基于TC-3系统的三相异步电动机试验

黄国兴



基于TC-3系统的三相异步电动机试验

黄国兴

(广州特种机电设备检测研究院，广州510000)

本文介绍了在基于TC-3系统的三相异步电动机试验台上进行电机质量抽查，重点进行了电机的温升试验、负载试验和机械特性试验，并进行结果分析，为改进电机设计和工艺提供实测数据。

温升；负载试验；机械特性；堵转转矩

0 前言

三相异步电动机以其运行可靠、坚固耐用、运行效率高以及具有良好的工作特性等优点，在建筑、起重机械中得到广泛应用，例如塔式起重机、施工升降机、桥门式起重机与机械停车库等都用它作为原动机。而其质量性能的优劣直接影响到机械设备的使用和安全，因此有必要对电机进行质量抽查，验证电机性能是否符合有关标准和技术条件的要求；制造上是否存在影响运行的各种缺陷；通过分析试验数据，找出质量问题和原因，寻求提高产品质量的途径。

1 电机试验台构成

图1 TC-3三相异步电机测试系统

TC-3三相异步电机测试系统是由湖湘测控仪器有限公司生产，由扭矩传感器、加载器、直流风机、调压器和工控机等组成。系统软件稳定、可靠，转速0~3000r/min可调，适合5.5~160kW三相异步电动机进行直流电阻测量、空载、负载、堵转、温升和机械特性等多项电机试验。

抽查对象是一台型号为Y160L-4的鼠笼型封闭自扇冷却式三相交流异步电动机，其主要性能参数如表1。

表1 电机主要性能参数

2 温升试验

温升试验的目的是通过试验求得电机满载运行到热稳定状态时的电机绕组温升值，此外还包括定子铁心温度、机座表面温度等。温升值的高低直接关系到电机绝缘寿命和电机效率，所以温升是考核电机质量的重要性能指标之一。

实验前，首先采用双臂电桥法测量冷态的定子绕组端电阻和绕组温度，冷态的绕组温度可以采用试验开始前的冷却介质温度代替。被试电机定子绕组接线为三角形接法，根据下面公式可以计算各相电阻[1]。

其中，ab、bc、ca分别为出线端A与B、B与C、C与A之间的端电阻值，测得值分别为0.3803、0.3813、0.3807Ω。

温升试验采用电阻法测取绕组温升，冷热态电阻必须在相同的出线端上测量。首先在试验台上直接给被试电机施加额定负载，按连续工作制S1运行30min后停机测量的绕组端电阻和冷却介质温度，按以下式（5）计算绕组的平均温升。

其中，N为试验结束时的绕组端电阻，1绕组初始端电组，a试验结束时的冷却介质温度，1为测量初始端电阻1时的绕组温度，定子为铜绕组，取常数1=235。

电动机温升是由所用绝缘材料的绝缘等级决定的。若试验的温升过高，可能是由于试验电压过高、电流大、接线出错、装配精度不够或通风散热不良等原因造成。根据标准和技术文件要求[2]，被试电机采用B级绝缘，平均温升应不大于80K，试验得出的平均温升为69.7K，符合要求。对三角形接法的绕组，各线端的冷态电阻值与三个线端电阻的平均值之差不得大于三相平均值的1.5%，试验测量计算值为0.1%，亦符合要求。

3 负载试验

三相异步电动机的重要性能参数，如效率、功率因数、转速和电流等，它们的达标与否是直接反映电动机的质量好坏，而这些参数必须通过负载试验获得。

电机的负载试验过程是从最大负载点开始，通过调节负载器两端的电压给定值来改变电机的负载。在大于100%但不超过150%额定负载之间适当取2个负载点，100%额定负载取一个点，不小于25%至100%额定负载之间取3个点[1]。为了减少试验过程中电机温度的变化，试验时间要尽量缩短。试验结果如表2所示。

三相笼型异步电动机效率为输出功率与输入功率的比值，输出功率等于输入功率减去定、转子铜耗（I2R）、铁耗、风摩耗及负载杂散损耗，另外电机效率还与负载的状况有关，提高效率的途径很多，在此不累述。负载试验时，电机在临近额定负载点时的定、转子铜耗占总损耗量的大部分。而电阻值与温升成正比，所以定、转子铜耗与电动机的温升成正比。因此，电动机温升值越高，功率损耗越大，电机效率越低。

表2 负载试验结果与设计值比较

4 机械特性试验

三相异步电动机的机械特性曲线是指在电动机定子电压、频率以及绕组参数一定的条件下，电动机电磁转矩与转速的关系[3]，即=ƒ()。将转速转化成对应的转差率，即得到曲线=ƒ()。如图2，从曲线中可以求取最大转矩max和堵转转矩k。

图2 转矩特性曲线示意图

本试验台采用动态测试法绘制机械特性曲线。首先在TC-3系统界面进行参数初始化，然后打开风机，切换加载器的工作方式为恒速状态，通过调节加载器两端电压将直流电机转速调至被试电机的额定转速；选择被试电机电源电流量程，确认被试电机转向与直流电机转向一致后启动被试电机，运行平稳片刻，快速调节加载器电压至0V，此时被试电机处于堵转状态，待停止转动2~3s后，将加载器电压调至额定转速给定值，停止被试电机，关闭电流量程，加载器电压归零，试验结束。自动记录仪描绘的机械特性曲线如图3。为了更准确地读取数据，堵转时进行了手动保存数据，而为了防止电机过热，堵转后的操作速度较快，因此后半部分曲线不规则。

堵转转矩的大小是衡量电动机启动性能好坏的技术指标。从表3可以得出，堵转转矩不达标，也就是电动机的带载启动性能弱。根据三相异步电动机的转矩公式[3]：

其中，U1为定子电压，f1为定子频率，p为极对数，r1和x1分别为定子回路电阻和电抗、r2和x2分别为转子回路电阻和电抗，s为转差率。

表3 试验参数与设计要求值的比较

电动机堵转时=1，代入式（6），可得堵转转矩：

而堵转电流：

综上，电机的堵转电流不能超上限值，但也不能过小，否则堵转转矩和最大转矩可能达不到要求。

5 结语

通过三相异步电动机的质量抽查试验以及数据分析，能够简便快捷地检验电动机的质量并找出问题原因所在，为改进电动机设计和工艺提供实测数据，从而提高电动机制造企业的质量保障意识，规范电动机产品，来实现电动机质量把关。

[1] GB/T1032-2012, 三相异步电动机试验方法[S].

[2] TSG Q7014-2008, 起重机械安全保护装置型式试验细则[S].

[3] 汤蕴璆, 史乃. 电机学[M]. 北京: 机械工业出版社, 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

黄国兴（1982-），2010年7月毕业于华南理工大学机械学院焊接自动化专业，获得硕士学历，现从事特种设备检测工作，助理工程师。

审稿人：富立新