双值电容异步电动机堵转试验测试方法讨论

朱俊磊 黄天岐 刘鸣涛

（嘉兴威凯检测技术有限公司 嘉兴 314001）

引言

电动机的堵转转矩是衡量电动机性能的一个重要指标，电动机堵转转矩如果太小，将直接影响电动机的启动性能，甚至会导致电动机无法正常启动而发生堵转。由于电动机的堵转电流可达到电动机额定电流的7～8倍，时间稍长就可能将电动机烧毁。堵转转矩是指电动机在额定频率、额定电压下堵住转子时测得的转矩最小值。对于研发新型电动机，堵转测试这一步骤必不可少，对于改进设计方案、提升电动机性能，堵转特性曲线提供了重要参数。本文将分析GB/T 9651-2008《单相异步电动机试验方法》与GB/T 5171.21-2016《小功率电动机 第21部分:通用试验方法》中单相电动机的堵转转矩测试方法的区别，以及两版标准在日常操作中的优劣性，并对双值电容异步电动机堵转转矩测试方法进行详细介绍。

1 定义

1.1 堵转试验

GB/T 2009.25-2008《电工术语 旋转电动机》术语和定义中第411-53-31条，堵转试验的定义如下：

为确定堵转转矩及堵转电流在电动机通电而转子堵住时进行的试验[1]。

1.2 堵转转矩

GB/T 2009.25-2008《电工术语 旋转电动机》术语和定义中第411-48-06条，堵转转矩的定义如下：

电动机在额定频率、额定电压和转子在其所有角位堵住时所产生的转矩的最小测得值[1]。

2 双值电容异步电动机堵转试验的测试方法分析

2.1 GB/T 9651-2008测试方法

该标准对于电动机堵转转矩的定义为转子静止在任意一角度下的最小转矩。

其规定在测试前，应保证电动机处于冷态下，并把转子堵住使其不能转动。在进行测试时，先给电动机从0 V缓慢提高电压，当电动机的电流到达额定电流时，转动电动机的转子或者调节机身，使转子与定子产生位移即可，以此测出转子在任意角度下最小堵转转矩和最大堵转电流的两个点。之后将电动机固定牢固，并使力臂与测力方向保持垂直。然后，分别在最小堵转转矩、最大堵转电流两个位置施加0.95～1.05倍的额定电压，之后逐渐减低电压使电流为电动机额定电流时停止测试，并在其间均匀的取5～7个点，记录下每个点的电压、电流和转矩。最后，通过上述5～7个点绘制成堵转特性曲线（图1所示）[2]。详见GB/T 9651-2008 第6.4章。

2.2 GB/T 5171.21-2016测试方法

GB/T 9651-2008对于堵转转矩的定义为转子五个等分点上测得的最小转矩。

试验前，应保证电动机处于冷态，并将电动机的转子堵住使其不能转动。试验开始时，先将转子平分成五等分点，即每个点均间隔72 °，之后给电动机施加电压，使其测试电流到达电动机的额定电流时分别找出五个点中堵转转矩最小和堵转电流最大的两个点。随后分别在这两个点上给电动机施加1.05倍及以上的额定电压，并逐渐降低电压到电动机的额定电流。在此其间需均匀的取5～7个点，记录下每个点时的电压、电流和转矩，随后绘制成堵转特性曲线（图2所示）[3]。详见GB/T 5171.21-2016 第 8章。

2.3 差异分析

由2.1和2.2对比可知， GB/T 9651-2008与GB/T 5171.21-2016堵转试验的差异为：

1）堵转转矩定义的区别： GB/T 9651-2008将堵转转矩定义为转子静止在任意角度下测得的最小转矩；GB/T 5171.21-2016将堵转转矩定义为转子在360 °机械角度内的5个等分位置上测得的最小转矩。

2）测堵转特性曲线时所取最高电压的区别：GB/T 9651-2008测特性曲线时电压需要从不低于0.95～1.05倍额定电压值开始，之后逐渐降低电压，当电流接近额定电流时停止；GB/T 5171.21-2016测特性曲线时电压需要从1.05倍及以上额定电压值开始，之后降低电动机电压到堵转电流接近额定电流值时停止。

GB/T 9651-2008与GB/T 5171.21-2016堵转试验的相同之处为：

1） 试验都要求电动机处于实际冷态下进行。

2） 试验时，都先通过在定子绕组施加低电压，以使电动机的电流达到额定电流后，找出转子上堵转转矩最小，堵转电流最大的两个位置。

3） 绘制堵转特性曲线，其间都需测取5～7个点，每点的通电时间都不应超过5 s。

图1 GB/T 9651-2008电动机堵转特性曲线

图2 GB/T 5171.21-2016电动机堵转特性曲线

根据两版标准对于堵转试验的异同点，我们发现GB/T 5171.21-2016并未直接引用GB/T 9651-2008对于堵转转矩的定义。GB/T 9651-2008定义为任意角度下的最小转矩，“任意角度”概念较为宽泛，共需测取多少不同角度的点也无明确要求，在日常测试工作中操作性较低，只能按照测试人员的测试习惯来进行测取最小转矩点；GB/T 5171.21-2016定义为定子5个定分位置上的最小转矩，其对于所测取的点的数量与位置都有了明确的规定，在实际测试中有较好的操作性与记录性，并对测试人员的操作有了规范。GB/T 9651-2008测取特性曲线时电压从不低于0.95～1.05倍额定电压值开始，当取0.95UN时，所绘制的曲线未包含额定电压所在点；GB/T 5171.21-2016在测特性曲线时，要求从不低于1.05倍的额定电压开始，因此绘制的曲线更能真实的贴近电动机额定电压下的堵转状态。

