交流电动机试验

第十七章 交流电动机试验 第一节 概 述 交流电动机可分为同步电动机与异步电动机两类，同步电动机原理与同步发电机基本相 同，试验方法也与之相似，故本章只介绍异步电动机的试验方法。异步电动机在工农业生产 中应用非常广泛，它有结构简单、价格低廉、运行可靠和效率高等特点，但它有调速较困难、 功率因数低、起动电流大等缺点。 异步电动机由定子、转子两个基本部分组成。转子按其结构可分为鼠笼型和绕线型两种。 鼠笼型电动机不能调速、起动电流大，但结构比较简单。绕线型电动机可以在一定条件下调 速，起动电流也较小，但需外加起动电阻，操作维护不如前者简便。 电动机定子由定子铁芯、机座、定子绕组组成。定子铁芯由硅钢片叠压而成。定子绕组是由带有绝缘的铝导线或铜导线绕制而成，小型电动机采用软绕组，大中型电动机大多采用成型绕组，又称硬绕组，定子绕组绝缘一般为E级或B级绝缘。 电动机转子由转子铁芯、转子绕组、转轴和风扇等部件组成。转子铁芯也由硅钢片叠压而成，鼠笼型转子的绕组是由安放在转子铁芯槽内的裸导条和两端的环形端环连接而成。如果去掉转子铁芯，绕组的形状象一个笼子，绕组的材料有铜条和铸铝两种。绕线型转子的绕组与定子绕组相似，做成三相绕组，在内部接成Y形(或△形)，三根引出线分别接到装在转轴上的三个集电环上，转子绕组通过集电环和电刷可以外接变阻器，以改善电动机的起动性能或调节电动机的转速。 异步电动机检查试验项目包括：绝缘电阻测定、直流电阻测定、匝间绝缘试验、空载试验、堵转(短路)试验、耐压试验。进行型式试验时，耐压试验和匝间试验应放到最后进行，以便考核电动机绝缘在试验中是否发生损伤。 第二节 定子绕组极性检查试验 一、试验目的 电动机定子绕组若不按正确的极性连接，就不能产生旋转磁场，而且电动机还容易被损坏。为了正确地将定子绕组连接成星形或三角形，必须知道每相绕组的始端、末端的极性。一般电动机始端与末端均有符号表示，如无符号或为了校准而需要检查时，必须进行极性检查试验。 二、试验方法 (一)直流感应法 用一直流电源(干电池或蓄电池)施加到电动机的某一相定子绕组上，则在该相中将流通一脉冲电流。由于互感的作用，在另外两相定子绕组中将产生感应电势。如在该两相上接人检流计或普通直流表，其表计就会偏转。根据脉冲电流和感应电流的方向，就可检查各绕 组的极性。其试验接线如图17—1所示。在合上开关瞬间，脉冲电流通过绕组UX，并在绕组VY、WZ中产生感应电势，由此产生的电流使直流毫安表偏转，根据感应原理，这时感应出来的电流方向与电源电流方向相反。若仪表指针向正方向偏转则接仪表“+”端与接电源“+”极的绕组端头为同极性；若仪表指针反向偏转，则接仪表“-”端与接电源“+”极的绕组端头为同极性。应注意，在开关打开时，仪表指示的感应电流的方向应与上述情况相反。 (二)交流电压法 1．绕组头尾无标号 将任意两相绕组串联后接至交流220V电源上，第三相接电压表或灯泡(见图17—2)。如电压表指示较大(几十伏到一百多伏或灯泡亮，说明第Ⅰ、ⅡI两相是反极性相连接(见图17—2，a)；如果加上电压后，电压表指示很低(一伏至几伏)或灯泡不亮，说明第Ⅰ、ⅡI两相是同极性相连接(见图17—2，b)。用同样的方法可以决定第Ⅲ相的极性。测量时应注意以下两点。 (1)绕线型电动机转子绕组开路时，感应电压可达200V左右，应适当选择表计； (2)20kW以上的鼠笼型电动机或转子绕组短路的绕线型电动机，感应电压虽然仅几十伏，但一次电流可达几十安培，应适当选择电源和调压器的容量。 