笼型三相异步电动机空载电流合格判定解析

2021-04-23陈金刚巩方彬李国治

船电技术 2021年4期

关键词：额定电流三相绕组

陈金刚，巩方彬，李国治

应用研究

笼型三相异步电动机空载电流合格判定解析

陈金刚，巩方彬，李国治

（德州恒力电机有限责任公司，山东德州 253000）

本文主要讲述笼型三相异步电动机空载电流的一般规律和基本特性，对引起空载电流不合格的原因进行分析。同时对空载电流占额定电流的百分数，不同额定电压下额定电流和额定功率之间的关系进行阐述，进而阐明电机空载电流合格与否的判定依据。

笼型三相异步电动机空载电流额定电压额定电流额定功率

0 引言

笼型三相异步电动机的空载电流是反映电机效率和功率因数的重要参数，是考核电机电气性能的重要参考值，直接体现电机的核心部件—定转子的制造质量和设计工艺水平，是用户使用电机前，对电机性能进行考核最直观的测试项目。同功率不同系列和用途电机的空载电流差别很大，同系列相同用途的不同设计的电机空载电流也存在较大差异，因此，电机的空载电流没有统一标准，但各电机制造厂根据自己的设计和工艺保证程度，一般都设有内部控制的标准，以保证电机使用运转性能和各工艺参数在合理的范围以内。

1 空载电流的基本规律

电机空载电流的大小与电机的容量，结构形式，铁芯质量，极数以及电机的生产加工工艺和装配质量有关。电机设计时可根据设计参量计算出空载电流和功率损耗的理论值，在电机出厂例行检查进行空载试验时与之比较，确定电机空载电流是否在正常的工艺波动范围内。超出工艺范围引起的空载电流故障表现形式主要有：电流过大，过小和不平衡。

在一般正常同型号，同功率情况下，电机的额定电压越高，额定电流越小，相应额定电压下的空载电流也越小；额定电压越低，额定电流越大，相应额定电压下的空载电流也越大。连续运转的小型笼型三相异步电动机空载电流一般为额定电流的30%~70%，损耗为额定功率的3%~8%。根据笼型三相异步电动机的空载试验数据，进行统计分析，归纳出空载电流数值的近似表达式：

式中I0为电机的空载电流，IN为电机的额定电流，单位A；PN为电机的额定功率，单位kW；1.3~1.34为取值系数。当电动机极数越多，容量越小时，系数取值越接近1.30，极数越少，容量越大时，系数取值越接近1.34。考虑到各种因素影响，测试数值范围可在此数值基础上，上下浮动一定范围，通常情况下可上浮10%，下浮5%。表1是根据上式总结计算的不同极数和功率电机的空载电流占额定电流的百分数。

表1 不同极数和功率三相异步电动机空载电流占额定电流的百分比(%)

空载电流超出上述范围I0偏小时，易造成电机杂散损耗增大，定转子之间通风条件差，温升高；电机的各种转矩，特别是起动转矩降低，负载启动困难，使用运转过程中增加定、转子相擦（扫膛）的可能性，电机的可靠性降低。超出上述范围I0偏大时，易造成电机功率因数下降，起动电流增大，额定负载下的运行电流超出额定电流，容易造成电机的温升超标，效率下降。

2 空载电流常见故障表现

2.1 空载电流大

造成空载电流大的原因：1）定子绕组匝数少于正常值。2）定、转子之间的气隙较大。3）铁芯硅钢片质量较差（出厂时为不合格品或用火烧法拆绕组时将铁芯烧坏）。4）铁芯长度不足或叠压不实造成有效长度不足。5）因叠压时压力过大，将铁芯硅钢片的绝缘层压破或原绝缘层的绝缘性能达不到要求。6）绕组接线有错误。如应三相星接接成角接（空载电流是正常值的3倍以上）、并联支路数多于设计值（例如应1路串联实为2路并联，或2路并联实为4路并联，此时电流将成倍数地增长）。7）额定频率为60 Hz的电机通入了50 Hz的交流电（所加电压仍为60 Hz的额定数）。此时空载电流理论上将是正常值的1.2倍，但由于电机设计时一般将额定电压时的铁芯磁密选择在磁化曲线的“膝部”，即线性部分以上，所以实际上要大于1.2倍，实测数据表明，最高可达1.7倍以上。8）电源电压高于额定值。在额定电压附近，特别是高于额定电压时，空载电流与电压的平方，甚至3次方成正比，所以空载电流的增加将远大于电压的增加。

2.2 空载电流小

绕组空载电流较小的原因与较大的原因大体相反。主要是绕组的每相串联匝数增多造成，如电机绕组的并联路数减少，应△接的绕组结成Y，会使电机的空载电流呈倍数关系减小。另外空载电流小的原因，也有可能定子为异电制，同一频率下，电压高的定子错当成电压低的定子使用，此时，堵转电流相应也降低，比较明显，更换定子即可解决；另一种为转子外径大，这种情况下，将造成定转子间的气隙减小，电机易造成定、转子相擦，一般通过车转子解决。此时，堵转电流变化不明显，空载电流减小较多，例如：YE2-160M-4电机转子外径增加0.5 mm，电机堵转电流降低15%，而空载电流降低30%左右。

2.3 空载电流不平衡

当三相电源对称时，长时间运转的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10％。如果三相电压平衡，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（某相电流仍大），且运行时有嗡嗡声，则表明该电动机有缺陷。造成三相空载电流不平衡的原因有：1）定子三相绕组不对称；2）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于气隙不均匀所造成；反之，则表明定子绕组不对称。新出厂电机空载电流的平衡度一般控制在5%以内，超出5%，即可认定为空载电流不平衡。如果空载电流不平衡是由三相直流电阻不平衡引起，一般为焊头虚焊或电缆头接触不良造成。如果三相直流电阻平衡而空载电流不平衡，通常是部分绕组接反或嵌错槽造成，也有可能是三相绕组各槽匝数分布不均造成，这种情况下，定子需重新接线或嵌线。交流电机空载损耗大且空载电流不平衡，表明绕组各并联支路的匝数不相等，或者是少数线圈有局部短路现象。

3 笼型三相异步电动机电流与电压和功率的关系

空载电流随着电压上升而上升，随着电压下降而下降。电压偏低时，负载状态下，电磁力矩降低，转差率增大，转子和定子电流都增大；空载状态下，转差率基本不变，空载电流减小。电压偏高时，负载状态下，电磁力矩增大，转差减小，负载电流减小；空载状态下，电流随电压的升高而增大。以YE2-90S-6，400V/50 HZ电机为例，电机的额定电流是2.0 A。表2是YE2-90S-6电机在不同空载电压下的空载电流测试数值，如果空载电压超出额定电压的5%，空载电流达到1.68 A，空载电压超出额定电压的10%，空载电流达到1.88 A，接近额定电流，有时在用户处会被错误的判断为电流偏大，这种情况下，由于空载时电压偏高，空载电流偏大属正常现象。额定负载下，电流不会超出额定电流，如果负载下超电流，应考虑负载匹配问题。