由上所述，个人认为GB/T 5171.21-2016中的堵转转矩测试方法更加适合日常测试，具有较好的操作性，并且GB/T 5171.21-2016堵转试验中的测试要求严于GB/T 9651-2008，符合GB/T 9651-2008对于堵转试验的所述，因此GB/T 5171.21-2016中的堵转试验方法还有较好的通用性。

3 双值电容异步电动机堵转试验

3.1 试验要求与注意事项

双值电容异步电动机进行堵转试验时，应先达到以下试验要求：

1）电动机测量堵转转矩时，应在电动机接近实际冷态下进行，电动机温度的升高会影响电动机电流、功率等数据的大小。

2）每点读数时，通电持续时间应不超过5 s，以免绕组过热，但由于双值电容异步电动机中启动电容器的特性，其通电时间应不超过启动电动器的允许通电时间，并与下一次启动的间隔时间应大于其工作周期。

3）试验时应将电动机固定牢固，并使力臂处于水平位置，以此保证受力方向与臂长方向成垂直关系。本次试验所选用的双值电容异步电动机的参数如图3所示。

3.2 试验方法

测试示意图如图4所示，根据日常工作经验，转子在360 °机械角度内的5个等分位置上分别进行堵转所测得的最小转矩与任意角度下所测得的最小转矩并无明显差距，且实际操作中任意角度操作难度较大，数据记录性较差，GB/T 5171.21-2016堵转试验方法更适合实际操作且符合GB/T 9651-2008的要求，故本文将按五等分转子圆周的测试方法做详细介绍。

转子360 °机械角度的5个等分位置即等于将电动机轴的圆周进行五等分，因此可以将电动机轴套上一个已经5等分的轴套，如图5所示。做堵转试验前，应先测试电动机的转向，转向应符合电动机出厂的转向要求，之后固定好力臂，在电动机的旋转方向一侧放置用于测力的电子天平，并调节左右的高度，使力臂与天平的受力方向处于垂直。通过单相稳压源，给双值电容异步电动机施加额定电压220 V，由于启动电容的特性，每次电动机的通电时间不应过长。当电动机运行时，电动机轴带动力臂转动，电子天平上将会收到一个力F，此力F乘以力臂的长度L，便是该电动机的转矩。每做完一个点，调整到下一个点时，应重新调整力臂的水平位置，使其与受力方向垂直，并等待电动机冷却使机温接近于冷态，其间隔时间应至少不少于启动电容器的工作周期。测试数据如表1所示。堵转转矩定义为5个点的测得的最小转矩，因此由表可知该电动机的堵转转矩为9.619 N·m，其堵转电流为额定电流的6倍多。

图3 电动机铭牌

图4 双值电容异步电动机堵转转矩测试示意图

图5 五等分的轴套

测取电动机堵转特性曲线时，先在其定子绕组上施以低电压。该电动机电压加到37 V时，堵转电流接近额定电流5.15 A。保持此电压，在五个等分点中分别测出堵转转矩最小、堵转电流最大的两个位置。然后分别在上述两个位置上从不低于1.05倍额定电压值开始，本电动机额定电压220 V，因此应从不低于231 V开始，降低电压至堵转电流接近额定电流5.15 A为止，在此其间取5～7个点的读数，为使曲线平滑，所取点应尽量均匀分布。本次试验测取了5个点的读数，测试数据如表2所示，并通过测试数据绘制了堵转特性曲线（图6所示）。

表2 堵转特性曲线测取点的数值

图6 双值电容运转异步电动机堵转特性曲线

4 结语

本文从堵转转矩的定义、双值电容异步电动机堵转试验的测试方法、双值电容异步电动机堵转试验、堵转特性曲线的测试四个方面介绍了双值电容异步电动机堵转试验的相关知识。介绍并分析了GB/T 9651-2008与GB/T 5171.21-2016中堵转试验的异同，并结合实际，根据日常工作经验得知GB/T 5171.21-2016的测试方法更加适合日常操作。最后根据GB/T 5171.21-2016的测试方法，实际操作并介绍了双值电容异步电动机的堵转转矩与堵转特性曲线的测取。在测试过程中，我们需注意每次的通电时间不应过长，以免大电流使绕组迅速发热，并对后续的测试数据产生较大的影响。