电机型式 UUV UWU UVW 鼠笼型 1.0U 1.0U 0 绕线型 1.5U 1.5U 0 表17 U相加上电压U后测得线间电压（倍数） 2．绕组头尾有标号 如果绕组头尾有标号，则可按图17—3的接线检查标号是否正确。测量时，先将三相尾端连在一起，然后在任一相(如U相)上加交流电压U，再分别测量三个线间电压Uuv、Uvw和Uwu，若X、 Y、Z确系同极性，则U相加压时所测的结果应符合表17—1的规律。 第三节 电动机空载试验 一、试验目的 异步电动机的空载试验是在定子外施额定频率的电压、转子不带负载的空载运转状态下进行。 空载试验的目的是：通过空载试验测取电动机的空载电流及空载损耗，求取异步电动机的空载特性曲线I0＝f(U0)，取得作圆图所需的部分数据；检查气隙、绕组参数和铁芯质量是否正常；检查三相空载电流的平衡度。 二、试验电源 要求外加三相电压对称，波形畸变率小于5％(温升试验时小于2.5％)，频率与额定频率相差不超过土1％。 三、被试电动机应具备的条件 (1)电动机定子、转子绕组接线正常，绝缘电阻合格。 (2)电气回路连接正确、牢固，一次回路工频耐压试验合格。 (3)电动机转子旋转灵活，无摩擦现象。 (4)电动机各部件完好无损。 四、试验方法 (1)电动机空载试验接线如图17—4所示。试验时，在电动机定子端子上施加额定频率的三相对称电压，先将电．动机空载运转一段时间，使电动机的机械损耗达到稳定状态，型式试验中电动机的空转时间大致为：10kW以下20～30min；10～100kW30～40min；100kW以上40～80min。检查试验中，电动机的空转时间可以适当缩短，约为上述时间的一半。 (2)测取空载特性时，视设备条件和被试电动机磁路饱和程度，从110％～l30％额定电压值开始，逐渐降到可能达到的最低电压值，一般为额定电压的20％～25％以下，测量7～9点，每次测取三相线电压、三相相电流及输入功率。上述测量试验结束时，应立即使转子停转，并测量定子绕组直流电阻，以便计算铜耗。 五、试验结果的计算 空载损耗P0。包括定子绕组铜耗P0Cu、铁耗PFe及机械耗Pm。其中前两项都和外施电压大小有关，而机械耗Pm仅与转速有关。为了分离铁耗和机械耗，应先从空载损耗中减去铜耗，剩下的即是铁耗及机械耗之和，即 P’0＝P0-P0Cu＝PFe十Pm (17—1) 其中空载时的定子钢耗为 P0Cu=3I20r1 (17—2) 式中 I0——空载三相电流平均值，A； r1——空载试验后测得的定子三相电阻平均值，Ω。 由于铁耗PFe近似与外施电压平方成正比，而机械耗Pm在任何电压下都不变，因此作出曲线P’0＝f(U20)，延长曲线的直线部分与纵坐标交于P点(见图17—5)。当U0＝0时，PFe＝0，则P’0＝Pm。因此，OP的大小即为电动机的机械耗。 试验中将会发现，如果外施电压过低，则电流有回升现象，铁耗有增大的趋势，这是因为转矩与外施电压平方成正比，在电压很低时，电动机产生的转矩已不能维持其原有转速。转速一降低，转差率就增大，引起转子电流增大，同时定子电流也相应增大；转差率增大还引起转子铁耗增大，此时所测数据已不符合实际的空载运行条件，所以这种数据不应选用。 六、故障判别 (一)三相空载电流不平街 当三相电源对称时，异步电动机在额定电压下的三相空载电流，任何一相与平均值的偏差不得大于平均值的10％。如果三相电压相等，而三相空载电流不平衡，且改换电源相序后三相空载电流不平衡的情况仍然不变，则表明被试电动机有缺陷。 