論溫度對(duì)三相異步電動(dòng)機(jī)雜散損耗測(cè)試的影響

(海軍駐葫蘆島四三一廠軍事代表室，遼寧葫蘆島 125000)

論溫度對(duì)三相異步電動(dòng)機(jī)雜散損耗測(cè)試的影響

陳五星

(海軍駐葫蘆島四三一廠軍事代表室，遼寧葫蘆島 125000)

三相異步電動(dòng)機(jī)的雜散損耗是由漏磁、不均勻的電流分布、氣隙中的機(jī)械缺陷和不規(guī)則的氣隙磁通造成的。GB/T 1032—2012《三相異步電動(dòng)機(jī)試驗(yàn)方法》規(guī)定，三相異步電動(dòng)機(jī)的雜散損耗的實(shí)測(cè)方法應(yīng)采用B法，并且在試驗(yàn)時(shí)應(yīng)注意控制好電機(jī)繞組的溫度，過(guò)低或過(guò)高的繞組溫度會(huì)引起雜散損耗的改變，進(jìn)而影響試驗(yàn)結(jié)果。

三相異步電動(dòng)機(jī)；雜散損耗；溫度影響

0 引言

高效節(jié)能三相異步電動(dòng)機(jī)采用新型電機(jī)設(shè)計(jì)、新工藝及新材料，通過(guò)降低電磁損耗、熱損耗、機(jī)械損耗和雜散損耗的方法，以提高電動(dòng)機(jī)的輸出效率。為了有效的達(dá)到節(jié)能目的，必須按照GB/T 1032—2012《三相異步電動(dòng)機(jī)試驗(yàn)方法》中的B法實(shí)際測(cè)試三相異步電動(dòng)機(jī)的雜散損耗。但是在測(cè)試過(guò)程中，三相異步電動(dòng)機(jī)繞組溫度的不同，導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果出現(xiàn)偏差，給三相異步電動(dòng)機(jī)實(shí)測(cè)雜散損耗試驗(yàn)帶來(lái)困擾，本文就此問(wèn)題作如下分析。

1 三相異步電動(dòng)機(jī)雜散損耗組成及隨溫度升高而增加的原因

三相異步電動(dòng)機(jī)的雜散損耗是指電動(dòng)機(jī)在負(fù)載運(yùn)行時(shí)的總損耗。它由基頻雜耗和高頻雜耗組成。

1.1 基頻雜耗

基頻雜耗是由負(fù)載電流產(chǎn)生的槽漏磁和端部漏磁形成的損耗。由于繞組嵌在槽內(nèi)，繞組通電后產(chǎn)生的磁通(基頻磁通)，有一部分通過(guò)槽壁圍繞繞組截面形成閉合回路，這部分磁通為槽漏磁，其產(chǎn)生的損耗歸于基頻雜耗。同時(shí)繞組通電后，在三相異步電動(dòng)機(jī)的端部結(jié)構(gòu)件中(如端蓋、齒壓板、風(fēng)葉、鐵心等)產(chǎn)生的磁滯和渦流損耗歸于基頻雜耗。此外，由于集膚效應(yīng)的影響，沿著槽高導(dǎo)體截面電流分布不均勻，使得繞組的實(shí)際電阻大于測(cè)得的直流電阻，因此繞組通電時(shí)的實(shí)際銅耗將增大，而增大部分也應(yīng)歸于基頻雜耗。

1.2 高頻雜耗

高頻雜耗是由氣隙中的諧波磁場(chǎng)產(chǎn)生的，氣隙中的各次諧波磁場(chǎng)以不同速度相對(duì)定、轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)并切割定、轉(zhuǎn)子，在定、轉(zhuǎn)子鐵心表面感應(yīng)電勢(shì)，產(chǎn)生渦流，從而形成表面損耗。由于定、轉(zhuǎn)子存在齒和槽，齒和槽的相對(duì)位置不同，磁阻會(huì)發(fā)生變化，由此引起齒內(nèi)磁通脈動(dòng)，產(chǎn)生齒部的脈動(dòng)損耗。而氣隙中的高次諧波磁場(chǎng)還會(huì)在轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中感應(yīng)諧波電流，產(chǎn)生相應(yīng)的轉(zhuǎn)子銅耗。這些由高頻諧波磁場(chǎng)產(chǎn)生的損耗被稱為高頻雜耗。

