異步電機鐵損測量試驗方法

張玉龍

(海軍駐哈地配軍代表室，黑龍江哈爾濱150040)

異步電機鐵損測量試驗方法

張玉龍

(海軍駐哈地配軍代表室，黑龍江哈爾濱150040)

通過某電廠2007年2#機組B修實例，介紹了異步電動機鐵損試驗方法。通過電機定子鐵心損耗及溫升試驗，檢查定子鐵心的鐵損值和鐵齒各部分的溫升狀況，這是判斷鐵心片間的絕緣狀況的重要方法，并分析了發電機定子鐵心局部的過熱問題。

異步電機；鐵心片間絕緣； 鐵心損耗；磁密； 溫升

0 引言

通常異步電動機的鐵損是通過空載試驗測定的。對異步電動機來說，測量鐵損的主要目的是為了計算電機的效率，但往往忽視了鐵損對電動機溫升的影響。例如一些非標設計的長鐵心的異步電動機，鐵心加長后可以有效地降低電機的溫升，但在電機實際運行時，往往會出現電機局部溫升過高，甚至產生繞組過熱燒毀現象。產生這一故障是因為組成鐵心的硅鋼片片間絕緣損壞，使得鐵心局部存在環流，產生較大的渦流損耗，導致定子鐵心局部會產生過熱溫升，進而使鐵心槽中的繞組局部過熱而損壞。因此，在發現異步電動機定子表面局部溫度異常時，即可初步斷定為定子鐵心存在局部缺陷。為了準確判定定子鐵心局部是否存在片間絕緣缺陷，可以通過電機定子鐵心損耗及溫升試驗(鐵損試驗)，檢查定子鐵心的鐵損值和軛、齒各部分的溫升狀況，以判斷鐵心片間絕緣的狀況。本文就鐵損試驗的過程作如下介紹。

1 試驗原理

當鐵心中某處的片間絕緣存在缺陷，則此處必將存在渦流，并導致該處的局部溫升增大。因此判斷定子鐵心是否存在片間絕緣缺陷，一般采取定子鐵心損耗(簡稱鐵損)及溫升試驗方法來進行檢測。根據電磁感應定律，采用感應法測量定子鐵心的磁密，見圖1。

圖1 測量鐵心中的磁密

如圖1所示，在定子鐵心上纏繞勵磁繞組(一次繞組)和測量繞組(二次繞組)。在一次繞組上施加一次交變電壓，一次繞組中就產生交變電流，它在鐵心中產生交變的磁通量。此交變的磁通量，即會穿過一次繞組，也會穿過二次繞組。并在一、二次繞組中都要引起感應電動勢。其值為

E=4.44fBSW1

(1)

式中，E—感應電動勢，也即二次繞組兩端的空載電壓；f—激磁頻率；B—鐵心中的磁密；S—磁通穿過鐵心的軛部的面積；W1—一次繞組的激磁匝數。

試驗時將電動機鐵心的磁密認定為1.4T，通過控制繞組中的勵磁電流使定子鐵心的磁密保持在1.4T，用酒精溫度計測量定子鐵心及基座的溫度，計算出溫升和溫差，同時測得二次繞組的空載電壓，計算出軛部總的有功損耗。就可以再現電機實際運行時鐵心片間絕緣損壞導致鐵心局部發熱的現象，進而找到片間絕緣損壞的部位。

1 試驗前的準備

1.1 勵磁線圈與勵磁電流確定

勵磁線圈W1的匝數由U1確定，并按式(2)計算后取整

(2)

勵磁線圈電流I按下式計算

(3)

式中，H— 硅鋼片在1.0T時的磁場強度，(A/m)，當確定磁密B=1.4T時，可根據電動機鐵心所用硅鋼片的牌號，利用GB/T 2521—1996標準，即可查出H的值。總勵磁安匝IW1按下式計算

IW1=π(D1-hys)H

(4)

1.2 勵磁線圈與測量線圈的安裝

按照式(3)計算出的勵磁電流確定勵磁電纜的截面積，為了保證試驗安全，通常按照3A/mm2過流量選擇勵磁電纜的規格。測量線圈應選擇2.5mm2的獨股多心銅軟線。在定子鐵心上按W1匝數擾繞制勵磁線圈；在與勵磁線圈成90度的地方繞制測量線圈。為保證測量精度和安全，測量線圈的匝數W2與勵磁繞組匝數W1之比應小于0.5。安裝勵磁線圈與測量線圈時要注意，線圈與定子鐵心之間要良好絕緣。