造成三相空载电流不平衡的原因有：定子三相绕组不对称、气隙严重不均匀或磁路不对称。如果三相绕组电阻平衡或三相堵转(短路)电流不平衡度比空载电流不平衡度显著减小，则表明空载电流不平衡是由气隙不均匀所造成；反之，则表明定子绕组不对称。 (二)空载电流和空载损耗过大 异步电动机在额定电压下的空载电流约为额定电流的20％～50％，空载损耗约为额定功率的3％～8％。同规格异步电动机空载电流的波动幅度一般为5％～15％。 若空载电流和空载损耗都大，但绕组电阻正常，一般是由于铁芯质量不佳。 若空载电流过大而空载损耗正常，即 ＞ (P’0、I’0)。为检查试验数据；P0、I0为同规格电动机型式试验数据)，则表明空载电流偏大是由气隙过大或磁路饱和引起。 若空载损耗大且空载电流不平衡，则表明绕组各并联支路的匝数不等，或有少数匝间短路。 第四节 电动机堵转试验 一、试验目的 异步电动机的堵转试验，是在转子短路且被堵住、定子外施额定频率的三相电压下进行 的。测量堵转电流、堵转损耗及功率因数cosφ1随电压变动的曲线，以便确定电动机在额定电压下的最初起动电流与最初起动转矩；考核鼠笼转子的铸铝质量。 二、试验方法 (一)三相试验方法 电动机堵转试验接线图和空载试验接线图(见图17—4)相同，但仪表量程有所不同。试验时应将转子堵住，使之不能转动，堵转试验相当于变压器的短路试验。为使堵转电流不致过大，外施至定子绕组的电压应取较低值，使堵转电流接近于额定电流。异步电动机的堵转电压Uk约为额定电压的15％～30％，如在做堵转试验时外施额定电压，则堵转电流IkN将达额定电流的5～7倍，这是不允许的。容量小的电动机，可用调压器调整使电流分别达到0.5、1.0、1.5、2.0倍额定电流。试验时读取电压、电流、功率的数值。 如果认为电动机的阻抗是不变的，当实测的数据为Uk和Ik，可以按正比的关系计算出外施电压为U时的堵转电流IkN，如所测的电压和电流为线电压和线电流，还应根据电动机的连接方式求出相应的相电压和相电流 IkN=Ik (17—3) 当转子不动时，电动机输出功率为零。且因外施电压较低，这时的铁损耗和铜损耗相比较可以略去不计，全部输入功率便为定子铜损耗和转子铜损耗之和，即有 Pk＝Pcul十Pcu2 (17—4) 式中 Pk——当外施电压为Uk时总的输入功率。 因为功率的输入和外施电压的平方成正比，故得 PkN=Pk (17—5) 式中 PkN—；当外施电压为额定值时总的输入功率。 在堵转试验时的功率因数为 cosψk= = (17—6) (二)单相试验方法 三相堵转试验的方法需将电动机转子堵住，而现场试验中堵住转子有一定困难，而单相堵转试验方法无须采取堵住转子的措施，因此可以采用单相堵转试验的方法进行试验。 由于异步电动机堵转阻抗实际上没有直轴与交轴的区别。因此异步电动机的堵转试验可以用单相法进行。单相堵转试验接线按图17—6进行，试验要做3次，依次轮换在各相定子绕组回路中接人电流表PA、电压表PV及功率表PW。 当电动机定子绕组为Y形连接时，轮换3次测得的电量数据若相等或接近，表明该电动机绕组对称，接线正确；若两次相等而一次不等，则表明绕组连接不正确或鼠笼条有断裂。若将绕组连接正确后仍有不等的现象，则说明转子回路中有笼条断裂、断线或部分匝间短路。 三、试验结果的计算 图17—7是试验测取的异步电动机堵转特性曲线，从曲线中可以查出对应额定电压UN时的短路电流IkN。由Ik＝f(Uk)曲线可见：培转电流起先随电压增高而直线上升，以后漏磁路铁芯部分开始饱和，绕组漏抗减小，电流迅速增长。