異步電機定子疊頻法溫升試驗及效率研究綜述

劉全

【摘要】溫升試驗是電動機型式試驗中比較重要的一項內容，其目的是通過試驗得到電機定轉子繞組部件在規定的工作條件下運行并達到穩定溫升時的溫升值，用于考核被試電機所用絕緣材料、生產工藝能否滿足電機正常工作及設計壽命的要求。電機試驗站多用被試電機和陪試電機對拖的方式或者測功機給電機加載以完成溫升試驗。

【關鍵詞】異步電機；定子疊頻法；溫升試驗；效率

試驗是全面考查三相異步電動機在產品標準規定情況下是否符合標準要求而做的試驗。在全部的試驗項目中，溫升試驗是個重要而費時的試驗項目，溫升試驗的目的是測定電機在額定運行條件下各部件的實際穩定溫升。

一、疊頻法測試溫升的優勢

（1）疊頻法進行異步電動機溫升試驗時不需要進行機械聯接，所以該法特別適用于難以對組或無合適的拖動電機、超檢測設備容量的異步電機及低速異步電機而又沒有合適陪試電機的溫升試驗。

（2）對于普通的異步電機，疊頻法溫升試驗則可以減少對組裝配的時間及減少試驗時的能源消耗。

（3）逆變單元直接發生疊頻試驗需要的疊頻合成波形，大大減小了逆變單元的容量，降低了設備的成本。

二、異步電機定子疊頻法溫升試驗及效率

（1）原理分析。電動機溫升試驗可使用直接負載法或模擬負載法進行。疊頻法屬于模擬負載法。使用疊頻法進行異步電動機溫升試驗時不需要進行機械聯接，是在被試電機上加上另外一個差頻的電壓，使電機達到額定電流以模擬電動機的負載。試驗時，兩個不同頻率電源產生的旋轉磁場的角速度在氣隙中旋轉，氣隙中的合成磁場則是這兩個磁場的疊加。疊頻試驗時，被試電機轉子雖未與任何負載連接，但由于轉子的轉動慣量， 它們不能跟隨氣隙磁場轉速的變化而改變其轉速，轉子轉速的平均值，并周期性的加速與減速。因此，在氣隙磁場轉速變化的一個周期，部份時間下，轉子轉速低于旋轉磁場轉速，作電動機運行，從電網吸取能量；另一部份時間內，轉子的轉速高于旋轉磁場轉速，作為發電機運行， 把能量送給電網。當輔助發電機電壓增大，氣隙磁場轉速的變化幅度也增大，故磁場與轉子間的相對轉速增大，于是被試電機中的電流隨之增大。因此，改變U2的大小，即可調節被試電機電流的大小。因此對于疊頻試驗， 只需要對電機提供一個兩個頻率的電源的合成電源即可滿足疊頻試驗的要求。對于逆變器來講，產生這個波形的電源，只需要將輸出的電源采用該方程進行運算，就可得到適合疊頻試驗的輸出電源。

（2）試驗方法。試驗前，先校正兩電源相序，由主副電源分別啟動被試電機，若轉向相同則視為同相序。①首先由主電源啟動被試電機，使其在額定頻率、額定電壓下空載運行，隨后啟動副電源機組，并將其轉速調節到對應于某一頻率的轉速值。對額定電壓為50 Hz的電機，應在38～42 Hz 范圍內選擇。②接通副電源發電機的勵磁回路，調節勵磁電流，使被試電機的定子電流達到額定電流值。在這一過程定值，并同時保持頻率不變。在調節被試電機的負載時會產生頻率差頻振動和特殊噪聲，因此在實驗過程中，必須監視被試電機和試驗電源機組，如儀表指針擺動較大或被試電機和試驗電源設備的振動較大時，應先降低副電源電壓，再按另一個頻率的值調整副電源機組的轉速，再行試驗。③被試電機應保持額定負載運行，每隔半小時記錄一次所需數據如：電壓、電流、輸入功率等被試電機各部分溫度值，當被試電機發熱部件溫度變化符合標準規定的熱穩定狀態時，即可停機。④由頻率為定子旋轉磁場所感應的轉子電流，其頻率接近超過正常工作下的轉子電流頻率。由于轉子導條的有效電阻會隨著轉子電流頻率的提高而增大，因此以電流基準法作疊頻溫升實驗時，轉子銅耗會比正常工作下稍增大。即如果疊頻法溫升合格，則直接負載法溫升也合格。

（3）疊頻頻率。在疊頻試驗中，轉子轉速的脈動會使電機振動增加，噪音增大。主、副電源的振蕩頻率（拍頻）越大，則被試電機振動越大。合成磁通轉速的變化是一個周期函數，其變化頻率等于主電源頻率與疊加副電源頻率之差。此差值即是試驗時的振蕩頻率。磁通角速度是定子合成旋轉磁場的角速度，其值相當于電機的實際同步轉速。首先，分析疊頻電源幅值和頻率對疊頻磁通角速度的影響。最后，對于繞線異步電機，也可用轉子疊頻法進行溫升試驗。這時主電源加在定子繞組上，副電源加在轉子繞組上，對轉子繞組進行交流勵磁而產生旋轉磁場，從而在定子繞組中感應出一個電壓、頻率與再進行疊加。繞線轉子疊頻法原理與普通定子疊頻法一致。經分析，在異步電機定子疊頻時，一般輔助電源頻率為主電源頻率的80% ～120%，輔助電源電壓的幅值為主電源電壓幅值的10% ～ 20%較好。若主電源頻率為50Hz，則副電源頻率為38 ～ 42Hz 的原因。如試驗儀表為機械表針，副頻率選擇過大，拍頻過小，則表針振動過大，不易讀取；若試驗儀表是數字式，且可實時顯示曲線，則副電源頻率建議取40 ～ 45Hz，即為主電源頻率的80% ～ 90%為宜，這樣可降低疊頻試驗的誤差。經驗證，采用定子疊頻法進行溫升試驗其準確度是比較高的，完全適用于試驗項目中的溫升試驗。

綜上所述，采用定子疊頻法進行溫升試驗是解決試驗能力不足的最好方法，具有省時、省力、節能的特點，值得引進和推廣。

參考文獻

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