籠型三相異步電動機空載電流合格判定解析

陳金剛，鞏方彬，李國治

應用研究

籠型三相異步電動機空載電流合格判定解析

陳金剛，鞏方彬，李國治

（德州恒力電機有限責任公司，山東德州 253000）

本文主要講述籠型三相異步電動機空載電流的一般規律和基本特性，對引起空載電流不合格的原因進行分析。同時對空載電流占額定電流的百分數，不同額定電壓下額定電流和額定功率之間的關系進行闡述，進而闡明電機空載電流合格與否的判定依據。

籠型三相異步電動機 空載電流 額定電壓 額定電流 額定功率

0 引言

籠型三相異步電動機的空載電流是反映電機效率和功率因數的重要參數，是考核電機電氣性能的重要參考值，直接體現電機的核心部件—定轉子的制造質量和設計工藝水平，是用戶使用電機前，對電機性能進行考核最直觀的測試項目。同功率不同系列和用途電機的空載電流差別很大，同系列相同用途的不同設計的電機空載電流也存在較大差異，因此，電機的空載電流沒有統一標準，但各電機制造廠根據自己的設計和工藝保證程度，一般都設有內部控制的標準，以保證電機使用運轉性能和各工藝參數在合理的范圍以內。

1 空載電流的基本規律

電機空載電流的大小與電機的容量，結構形式，鐵芯質量，極數以及電機的生產加工工藝和裝配質量有關。電機設計時可根據設計參量計算出空載電流和功率損耗的理論值，在電機出廠例行檢查進行空載試驗時與之比較，確定電機空載電流是否在正常的工藝波動范圍內。超出工藝范圍引起的空載電流故障表現形式主要有：電流過大，過小和不平衡。

在一般正常同型號，同功率情況下，電機的額定電壓越高，額定電流越小，相應額定電壓下的空載電流也越小；額定電壓越低，額定電流越大，相應額定電壓下的空載電流也越大。連續運轉的小型籠型三相異步電動機空載電流一般為額定電流的30%~70%，損耗為額定功率的3%~8%。根據籠型三相異步電動機的空載試驗數據，進行統計分析，歸納出空載電流數值的近似表達式：

式中I0為電機的空載電流，IN為電機的額定電流，單位A；PN為電機的額定功率，單位kW；1.3~1.34為取值系數。當電動機極數越多，容量越小時，系數取值越接近1.30，極數越少，容量越大時，系數取值越接近1.34。考慮到各種因素影響，測試數值范圍可在此數值基礎上，上下浮動一定范圍，通常情況下可上浮10%，下浮5%。表1是根據上式總結計算的不同極數和功率電機的空載電流占額定電流的百分數。

表1 不同極數和功率三相異步電動機空載電流占額定電流的百分比(%)

空載電流超出上述范圍I0偏小時，易造成電機雜散損耗增大，定轉子之間通風條件差，溫升高；電機的各種轉矩，特別是起動轉矩降低，負載啟動困難，使用運轉過程中增加定、轉子相擦（掃膛）的可能性，電機的可靠性降低。超出上述范圍I0偏大時，易造成電機功率因數下降，起動電流增大，額定負載下的運行電流超出額定電流，容易造成電機的溫升超標，效率下降。

2 空載電流常見故障表現

2.1 空載電流大

造成空載電流大的原因：1）定子繞組匝數少于正常值。2）定、轉子之間的氣隙較大。3）鐵芯硅鋼片質量較差（出廠時為不合格品或用火燒法拆繞組時將鐵芯燒壞）。4）鐵芯長度不足或疊壓不實造成有效長度不足。5）因疊壓時壓力過大，將鐵芯硅鋼片的絕緣層壓破或原絕緣層的絕緣性能達不到要求。6）繞組接線有錯誤。如應三相星接接成角接（空載電流是正常值的3倍以上）、并聯支路數多于設計值（例如應1路串聯實為2路并聯，或2路并聯實為4路并聯，此時電流將成倍數地增長）。7）額定頻率為60 Hz的電機通入了50 Hz的交流電（所加電壓仍為60 Hz的額定數）。此時空載電流理論上將是正常值的1.2倍，但由于電機設計時一般將額定電壓時的鐵芯磁密選擇在磁化曲線的“膝部”，即線性部分以上，所以實際上要大于1.2倍，實測數據表明，最高可達1.7倍以上。8）電源電壓高于額定值。在額定電壓附近，特別是高于額定電壓時，空載電流與電壓的平方，甚至3次方成正比，所以空載電流的增加將遠大于電壓的增加。