但当堵转电流大到一定数值后，漏磁路已过度饱和，漏抗几乎不变，堵转电流又随电压的增加而直线上升。因此，堵转电流可认为是沿Ik＝f(Uk)曲线上端部分的切线继续增长。如切线与横轴交于U’k点，则对应于额定电压UN的最初起动电流IkN可按下式计算 IkN=Ik (17—7) 式中 IK——试验中最高堵转电压Uk下的堵转电流。 用正比例法求取最初起动电流时，堵转试验电压在Ik＝f(Uk)曲线上至少有3点位于切线部分。 对于漏磁路会显著饱和的电动机，在进行堵转试验时，当堵转电压Uk增加到一定数值后，由于漏磁路饱和的影响，堵转电流Jk将增长得更快。所以在普通坐标纸上，Ik＝f(Uk)不是一条直线，而近似为一条指数曲线。把堵转电流和堵转电压的关系画在双对数坐标纸上，即绘出lgIk＝f(lgUk)曲线，则大致为一条直线(见图17—8)。把这一直线延长，查出对应于lgUN的lgIkN，再用反对数法即可求得额定电压下的最初起动电流IkN。这样求取的对应额定电压UN下的堵转电流IkN比直接用延长短路特性曲线Ik＝f(Uk)求取的堵转电流IkN要准确得多。 在额定电压下的堵转转矩(即起动转矩)TkN可按下式换算 TkN = Tk (17—8) 式中 Tk——在堵转试验中最大堵转电流Jk时测得或计算得的转矩，N·m。 如果限于设备，不能测定堵转转矩，则可用下式进行计算 Tk=9550× (17—9) 式中 nN——同步转速，r／min； Pk——堵转时输入功率，kW； Pks——堵转时的杂散耗(包括铁耗)，取0.005Pk，kW； PkCu——堵转时定子绕组的铜耗，其值为 PkCu=3I2kr1×10-3 (kW) (17—lO) 式中 Ik——堵转相电流，A； rl——堵转试验中定子绕组热态相电阻Ω。 四、故障判别 同规格鼠笼型异步电动机在规定堵转电压下的堵转电流，一般只相差3％～6％，很少超过10％。堵转损耗一般只相差5％～10％。三相堵转电流的不平衡度，一般也不超过2％～3％。 (一)堵转电流过大或过小 堵转电流决定于定、转子电抗X1、X’2和定、转子电阻r1、r’2，即 Ik= (17—11) 气隙过大，定、转子铁芯未对齐或叠压力不够而使漏磁路饱和，电抗减小，堵转电流偏大。此时，电动机空载电流会偏大。 铜条鼠笼转子焊接不良，铸铝转子有断条，不仅转子电阻会增大，而且由于各导条中的电流不平衡，气隙磁通波形畸变，定、转子的漏抗也会增大，所以堵转电流会显著减小。 (二)三相堵转电流不平衡 三相堵转电流任何一相与平均值之差，不得超过平均值的3％～4％。如果三相堵转电流不平衡，且不平衡的情况随定、转子相对位置不同而变，则表明转子有缺陷。如果三相堵转电流不平衡的情况与定、转子相对位置无关，则表明定子绕组三相不对称。 第5节 电动机定子绕组匝间绝缘试验 高压电动机定子绕组匝间短路时有发生。匝间短路的原因主要是制造质量不良、机械损伤、绝缘老化、线圈松动、振动使绝缘磨损或运行条件差等,通常用以下方法进行检查。 一、冲击电桥法 冲击电桥法试验接线如图17—9所示。将星形接线的被试绕组中性点引出，接至0.5～O.7μF的电容器C的一极上，C的另一极接到直流电源的输出端。然后在U、V两相间接入接地的可变电阻R1及R2构成的电桥回路，在U、V相间接检流计G或100μA的电流表。将电源接通后，电容器C充电到一定程度将引起球隙S的放电，形成振荡。 如果电动机绕组中的电感L1＝L2，Rl＝R2，则桥路U与V相之间将没有电位差。