì)于帶有電容器的電動(dòng)類產(chǎn)品來說，還存在一個(gè)電容器放電的情形。根據(jù)實(shí)驗(yàn)室多年來的測(cè)試結(jié)果，發(fā)現(xiàn)若電動(dòng)類產(chǎn)品帶有了不合格的電容器，則將產(chǎn)生很大的危害性。電容器的充放電公式如下：

式中：V0—電容上的初始電壓值；

V1—電容最終可充到或放到的電壓值；

Vt—t時(shí)刻電容上的電壓值。

為了證明電容器放電的特性，工程師特意進(jìn)行了電容器的充放電試驗(yàn)，試驗(yàn)電路圖如圖1：

圖1 電容放電試驗(yàn)電路圖

圖2試驗(yàn)結(jié)果給出了電容器放電的電流、電壓圖象：

圖2 電容的充電和放電圖象

左圖：電流圖象，充電時(shí)和放電時(shí)各產(chǎn)生脈沖電流，方向相反；

右圖：電壓圖象，充電時(shí)電壓升高，放電時(shí)電壓降低。

對(duì)于那些安裝了電容器的產(chǎn)品來說，電容放電情況需要考慮在內(nèi)。按GB/T 12747.1-2004標(biāo)準(zhǔn)，電容器斷電后在3min內(nèi)能把殘余電壓放電到75V以下的就是合格。按低壓無功功率補(bǔ)償裝置（電容柜）GB/T 15576-1995標(biāo)準(zhǔn)，電容器斷電后，在1min內(nèi)要把殘余電壓放電到50V以下，才算合格。雖然，一臺(tái)電機(jī)或一把手持式工具可能放電情況有限，但由于電容器質(zhì)量參差不齊，一旦客戶使用了劣質(zhì)電容器，且未進(jìn)行有效的放電過程，則進(jìn)行測(cè)試的貴重儀表將遭到損壞，人員安全也無法得到保障。

3 快速消除有害電勢(shì)接線裝置的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1 電氣原理設(shè)計(jì)

圖3 接線裝置電氣原理圖

利用電源開關(guān)通過接觸器來控制試驗(yàn)用電源的通斷，電源開關(guān)自身帶有指示燈，并具有自鎖功能。紅色指示燈亮?xí)r表示接通，指示燈按時(shí)表示電源斷開。

保護(hù)開關(guān)串聯(lián)與測(cè)試回路中，具有兩個(gè)功能。一是若測(cè)試過程出現(xiàn)異常，則保護(hù)開關(guān)動(dòng)作，保護(hù)測(cè)試儀表與樣機(jī)，二是滿足部分測(cè)試產(chǎn)品的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)要求。例如GB12350標(biāo)準(zhǔn)中，產(chǎn)品的非正常測(cè)試（三相電機(jī)的缺相運(yùn)行）。

短路開關(guān)的作用為將L1,L2,L3位置的繞組進(jìn)行自身短接，即，使用自身繞組進(jìn)行放電。

3.2 接線裝置

接線裝置外觀結(jié)構(gòu)圖見圖4。

圖4 接線裝置外觀結(jié)構(gòu)圖

通過選用合適的元器件，并進(jìn)行合理的布局設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了接線裝置的制作

4 接線裝置的驗(yàn)證

分別對(duì)單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)異步電動(dòng)機(jī)（10臺(tái)）、三相異步電機(jī)（3臺(tái)）、角向磨光機(jī)（2臺(tái)）進(jìn)行了放電測(cè)試，取得了良好的測(cè)試效果（見表1）。

表1 接線裝置驗(yàn)證測(cè)試結(jié)果

由表1可見，在使用本接線裝置后，電動(dòng)類電器產(chǎn)品的放電時(shí)間均有一定幅度減小，實(shí)現(xiàn)了快速消除在繞組測(cè)試過程中所遇到的有害電勢(shì)，在滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的以最小時(shí)間完成熱態(tài)繞組測(cè)試的要求的同時(shí)，有效保護(hù)了儀器設(shè)備和試驗(yàn)人員的安全。

5 研究成果展望

該套接線裝置的設(shè)計(jì)相當(dāng)科學(xué)、合理，外形美觀大方。其設(shè)計(jì)的短路開關(guān)，能在試驗(yàn)結(jié)束，合閘的瞬間使繞組線圈自身進(jìn)行短路，將殘余的有害電勢(shì)釋放于繞組本體中快速消除并通過指示燈得以確認(rèn)，保護(hù)了檢測(cè)設(shè)備并為準(zhǔn)確測(cè)量繞組溫升提供了保障，裝置所產(chǎn)生的附加放電電阻約36mΩ，不會(huì)影響電阻的測(cè)量時(shí)間。該測(cè)試裝置按三相四線的原理進(jìn)行接線，通過面板上的保護(hù)開關(guān)能方便自如地進(jìn)行單、三相轉(zhuǎn)換，此設(shè)計(jì)為該裝置擴(kuò)展了使用場(chǎng)合，能方便運(yùn)用于單、三相產(chǎn)品，可謂考慮十分周全和具有前瞻性。

整個(gè)測(cè)試裝置在試驗(yàn)過程中運(yùn)行可靠、性能穩(wěn)定，充分體現(xiàn)了該裝置的先進(jìn)水平，具有良好的應(yīng)用和推廣價(jià)值。

［1］唐介.電機(jī)與拖動(dòng)[M]. 北京：高等教育出版社，2007.

［2］湯蘊(yùn)璆. 電機(jī)學(xué)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

［3］GB12350-2009小功率電動(dòng)機(jī)的安全要求[S].

［4］GB755-2008 旋轉(zhuǎn)電機(jī) 定額和性能[S].

［5］GB3883.1-2008 手持式電動(dòng)工具的安全 第一部分：通用要求[S].

［6］GB/T5171-2002 小功率電動(dòng)機(jī)通用技術(shù)條件[S].

［7］GB14711-2006 中小型旋轉(zhuǎn)電機(jī)安全要求[S].