雙值電容異步電動機堵轉試驗測試方法討論

朱俊磊 黃天岐 劉鳴濤

（嘉興威凱檢測技術有限公司 嘉興 314001）

引言

電動機的堵轉轉矩是衡量電動機性能的一個重要指標，電動機堵轉轉矩如果太小，將直接影響電動機的啟動性能，甚至會導致電動機無法正常啟動而發生堵轉。由于電動機的堵轉電流可達到電動機額定電流的7～8倍，時間稍長就可能將電動機燒毀。堵轉轉矩是指電動機在額定頻率、額定電壓下堵住轉子時測得的轉矩最小值。對于研發新型電動機，堵轉測試這一步驟必不可少，對于改進設計方案、提升電動機性能，堵轉特性曲線提供了重要參數。本文將分析GB/T 9651-2008《單相異步電動機試驗方法》與GB/T 5171.21-2016《小功率電動機 第21部分:通用試驗方法》中單相電動機的堵轉轉矩測試方法的區別，以及兩版標準在日常操作中的優劣性，并對雙值電容異步電動機堵轉轉矩測試方法進行詳細介紹。

1 定義

1.1 堵轉試驗

GB/T 2009.25-2008《電工術語 旋轉電動機》術語和定義中第411-53-31條，堵轉試驗的定義如下：

為確定堵轉轉矩及堵轉電流在電動機通電而轉子堵住時進行的試驗[1]。

1.2 堵轉轉矩

GB/T 2009.25-2008《電工術語 旋轉電動機》術語和定義中第411-48-06條，堵轉轉矩的定義如下：

電動機在額定頻率、額定電壓和轉子在其所有角位堵住時所產生的轉矩的最小測得值[1]。

2 雙值電容異步電動機堵轉試驗的測試方法分析

2.1 GB/T 9651-2008測試方法

該標準對于電動機堵轉轉矩的定義為轉子靜止在任意一角度下的最小轉矩。

其規定在測試前，應保證電動機處于冷態下，并把轉子堵住使其不能轉動。在進行測試時，先給電動機從0 V緩慢提高電壓，當電動機的電流到達額定電流時，轉動電動機的轉子或者調節機身，使轉子與定子產生位移即可，以此測出轉子在任意角度下最小堵轉轉矩和最大堵轉電流的兩個點。之后將電動機固定牢固，并使力臂與測力方向保持垂直。然后，分別在最小堵轉轉矩、最大堵轉電流兩個位置施加0.95～1.05倍的額定電壓，之后逐漸減低電壓使電流為電動機額定電流時停止測試，并在其間均勻的取5～7個點，記錄下每個點的電壓、電流和轉矩。最后，通過上述5～7個點繪制成堵轉特性曲線（圖1所示）[2]。詳見GB/T 9651-2008 第6.4章。

2.2 GB/T 5171.21-2016測試方法

GB/T 9651-2008對于堵轉轉矩的定義為轉子五個等分點上測得的最小轉矩。

試驗前，應保證電動機處于冷態，并將電動機的轉子堵住使其不能轉動。試驗開始時，先將轉子平分成五等分點，即每個點均間隔72 °，之后給電動機施加電壓，使其測試電流到達電動機的額定電流時分別找出五個點中堵轉轉矩最小和堵轉電流最大的兩個點。隨后分別在這兩個點上給電動機施加1.05倍及以上的額定電壓，并逐漸降低電壓到電動機的額定電流。在此其間需均勻的取5～7個點，記錄下每個點時的電壓、電流和轉矩，隨后繪制成堵轉特性曲線（圖2所示）[3]。詳見GB/T 5171.21-2016 第 8章。

2.3 差異分析

由2.1和2.2對比可知， GB/T 9651-2008與GB/T 5171.21-2016堵轉試驗的差異為：

1）堵轉轉矩定義的區別： GB/T 9651-2008將堵轉轉矩定義為轉子靜止在任意角度下測得的最小轉矩；GB/T 5171.21-2016將堵轉轉矩定義為轉子在360 °機械角度內的5個等分位置上測得的最小轉矩。

2）測堵轉特性曲線時所取最高電壓的區別：GB/T 9651-2008測特性曲線時電壓需要從不低于0.95～1.05倍額定電壓值開始，之后逐漸降低電壓，當電流接近額定電流時停止；GB/T 5171.21-2016測特性曲線時電壓需要從1.05倍及以上額定電壓值開始，之后降低電動機電壓到堵轉電流接近額定電流值時停止。

GB/T 9651-2008與GB/T 5171.21-2016堵轉試驗的相同之處為：

1） 試驗都要求電動機處于實際冷態下進行。

2） 試驗時，都先通過在定子繞組施加低電壓，以使電動機的電流達到額定電流后，找出轉子上堵轉轉矩最小，堵轉電流最大的兩個位置。

3） 繪制堵轉特性曲線，其間都需測取5～7個點，每點的通電時間都不應超過5 s。

圖1 GB/T 9651-2008電動機堵轉特性曲線

圖2 GB/T 5171.21-2016電動機堵轉特性曲線

根據兩版標準對于堵轉試驗的異同點，我們發現GB/T 5171.21-2016并未直接引用GB/T 9651-2008對于堵轉轉矩的定義。GB/T 9651-2008定義為任意角度下的最小轉矩，“任意角度”概念較為寬泛，共需測取多少不同角度的點也無明確要求，在日常測試工作中操作性較低，只能按照測試人員的測試習慣來進行測取最小轉矩點；GB/T 5171.21-2016定義為定子5個定分位置上的最小轉矩，其對于所測取的點的數量與位置都有了明確的規定，在實際測試中有較好的操作性與記錄性，并對測試人員的操作有了規范。GB/T 9651-2008測取特性曲線時電壓從不低于0.95～1.05倍額定電壓值開始，當取0.95UN時，所繪制的曲線未包含額定電壓所在點；GB/T 5171.21-2016在測特性曲線時，要求從不低于1.05倍的額定電壓開始，因此繪制的曲線更能真實的貼近電動機額定電壓下的堵轉狀態。