如被试两相中有匝间短路，则L1 L2，电桥平衡被破坏，检流计G可反应出来。试验应采用灵敏度足够高的检流计。由于放电间隙的能量损耗，使振荡急剧衰减，并使加在绕组．上的电压只有第一周波。故在线圈上电压的分布是不均匀的，首端较高，尾端较低。通常对额定电压UN为3、6kV的加压为lOkV。 冲击电桥法是检测电动机匝间绝缘较简单的方法，也便于现场使用。应用这一方法，可查出电动机匝间绝缘破坏或很脆弱的缺陷，以防止匝间短路烧毁电动机。 二、感应法 感应法与变压器电磁感应的原理相同，它是在一相绕组中通入一定数值的交流电压，观察各绕组感应电压的大小，判断有无短路。测出的电压越小，说明短路越严重。如发现感应电压为零，说明出线短路或绕组连接有错误(即一相内的组与组间方向相反)。感应法试验接线如图17—10所示。 测量时轮换地从UN、VN．和WN加压，分别测量未加压相绕组的感应电压。匝间绝缘完好的电动机，无论从哪相通电，感应电压是基本一致的。略有差异的原因是各相磁路不完全一样，这与有短路的情况不同。 第六节 鼠笼型转子笼条故障检查 一、试验目的 鼠笼型电动机转子笼条断裂，在运行中时有发生。运行中一旦出现笼条断裂，将会引起电动机转矩减小、振动大和起动噪音大等异常现象，这时应立即停机检查，找出故障所在的位置。 二、检查方法 1．感应电压检查法 鼠笼转子断条检查接线图见图17—ll，激磁开口变压器上外施50Hz交流电压，激磁磁通Φ穿过被测导条两侧的转子铁芯齿形成闭路，在被测导条中感应出电动势。如果被测导条完好，此感应电动势就通过端环和其它非被测导条形成短路回路，被测导条中的短路电流在邻近的·探测开口变压器中感应电压。被测导条质量越好，短路电流和感应电压便越大。依次试验其它导条。如果某导条上的感应电压比其它导条小50％以上，则表明可能有断条或导条与端环连接处开裂等缺陷。 2．电流曲线法 电流曲线法试验接线如图17—12所示。将一个调压器T和一只记录式电流表A接在电动机的任意两相出线。电压表和记录式电流表根据电动机的电压和容量大小进行选择。 先把试验电流调．到3～4A，再用手将电动机的转子缓慢地转动一整周。如果转子上的笼条没有断裂，记录纸上的曲线将是一条直线。若笼条有一根或数根断裂时，则电流曲线与断裂笼条相应处将发生瞬时波动，电流值增大。为了证实方法的准确性，在试验过程中，用手将转子缓慢地转动两个整周，两次试验结果应完全一致。 3．铁粉法 铁粉法试验接线如图17—13所示。在转子表面上撤上铁粉，并将转子端环用多股软线接通电源，此时从转子上铁粉的分布情况，便可看出笼条是否断裂，为了看的清晰，往往先用白纸把转子包裹后再撤铁粉。检查时逐渐通过升流器T2升流，使转子表面产生磁场，从而使铁粉整齐地排列在相应的笼条表面上，电流可升至铁粉排列清晰为止。如铜(铝)条断裂，铁粉就撒不上去或铁粉排列紊乱，因而很容易地将故障找出。除了通上交流大电流外，也可通上直流大电流，情况是类似的。 PAGE 368 _1207397663.unknown _1207398057.unknown _1207398332.unknown _1207398670.unknown _1207398852.unknown _1207398410.unknown _1207398259.unknown _1207397812.unknown _1207395845.unknown _1207396591.unknown _1207395549.unknown