同步电动机主要性能参数的测定

历锐，乔丽娜

(国家防爆电机工程技术研究中心，黑龙江佳木斯 154002)



同步电动机主要性能参数的测定

历锐，乔丽娜

(国家防爆电机工程技术研究中心，黑龙江佳木斯 154002)

摘要同步电动机是一种把电能转化为机械能的定、转子双边励磁的交流电动机。介绍了同步电动机起动转矩、起动电流、牵入转矩、失步转矩、效率的测定方法，全面展现了产品的各项性能，提供满足用户要求的高品质产品。

关键词同步电动机；转矩；起动电流；效率

0引言

异步电动机的五大性能指标有：效率、功率因数、起动电流倍数、起动转矩倍数、最大转矩倍数。而对于同步电动机而言其主要有六大性能指标：效率、功率因数、起动电流倍数、起动转矩倍数、牵入转矩倍数、失步转矩倍数[1]。由于同步电动机功率因数可以通过调节转子励磁电流进行调整，因此不对其测定方法进行介绍，鉴于此，本文主要介绍测定同步电动机起动电流和起动转矩，测定牵入转矩，测定失步转矩，测定效率等几方面内容。

1起动电流和起动转矩的测定

同步电动机起动电流和起动转矩用堵转试验测定。测定前应检查电机的旋转方向，尽可能事先用低电压确定对应于最大起动电流和最小起动转矩的转子位置，然后按上述位置将转子堵住。

测定时电动机励磁回路的接线方式应和实际使用时的接线方式一致，励磁回路中所需接入的起动电阻(灭磁电阻)值若在被试电动机的技术文件中无规定时，宜取10倍励磁绕组的电阻值。被试电动机的定子绕组接到额定频率，电压可调至实际对称的电源上。当电源电压在额定值的20%以下时，将被试电动机接入，然后尽快地升高电源电压，使定子电流调至两倍的额定电流值左右，此时迅速读取三线电压、三相电流、输入功率或转矩，为了避免电动机过热，试验必须从速进行。然后逐渐降低电源电压(此时频率应保持为额定)，用上述同样方法读取7～9点。当读完最后一点的试验数据并切断电源时，应立即测量定子绕组的直流电阻值。根据试验数据，绘制三相电流平均值与三线电压平均值的关系曲线，如图1所示[2]。在曲线上的最大试验电压处顺曲线的直线部分延长与横轴相交，交点电压为U′，则被试电动机的最初起动电流可按式(1)计算，单位(A)。

图1堵转电流和电压的关系曲线

(1)

式中，UN—被试电机的额定电压(V)；UK—测定时所加的三线电压最大值的平均值(V)；IK—对应于电压UK时三相电流的平均值(A) 。

最初起动转矩按可按式(2)计算

(2)

式中，MK—对应于电压UK时测得的转矩(N·m)。

若在试验时无法直接测得转矩MK，则MK可通过电磁功率计算。先按式(3)计算转子堵住时输入转子的电磁功率

PM=P1-PFe-3IK2Ra×10-3(kW)

(3)

式中，P1—对应于电压UK时的输入功率(kW)；PFe—对应于电压UK时的铁耗，由空载试验求得(kW)；Ra—紧接在试验后测得的定子绕组的直流电阻值(Ω)。

根据式(4)计算出转矩MK

(4)

式中，nN—被试电机的额定转速(r/min)。

2牵入转矩的测定

同步电动机的名义牵入转矩是指采用异步起动法时，电动机在额定频率、额定电压下，转差率为5%时的转矩值。测定牵入转矩时，被试电动机励磁回路应与测定最初起动电流时的接线相同，牵入转矩可采用直接负载法或加速度法测定。

2.1直接负载法

被试电动机应接到额定频率，电压可调实际对称的电源上作异步电动机运行。被试电动机的试验电压，应在阻尼绕组及磁极的极靴不致过热的情况下尽可能提高，一般应在额定值的50%以上。调节被试电动机的负载，使其转差率为5%,同时读取被试电动机的定子电压、定子电流、输入功率、转速或转差；若负载为测功机还应读取转矩；如果采用分析过的直流发电机作为负载时，应同时读取直流发电机的端电压、电枢电流和励磁电流。

被试电动机在转差率为s时的牵入转矩按式(5)计算

(5)

式中，P2—被试电动机的输出功率(kW)；Pms—被试电动机在转差率为s时的机械损耗，如无此数据，可近似取空载试验时的机械损耗Pm(kW)。

被试电动机在额定电压时的名义牵入转矩由式(6)计算

(6)

式中，U′—图1中求得的电压值(V)；U—求得Mpi时的试验电压值(V)。

试验时转差率为5%的一点不易准确建立时，则可调节被试电动机的负载，使转差率为5%左右。按上述方法读取4～5点数据并计算转矩，然后作出转矩与转差率的关系曲线。从曲线上确定转差率为5%时的转矩。

