黃國興

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基于TC-3系統(tǒng)的三相異步電動機試驗

黃國興

(廣州特種機電設備檢測研究院，廣州510000)

本文介紹了在基于TC-3系統(tǒng)的三相異步電動機試驗臺上進行電機質量抽查，重點進行了電機的溫升試驗、負載試驗和機械特性試驗，并進行結果分析，為改進電機設計和工藝提供實測數(shù)據(jù)。

溫升；負載試驗；機械特性；堵轉轉矩

0 前言

三相異步電動機以其運行可靠、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、起重機械中得到廣泛應用，例如塔式起重機、施工升降機、橋門式起重機與機械停車庫等都用它作為原動機。而其質量性能的優(yōu)劣直接影響到機械設備的使用和安全，因此有必要對電機進行質量抽查，驗證電機性能是否符合有關標準和技術條件的要求；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)，找出質量問題和原因，尋求提高產(chǎn)品質量的途徑。

1 電機試驗臺構成

圖1 TC-3三相異步電機測試系統(tǒng)

TC-3三相異步電機測試系統(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、直流風機、調壓器和工控機等組成。系統(tǒng)軟件穩(wěn)定、可靠，轉速0~3000r/min可調，適合5.5~160kW三相異步電動機進行直流電阻測量、空載、負載、堵轉、溫升和機械特性等多項電機試驗。

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，其主要性能參數(shù)如表1。

表1 電機主要性能參數(shù)

2 溫升試驗

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

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溫度代替。被試電機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施加額定負載，按連續(xù)工作制S1運行30min后停機測量的繞組端電阻和冷卻介質溫度，按以下式（5）計算繞組的平均溫升。

其中，N為試驗結束時的繞組端電阻，1繞組初始端電組，a試驗結束時的冷卻介質溫度，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散熱不良等原因造成。根據(jù)標準和技術文件要求[2]，被試電機采用B級絕緣，平均溫升應不大于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 負載試驗

三相異步電動機的重要性能參數(shù)，如效率、功率因數(shù)、轉速和電流等，它們的達標與否是直接反映電動機的質量好壞，而這些參數(shù)必須通過負載試驗獲得。

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

三相籠型異步電動機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、轉子銅耗（I2R）、鐵耗、風摩耗及負載雜散損耗，另外電機效率還與負載的狀況有關，提高效率的途徑很多，在此不累述。負載試驗時，電機在臨近額定負載點時的定、轉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、轉子銅耗與電動機的溫升成正比。因此，電動機溫升值越高，功率損耗越大，電機效率越低。

表2 負載試驗結果與設計值比較

4 機械特性試驗

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

圖2 轉矩特性曲線示意圖

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

堵轉轉矩的大小是衡量電動機啟動性能好壞的技術指標。從表3可以得出，堵轉轉矩不達標，也就是電動機的帶載啟動性能弱。根據(jù)三相異步電動機的轉矩公式[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分別為轉子回路電阻和電抗，s為轉差率。

表3 試驗參數(shù)與設計要求值的比較

電動機堵轉時=1，代入式（6），可得堵轉轉矩：

而堵轉電流：

綜上，電機的堵轉電流不能超上限值，但也不能過小，否則堵轉轉矩和最大轉矩可能達不到要求。

5 結語

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

[1] GB/T1032-2012, 三相異步電動機試驗方法[S].

[2] TSG Q7014-2008, 起重機械安全保護裝置型式試驗細則[S].

[3] 湯蘊璆, 史乃. 電機學[M]. 北京: 機械工業(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)于華南理工大學機械學院焊接自動化專業(yè)，獲得碩士學歷，現(xiàn)從事特種設備檢測工作，助理工程師。

審稿人：富立新