由上所述，個人認為GB/T 5171.21-2016中的堵轉轉矩測試方法更加適合日常測試，具有較好的操作性，并且GB/T 5171.21-2016堵轉試驗中的測試要求嚴于GB/T 9651-2008，符合GB/T 9651-2008對于堵轉試驗的所述，因此GB/T 5171.21-2016中的堵轉試驗方法還有較好的通用性。

3 雙值電容異步電動機堵轉試驗

3.1 試驗要求與注意事項

雙值電容異步電動機進行堵轉試驗時，應先達到以下試驗要求：

1）電動機測量堵轉轉矩時，應在電動機接近實際冷態下進行，電動機溫度的升高會影響電動機電流、功率等數據的大小。

2）每點讀數時，通電持續時間應不超過5 s，以免繞組過熱，但由于雙值電容異步電動機中啟動電容器的特性，其通電時間應不超過啟動電動器的允許通電時間，并與下一次啟動的間隔時間應大于其工作周期。

3）試驗時應將電動機固定牢固，并使力臂處于水平位置，以此保證受力方向與臂長方向成垂直關系。本次試驗所選用的雙值電容異步電動機的參數如圖3所示。

3.2 試驗方法

測試示意圖如圖4所示，根據日常工作經驗，轉子在360 °機械角度內的5個等分位置上分別進行堵轉所測得的最小轉矩與任意角度下所測得的最小轉矩并無明顯差距，且實際操作中任意角度操作難度較大，數據記錄性較差，GB/T 5171.21-2016堵轉試驗方法更適合實際操作且符合GB/T 9651-2008的要求，故本文將按五等分轉子圓周的測試方法做詳細介紹。

轉子360 °機械角度的5個等分位置即等于將電動機軸的圓周進行五等分，因此可以將電動機軸套上一個已經5等分的軸套，如圖5所示。做堵轉試驗前，應先測試電動機的轉向，轉向應符合電動機出廠的轉向要求，之后固定好力臂，在電動機的旋轉方向一側放置用于測力的電子天平，并調節左右的高度，使力臂與天平的受力方向處于垂直。通過單相穩壓源，給雙值電容異步電動機施加額定電壓220 V，由于啟動電容的特性，每次電動機的通電時間不應過長。當電動機運行時，電動機軸帶動力臂轉動，電子天平上將會收到一個力F，此力F乘以力臂的長度L，便是該電動機的轉矩。每做完一個點，調整到下一個點時，應重新調整力臂的水平位置，使其與受力方向垂直，并等待電動機冷卻使機溫接近于冷態，其間隔時間應至少不少于啟動電容器的工作周期。測試數據如表1所示。堵轉轉矩定義為5個點的測得的最小轉矩，因此由表可知該電動機的堵轉轉矩為9.619 N·m，其堵轉電流為額定電流的6倍多。

圖3 電動機銘牌

圖4 雙值電容異步電動機堵轉轉矩測試示意圖

圖5 五等分的軸套

測取電動機堵轉特性曲線時，先在其定子繞組上施以低電壓。該電動機電壓加到37 V時，堵轉電流接近額定電流5.15 A。保持此電壓，在五個等分點中分別測出堵轉轉矩最小、堵轉電流最大的兩個位置。然后分別在上述兩個位置上從不低于1.05倍額定電壓值開始，本電動機額定電壓220 V，因此應從不低于231 V開始，降低電壓至堵轉電流接近額定電流5.15 A為止，在此其間取5～7個點的讀數，為使曲線平滑，所取點應盡量均勻分布。本次試驗測取了5個點的讀數，測試數據如表2所示，并通過測試數據繪制了堵轉特性曲線（圖6所示）。

表2 堵轉特性曲線測取點的數值

圖6 雙值電容運轉異步電動機堵轉特性曲線

4 結語

本文從堵轉轉矩的定義、雙值電容異步電動機堵轉試驗的測試方法、雙值電容異步電動機堵轉試驗、堵轉特性曲線的測試四個方面介紹了雙值電容異步電動機堵轉試驗的相關知識。介紹并分析了GB/T 9651-2008與GB/T 5171.21-2016中堵轉試驗的異同，并結合實際，根據日常工作經驗得知GB/T 5171.21-2016的測試方法更加適合日常操作。最后根據GB/T 5171.21-2016的測試方法，實際操作并介紹了雙值電容異步電動機的堵轉轉矩與堵轉特性曲線的測取。在測試過程中，我們需注意每次的通電時間不應過長，以免大電流使繞組迅速發熱，并對后續的測試數據產生較大的影響。