异步电机定子叠频法温升试验及效率研究综述

刘全

【摘要】温升试验是电动机型式试验中比较重要的一项内容，其目的是通过试验得到电机定转子绕组部件在规定的工作条件下运行并达到稳定温升时的温升值，用于考核被试电机所用绝缘材料、生产工艺能否满足电机正常工作及设计寿命的要求。电机试验站多用被试电机和陪试电机对拖的方式或者测功机给电机加载以完成温升试验。

【关键词】异步电机；定子叠频法；温升试验；效率

试验是全面考查三相异步电动机在产品标准规定情况下是否符合标准要求而做的试验。在全部的试验项目中，温升试验是个重要而费时的试验项目，温升试验的目的是测定电机在额定运行条件下各部件的实际稳定温升。

一、叠频法测试温升的优势

（1）叠频法进行异步电动机温升试验时不需要进行机械联接，所以该法特别适用于难以对组或无合适的拖动电机、超检测设备容量的异步电机及低速异步电机而又没有合适陪试电机的温升试验。

（2）对于普通的异步电机，叠频法温升试验则可以减少对组装配的时间及减少试验时的能源消耗。

（3）逆变单元直接发生叠频试验需要的叠频合成波形，大大减小了逆变单元的容量，降低了设备的成本。

二、异步电机定子叠频法温升试验及效率

（1）原理分析。电动机温升试验可使用直接负载法或模拟负载法进行。叠频法属于模拟负载法。使用叠频法进行异步电动机温升试验时不需要进行机械联接，是在被试电机上加上另外一个差频的电压，使电机达到额定电流以模拟电动机的负载。试验时，两个不同频率电源产生的旋转磁场的角速度在气隙中旋转，气隙中的合成磁场则是这两个磁场的叠加。叠频试验时，被试电机转子虽未与任何负载连接，但由于转子的转动惯量， 它们不能跟随气隙磁场转速的变化而改变其转速，转子转速的平均值，并周期性的加速与减速。因此，在气隙磁场转速变化的一个周期，部份时间下，转子转速低于旋转磁场转速，作电动机运行，从电网吸取能量；另一部份时间内，转子的转速高于旋转磁场转速，作为发电机运行， 把能量送给电网。当辅助发电机电压增大，气隙磁场转速的变化幅度也增大，故磁场与转子间的相对转速增大，于是被试电机中的电流随之增大。因此，改变U2的大小，即可调节被试电机电流的大小。因此对于叠频试验， 只需要对电机提供一个两个频率的电源的合成电源即可满足叠频试验的要求。对于逆变器来讲，产生这个波形的电源，只需要将输出的电源采用该方程进行运算，就可得到适合叠频试验的输出电源。

（2）试验方法。试验前，先校正两电源相序，由主副电源分别启动被试电机，若转向相同则视为同相序。①首先由主电源启动被试电机，使其在额定频率、额定电压下空载运行，随后启动副电源机组，并将其转速调节到对应于某一频率的转速值。对额定电压为50 Hz的电机，应在38～42 Hz 范围内选择。②接通副电源发电机的励磁回路，调节励磁电流，使被试电机的定子电流达到额定电流值。在这一过程定值，并同时保持频率不变。在调节被试电机的负载时会产生频率差频振动和特殊噪声，因此在实验过程中，必须监视被试电机和试验电源机组，如仪表指针摆动较大或被试电机和试验电源设备的振动较大时，应先降低副电源电压，再按另一个频率的值调整副电源机组的转速，再行试验。③被试电机应保持额定负载运行，每隔半小时记录一次所需数据如：电压、电流、输入功率等被试电机各部分温度值，当被试电机发热部件温度变化符合标准规定的热稳定状态时，即可停机。④由频率为定子旋转磁场所感应的转子电流，其频率接近超过正常工作下的转子电流频率。由于转子导条的有效电阻会随着转子电流频率的提高而增大，因此以电流基准法作叠频温升实验时，转子铜耗会比正常工作下稍增大。即如果叠频法温升合格，则直接负载法温升也合格。

（3）叠频频率。在叠频试验中，转子转速的脉动会使电机振动增加，噪音增大。主、副电源的振荡频率（拍频）越大，则被试电机振动越大。合成磁通转速的变化是一个周期函数，其变化频率等于主电源频率与叠加副电源频率之差。此差值即是试验时的振荡频率。磁通角速度是定子合成旋转磁场的角速度，其值相当于电机的实际同步转速。首先，分析叠频电源幅值和频率对叠频磁通角速度的影响。最后，对于绕线异步电机，也可用转子叠频法进行温升试验。这时主电源加在定子绕组上，副电源加在转子绕组上，对转子绕组进行交流励磁而产生旋转磁场，从而在定子绕组中感应出一个电压、频率与再进行叠加。绕线转子叠频法原理与普通定子叠频法一致。经分析，在异步电机定子叠频时，一般辅助电源频率为主电源频率的80% ～120%，辅助电源电压的幅值为主电源电压幅值的10% ～ 20%较好。若主电源频率为50Hz，则副电源频率为38 ～ 42Hz 的原因。如試验仪表为机械表针，副频率选择过大，拍频过小，则表针振动过大，不易读取；若试验仪表是数字式，且可实时显示曲线，则副电源频率建议取40 ～ 45Hz，即为主电源频率的80% ～ 90%为宜，这样可降低叠频试验的误差。经验证，采用定子叠频法进行温升试验其准确度是比较高的，完全适用于试验项目中的温升试验。

综上所述，采用定子叠频法进行温升试验是解决试验能力不足的最好方法，具有省时、省力、节能的特点，值得引进和推广。

参考文献

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