2.2 空載電流小

繞組空載電流較小的原因與較大的原因大體相反。主要是繞組的每相串聯匝數增多造成，如電機繞組的并聯路數減少，應△接的繞組結成Y，會使電機的空載電流呈倍數關系減小。另外空載電流小的原因，也有可能定子為異電制，同一頻率下，電壓高的定子錯當成電壓低的定子使用，此時，堵轉電流相應也降低，比較明顯，更換定子即可解決；另一種為轉子外徑大，這種情況下，將造成定轉子間的氣隙減小，電機易造成定、轉子相擦，一般通過車轉子解決。此時，堵轉電流變化不明顯，空載電流減小較多，例如：YE2-160M-4電機轉子外徑增加0.5 mm，電機堵轉電流降低15%，而空載電流降低30%左右。

2.3 空載電流不平衡

當三相電源對稱時，長時間運轉的異步電動機在額定電壓下的三相空載電流任何一相與平均值的偏差不得大于10％。如果三相電壓平衡，而三相空載電流不平衡，且改換電源相序后三相空載電流不平衡的情況仍然不變（某相電流仍大），且運行時有嗡嗡聲，則表明該電動機有缺陷。造成三相空載電流不平衡的原因有：1）定子三相繞組不對稱；2）氣隙嚴重不均勻或磁路不對稱。如果三相繞組電阻平衡，或三相堵轉（短路）電流不平衡度比空載電流不平衡度顯著減小，則表明空載電流不平衡是由于氣隙不均勻所造成；反之，則表明定子繞組不對稱。新出廠電機空載電流的平衡度一般控制在5%以內，超出5%，即可認定為空載電流不平衡。如果空載電流不平衡是由三相直流電阻不平衡引起，一般為焊頭虛焊或電纜頭接觸不良造成。如果三相直流電阻平衡而空載電流不平衡，通常是部分繞組接反或嵌錯槽造成，也有可能是三相繞組各槽匝數分布不均造成，這種情況下，定子需重新接線或嵌線。交流電機空載損耗大且空載電流不平衡，表明繞組各并聯支路的匝數不相等，或者是少數線圈有局部短路現象。

3 籠型三相異步電動機電流與電壓和功 率的關系

空載電流隨著電壓上升而上升，隨著電壓下降而下降。電壓偏低時，負載狀態下，電磁力矩降低，轉差率增大，轉子和定子電流都增大；空載狀態下，轉差率基本不變，空載電流減小。電壓偏高時，負載狀態下，電磁力矩增大，轉差減小，負載電流減小；空載狀態下，電流隨電壓的升高而增大。以YE2-90S-6，400V/50 HZ電機為例，電機的額定電流是2.0 A。表2是YE2-90S-6電機在不同空載電壓下的空載電流測試數值，如果空載電壓超出額定電壓的5%，空載電流達到1.68 A，空載電壓超出額定電壓的10%，空載電流達到1.88 A，接近額定電流，有時在用戶處會被錯誤的判斷為電流偏大，這種情況下，由于空載時電壓偏高，空載電流偏大屬正常現象。額定負載下，電流不會超出額定電流，如果負載下超電流，應考慮負載匹配問題。

表2 YE2-90S-6電機在不同空載電壓下的空載電流測試數值

對于籠型中小型三相異步電動機，每千瓦功率對應的額定電流與額定電壓的數值一般遵循以下規律：三相二百二電機，千瓦三點五安培。 常用三百八電機，一個千瓦兩安培。低壓六百六電機，千瓦一點二安培。高壓三千伏電機，四個千瓦一安培。高壓六千伏電機，八個千瓦一安培。

4 結論

籠型三相異步電動機的空載電流在一定程度上反應電機的溫升，效率，功率因數，起動能力等主要性能指標，其合格與否直接影響電機的各項性能。維修實驗人員應掌握其限值規律，保證合格電機出廠，對存在問題的電機做出判定，利于維修，從而保證電動機的性能指標符合產品的標準要求。

[1] 陳金剛, 三相異步電動機的空載和堵轉電流[J].電機技術, 2016, (5): 35-37.

[2] 王強, 陳金剛, 三相異步電動機檢測試驗分析[J]. 防爆電機, 2013, (4): 36-39.

[3] 黃莉明, 陳金剛, 籠型三相異步電動機運轉性能參數解析[J]. 防爆電機, 2019, (6): 23-25.

Analysis on no-load Current Qualification of the Cage-type Three-phase Asynchronous Motor

Chen Jingang, Gong Fangbin, Li Guozhi

（DeZhou HengLi Electrical Machinery CO., LTD, Dezhou 253000, Shandong, China）

TM343.2

A

1003-4862(2021)04-0019-03

2020-10-16

陳金剛（1974-），男，高級工程師。研究方向：低壓電器設備的設計，選型，檢測和故障分析。Email：cjg2516@163.com