2.2加速法

被试电动机应接到额定频率，电压可调实际对称的电源上，使电动机作空载起动。电源电压(一般在20%左右的额定电压)应调节到能使电动机由30%额定转速加速到额定转速，所需时间为90s左右。在加速过程中，电源电压、频率应保持不变。如果使电动机由静止状态起动的最低电压不能满足上述要求，则应进一步降低电源电压，直到满足上述要求为止。但此时电动机可采用其它方法帮助起动(例如用吊车帮助起动或先用较高电压起动，然后切断电源使电动机降速，待电动机转速降到30%nN以下时，再加所需电压进行试验等)。在转速为30%～80%nN范围内，每隔5～10s测量一次转速并记录时间。在转速为80%～100%nN范围内每隔3～5s记录一次。在试验过程中应注意电动机是否过热。

图2n=f(t)曲线

(7)

式中，GD2—被试电动机的飞轮转矩(N·m)。

额定电压时的牵入转矩按式(6)计算获得，在此试验中转速宜采用定时计数的数字式测速仪来测量。

3失步转矩的测定

同步电动机的失步转矩可由直接负载法测定，也可用分析法确定。

3.1直接负载法

测定时宜用负载可调的制动器，测功机或分析过的直流发电机作负载。被试电动机应接到额定频率、额定电压实际对称的电源上。将被试电动机调到额定负载状态下运行，然后保持其励磁电流不变，逐渐增加被试电动机的负载使之失步，在失步瞬间从制动器或测功仪上测得的转矩数值即为被试电动机的失步转矩。直流发电机负载法不为常用，不做过多介绍。

3.2分析法

如果被测量的电动机不能用直接负载法测定最大转矩时，可用分析法确定。同步电动机的最大转矩标么值按式(8)计算

(8)

(9)

A=1+f(ε)

(10)

(11)

式中，IfN—被试电动机的额定励磁电流(A)；Ifδ0—对应于额定电压时的空载气隙励磁电流(A)见图3；Xd*—被试电动机的直轴同步电抗的不饱和值的标么值；Xq*—被试电动机的直轴同步电抗的的标么值； f(ε)可由图4查得。

图3同步电动机的空载特性曲线

图4f(ε)函数曲线

4效率的测定

同步电动机的效率可用间接法或直接法测定。

4.1间接法

间接法通常称为损耗分析法，采用间接法测定电机效率时，应分别测定或计算下列各种损耗。主要分为恒定损耗P0(与负载电流无关的损耗，包括：基本铁耗PFe和机械损耗Pm)，基本铜耗PCu，励磁损耗Pf(包括励磁绕组基本铜耗Pcuf和集电环上电刷的电损耗或励磁机的损耗)，杂散损耗Ps包括定子绕组内的杂散铜耗和磁路及其他金属部分(导线除外)内的杂散损耗。同步电动机效率按式(12)计算

(12)式中，∑P—总损耗，即：∑P=P0+PCu+Pf+Ps;PN—电动机的额定功率。

4.2直接法

直接法一般只适用于小型同步电动机。直接测定效率用输入和输出功率法求得。试验时，电动机在额定工作方式下运行，当各部分温度基本达到稳定状态以后，直接测定电动机的输入和输出功率，并记录绕组、轴承等各部分的温度及冷却介质温度。效率按式(13)计算

(13)

式中，P1—电动机的输入功率(kW)；P2—电动机的输入功率(kW)。

5结语

本文对同步电动机的各种性能指标的测定进行了简单介绍，产品性能参数的测定实质是产品功能的检验，从选购产品的角度来看，用户选购的不仅仅是产品，还有产品所具备的卓越性能。因此产品试验的目的就是全面的向用户展现、验证产品的各项性能，满足用户的需求，为其提供高品质的产品。

参考文献

[1]李幼倩，韩君强.现代新型增安型无刷励磁同步电动机的设计及应用.北京：机械工业出版社，2009.

[2]刘景峰.同步电动机运行与检修技术问答.北京：水利电力出版社，1994.6.

[3]程小华.同步发电机三相突然短路的定性分析.防爆电机，2012.5.

[4]侯君，刘兆江.同步电机阻尼绕组设计分析.防爆电机，2012.3.

[5]刘豪，柏春岚.同步发电机定子绕组短路故障分析.防爆电机，2014.4.

Brief Talk on Major Performance Parameters Measurement of Synchronous Motor

LiRuiandQiaoLina

(National Engineering Technology Research Center of Explosion-Proof Electric Machine, Jiamusi 154002, China)

AbstractSynchronous motor is an AC motor of which stator and rotor are excited at both primary and secondary, and it transfer electric energy into mechanical energy. This paper introduces measurement method for starting torque, starting current, pull-in torque, pull-out torque and efficiency of synchronous motor, and fully exhibits performance of the product to the customer. The product of high quality can be provided to meet requirements of the customer.

Key wordsSynchronous motor；torque；starting current；efficiency

收稿日期：2015-10-16

作者简介：历锐男1982年生；毕业于黑龙江八一农垦大学机械设计制造及其自动化专业，现从事电机设计研发工作.

中图分类号：TM341

文献标识码：A

文章编号：1008-7281(2016)02-0009-004

DOI:10.3969/J.ISSN.1008-7281.2016.02.03