1.3 溫度對(duì)雜耗的影響

從電機(jī)低頻雜耗和高頻雜耗的組成來(lái)看，無(wú)論是受集膚效應(yīng)的影響所產(chǎn)生的雜耗，還是高次諧波磁場(chǎng)在轉(zhuǎn)子中感應(yīng)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子銅耗都和電機(jī)定轉(zhuǎn)子溫度有關(guān)，當(dāng)電機(jī)的溫度升高后，定、轉(zhuǎn)子繞組的電阻增大，隨之導(dǎo)致受集膚效應(yīng)的影響所產(chǎn)生的雜耗和高次諧波磁場(chǎng)在轉(zhuǎn)子中感應(yīng)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子銅耗的增大。綜上所述，可以得出電機(jī)雜耗隨電機(jī)溫度升高而增加這一結(jié)論。

2 三相異步電動(dòng)機(jī)雜散損耗的測(cè)試方法

2.1 試驗(yàn)順序

GB 18613—2012《中小型異步三相電動(dòng)機(jī)能效限定值及能效等級(jí)》標(biāo)準(zhǔn)中明確規(guī)定，電動(dòng)機(jī)效率應(yīng)按GB/T 1032—2012中的B法-測(cè)量輸入-輸出功率的損耗分析法測(cè)量。而GB/T 1032—2012中的B法規(guī)定了負(fù)載雜耗的的確定方法。

(1)首先測(cè)試電機(jī)在冷卻介質(zhì)溫度下的定子繞組的端電阻，并以此確定繞組的溫度。

(2)電機(jī)進(jìn)行熱試驗(yàn)采用直接負(fù)載法，在額定頻率、額定電壓和額定負(fù)載或額定銘牌電流下進(jìn)行試驗(yàn)，直至電機(jī)各部分溫度達(dá)到穩(wěn)定時(shí)為止。

(3)負(fù)載試驗(yàn)應(yīng)在額定電壓和額定頻率下進(jìn)行，開始讀取并記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)，電機(jī)定子繞組溫度與額定負(fù)載熱試驗(yàn)時(shí)測(cè)得的溫度差應(yīng)小于5K。

(4) 空載試驗(yàn)在熱試驗(yàn)和負(fù)載試驗(yàn)后進(jìn)行。

2.2 注意事項(xiàng)

為了確定電機(jī)的雜散損耗，消除繞組溫度變化對(duì)電機(jī)雜散損耗測(cè)量帶來(lái)的影響，在用GB/T 1032—2012中的B法時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。

(1)溫升試驗(yàn)時(shí)因?qū)Ρ辉囯姍C(jī)予以防護(hù)以阻擋其它機(jī)械產(chǎn)生的氣流對(duì)被試電機(jī)產(chǎn)生的影響，一般非常輕微的氣流足以使熱試驗(yàn)的結(jié)果產(chǎn)生很大的誤差。引起周圍空氣快速變化的環(huán)境條件對(duì)電機(jī)溫升試驗(yàn)是不適宜的。熱試驗(yàn)時(shí)，電機(jī)周圍應(yīng)留有足夠的空間，以確保空氣的自由流動(dòng)。

(2)負(fù)載試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)在6個(gè)負(fù)載點(diǎn)處給電機(jī)假負(fù)載，其中4個(gè)負(fù)載點(diǎn)大致均勻分布在不小于25%～100%額定負(fù)載之間(包括100%額定負(fù)載)，在大于100%但不超過(guò)150%額定負(fù)載之間適當(dāng)選取2個(gè)負(fù)載點(diǎn)，電機(jī)加負(fù)載的過(guò)程是從最大負(fù)載開始，依次降低到最小負(fù)載，試驗(yàn)盡可能快的進(jìn)行，以減少電機(jī)試驗(yàn)過(guò)程中溫度變化對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響。

(3)負(fù)載試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)盡量使用溫度傳感器(埋置于定子繞組端部)測(cè)量繞組的溫度，當(dāng)用B法測(cè)量電機(jī)效率時(shí)，必須讀取每個(gè)負(fù)載點(diǎn)的繞組溫度，盡量使繞組溫度在試驗(yàn)過(guò)程中不要出現(xiàn)大的波動(dòng)(最大負(fù)載點(diǎn)繞組溫度與最小負(fù)載點(diǎn)繞組溫度之差應(yīng)小于5K)。

(4)建議在熱試驗(yàn)和負(fù)載試驗(yàn)之后進(jìn)行空載試驗(yàn)，在讀取并記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)之前，電機(jī)的輸入功率要穩(wěn)定，即相隔30min輸入功率的相繼兩個(gè)讀數(shù)之差應(yīng)不大于前一個(gè)讀數(shù)的3%。試驗(yàn)時(shí)要保證電機(jī)的溫度與負(fù)載試驗(yàn)相比不要下降的太多。對(duì)水-空氣冷卻電機(jī)，在熱試驗(yàn)(負(fù)載試驗(yàn))后應(yīng)立即切斷水源。