1.3 試驗接線與儀表布置

1.3.1 試驗接線

按照要求,繞制試驗線圈和勵磁線圈后,試驗接線原理圖如圖2所示， 接線時要保證定子鐵心繞組應可靠接地，應符合相關的安全規程。

圖2 試驗接線與力圖原理圖

圖2中，M1—勵磁線圈；M2—測量線圈；Ta—電流互感器；f—頻率表；V1、V2—電壓表；A—電流表；W—低功率因數瓦特表。

1.3.2 儀表布置

電氣測量儀表的準確度不能低于0.5級；功率表應選用低功率因數瓦特表；儀用互感器的準確度應不低于0.2級。應按實際讀數的需要選擇儀表的量程。

沿定子軸向長度在定子齒上平均設置不少于5個測量點(大電機可適當增加)，在每個測量點放置熱電偶或酒精溫度計。酒精溫度計或熱電偶的測溫準確度不超過。也可以用紅外熱像儀測量每個測量點的溫度,但應保證紅外熱像儀的測溫準確度不超過±2℃。

2 試驗過程

2.1 試驗操作

試驗前，應測量定子鐵心溫度和環境溫度。試驗時在勵磁線圈中施加工頻交流電源，調整勵磁線圈電壓，使勵磁電流接近式(3)的計算值。在表1中規定的磁通密度和時間下，進行定子鐵心磁化試驗。按照式(1)推算磁通密度，感應電勢E近似等于繞組端電壓。當磁通密度不滿足表一時，可按照式(4)進行試驗時間的修整折算，每個15min分別測量并記錄頻率f1、勵磁線圈端電壓U1、測量線圈端電壓U2、勵磁線圈電流I、功率P、定子鐵心溫度t1和環境溫度t0。有條件的還可以在鐵心中預埋測溫元件并測量溫度。

表1 磁通密度和試驗時間

異步電動機試驗時間的折算

(4)

2.2 試驗結果的判定

2.2.1 鐵心最大溫升限值

在規定的磁通密度下，試驗經過規定時間后，鐵心最大溫升限值見表2。

表2 鐵心最大溫升θmax限值

2.2.2 鐵心相同部位(定子齒或槽)溫差限值

該項考核僅針對基座號在355以上電機進行。在規定的磁通密度下，試驗經過規定時間后，見表3。

表3 相同部位(定子齒或槽)溫差限值δ

2.3 注意事項

試驗中應密切監視定子鐵心溫升，振動和噪聲情況，當發現有異常情況時，應停止試驗，分析原因并排除異常后再進行試驗。此外，如發現某一個測溫點處溫度在短時間內急劇升高，并且其它測量參數正常的情況下，即可判斷為鐵心異常發熱處的片間絕緣損壞，可以提前停止試驗。此外，如果在試驗中發現測量線圈端電壓U2過低或過高，可適當增加或減少測量線圈的匝數。

3結語

定子鐵心是發電機的重要部件之一，其表面和片間絕緣比較薄弱，在檢修過程中尤其是進入定子膛內檢修一定要注意安全，防止工具及一些硬物與鐵心直接接觸。在達到試驗周期和必要時一定要進行鐵損試驗，這是檢查鐵心局部缺陷的直接有效的方法，從而保證發電機定子鐵心在運行中的溫升在合格范圍內。

[1] 李晶. 電機定子鐵心損耗測試試驗研究.防爆電機，2010.5.

[2] 史巖清，張玉大.電機沖片、鐵心質量對產品的影響.防爆電機，2005.5.

[3] 王愛華.改進鐵心疊壓工藝降低高壓電機鐵耗的研究.防爆電機，2012.3.

Iron Loss Measurement and Test Method of Induction Motor

ZhangYulong

(Military Delegate Office of Navy in Harbin, Harbin 150040, China)

Taking a 2# B unit ( repaired in 2007) in an electric power plant as an example, this paper introduces iron loss test method of induction motor. Through stator iron-core loss and temperature-rise tests, the iron loss value of stator core and temperature-rise conditions of each part of iron teeth are checked. This is an important method to judge interlamination insulation condition of iron core. The local overheating problem of generator stator core is also analyzed.

Induction motor；interlamination insulation of iron core；iron-core loss；flux density；temperature rise

10.3969/J.ISSN.1008-7281.2017.03.14

TM306

B

1008-7281(2017)02-0045-003

張玉龍 男 1972年生；畢業海軍航空工程學院，現從事機電設備質量監督工作.

2016-08-22