3 溫度對(duì)三相異步電動(dòng)機(jī)雜散損耗測(cè)試的影響實(shí)例

今有一臺(tái)型號(hào)為YBX4-180L-4型電機(jī)，額定功率為22kW，極數(shù)4極，電壓380 V電機(jī)，在不同的防護(hù)環(huán)境下按GB/T 1032—2012中的B法進(jìn)行負(fù)載試驗(yàn)(一種是兩臺(tái)對(duì)拖電機(jī)對(duì)吹風(fēng)路間沒(méi)加擋風(fēng)板，一種是加了擋風(fēng)板)。試驗(yàn)時(shí)，加擋風(fēng)板環(huán)境下電機(jī)繞組溫度明顯高于不加擋風(fēng)板時(shí)的電機(jī)繞組溫度。在不同的繞組溫度下，其試驗(yàn)結(jié)果見表1和表2。

表1 負(fù)載試驗(yàn)記錄(加擋風(fēng)板)

表2 負(fù)載試驗(yàn)記錄(不加擋風(fēng)板)

從表1和表2明顯可以看出，當(dāng)繞組溫度提高時(shí)，按GB/T 1032—2012中的B法進(jìn)行負(fù)載試驗(yàn)測(cè)得的額定雜散損耗也相應(yīng)的提高。在進(jìn)行了多次試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，我們得到了電機(jī)額定雜散損耗與定子繞組溫度之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系圖，見圖1。

圖1額定雜耗隨溫度變化圖

在圖1中，如以防護(hù)好的試驗(yàn)環(huán)境，在溫升穩(wěn)定后進(jìn)行負(fù)載試驗(yàn)測(cè)得的雜散損耗值為PN和此時(shí)的繞組溫度TN為100%，則當(dāng)進(jìn)行雜散損耗試驗(yàn)時(shí)，如果繞組溫度低于TN時(shí)，電機(jī)的雜散損耗測(cè)試值按圖1中曲線變化。

4 結(jié)語(yǔ)

三相異步電動(dòng)機(jī)的雜散損耗對(duì)高效節(jié)能電機(jī)的效率測(cè)試的影響是比較大的，因此為了能獲得高效節(jié)能電機(jī)的真實(shí)效率，在按照GB/T 1032—2012《三相異步電動(dòng)機(jī)試驗(yàn)方法》中的B法實(shí)際測(cè)試三相異步電動(dòng)機(jī)的雜散損耗時(shí)，必須要注意溫度的影響，只有將電機(jī)繞組的溫度控制在熱穩(wěn)定狀態(tài)下進(jìn)行的雜散損耗測(cè)量才能準(zhǔn)確的反應(yīng)電機(jī)的雜散損耗，進(jìn)而準(zhǔn)確的計(jì)算出電機(jī)的效率。

[1] 陰法軍，黃濤.三相異步電動(dòng)機(jī)實(shí)測(cè)負(fù)載雜散耗應(yīng)注意的問(wèn)題.防爆電機(jī)，2007.

[2] 易以睦.YBZ系列隔爆型三相異步電動(dòng)機(jī)雜散損耗的控制.防爆電機(jī)，2000.

[3] 寧榕，李巧蓮，黃堅(jiān).三相異步電動(dòng)機(jī)的雜散損耗研究.電機(jī)與控制應(yīng)用，2014.

InfluenceofTemperatureonStrayLossTestofThree-PhaseInductionMotor

ChenWuxing

(Navy Military Representative Office of 431 Factory Stationed in Huludao, huludao 125000, China)

The stray loss of three-phase induction motor is caused by leakage magnetic flux, uneven current distribution, mechanical defects in air gap and irregular air-gap flux. GB1032—2012 "Test Method for Three-Phase Induction Motor" has regulated that method B should be adopted to test stray loss of three-phase induction motor and the test should be paid attention to control temperature of motor windings. Too low or too high temperature of motor windings will cause the change of stray loss, and thus will affect the test result.

Three-phase induction motor；stray loss；temperature influence

10.3969/J.ISSN.1008-7281.2017.06.12

TM306

B

1008-7281(2017)06-0040-003

陳五星男1973年生；畢業(yè)于海軍工程大學(xué)，現(xiàn)從事艦船核動(dòng)力裝置研制與建造管理工作.

2017-07-09