帶制動三相異步電動機出廠自動測試系統解析

陳金剛，高春林，王 勇

（德州恒力電機有限責任公司，山東德州 253005；2 東部戰區海軍保障部直屬保障隊，上海 200136）

0 引言

三相異步電動機出廠自動試驗系統是三相異步電動機出廠檢測的自動測試系統，可根據電源保護特性和測試項目特點，增加主電源控制保護和帶制動電機制動性能測試，自動試驗系統可自動測試電機和制動器的直流電阻、絕緣電阻、工頻耐壓時的泄露電流；電機的匝間絕緣性能，堵轉和空載電流及損耗；并可手動測試制動器的制動間隙和制動效果。自動保存型號庫與測試完成后的測試數據庫，并根據相應的數據管理界面，通過多種方式對試驗數據進行檢索和查尋。

1 基本原理簡介

自動測試系統采用PLC工業控制計算機集中控制，測量部分采用分布式多計算機處理方式，檢驗電路為模塊化組合，系統軟件及操作界面全中文顯示。各電量測量是由單片機組成的電參數測試儀、電阻測試儀和匝間測試儀等處理設備完成，工控機作為自動測試系統的核心控制設備，統籌管理各項目的測試結果。微機自動測試系統模塊配置方框圖如圖1所示。

圖1 工控機測試系統框圖

2 測試項目及其原理量值

2.1 直流電阻測試原理

電阻測試采用電流，電壓比較法進行，即由標準電阻RF和被測電阻RX組成串聯回路，在回路中加恒定電流I，同時測取其電壓VRF和VRX，如圖2所示。通過這兩個電壓比值求出被測電阻：RX＝RF×VRX/VRF。為了提高整機的測量精度，消除機內各部件的接觸電阻及引線電阻，自動測試系統采用四端測量技術，提高測試的準確性。測取電阻的量值根據電機型號的標準參數進行設定，電阻不平衡度控制在3%以內。

圖2 電阻測試原理圖

2.2 絕緣電阻及工頻耐壓測試

絕緣電阻是在電機繞組和外殼之間加500 V直流電壓，檢測電機繞組的絕緣電阻。測試電機絕緣電阻前，需要在標準狀態下測量設備本身及測試線路的絕緣電阻，測試的數據可在“本底絕緣”中顯示，測量時應將測試線路與電機斷開并懸空，保證測試線路間互不接觸。在自動狀態下測量的是去除本機絕緣后的絕緣電阻，當所測絕緣電阻值大于500 M時顯示500 M，并根據設定的標準下限值自動判斷合格與否。工頻耐壓是在電機繞組和外殼之間加 0～3000 V交流工頻電壓，在技術條件要求的電壓下，檢測電機的泄漏電流并利用過流繼電器進行保護，檢測時間由測試參數程序根據技術條件進行設定，根據過流繼電器的動作與否來判斷電機是否擊穿。如果電機擊穿則繼電器吸合，狀態欄中的“系統提示” 會提示電機擊穿。

2.3 沖擊匝間絕緣強度試驗

匝間絕緣試驗采用高速A/D測試系統，利用高壓脈沖波形比較法，將匝間波形數字化處理，通過計算機對波形的幾個參量進行計算處理，得出波形的量化指標：1）衰減率；2）頻率；3）積分面積。如圖3所示。將電機的三相繞組的波形自動存入計算機中與其比較，通過計算絕對差值和面積差值，自動比較判斷。對于整機測試，國家標準規定，散嵌繞組定子匝間峰值電壓為3100 V，成型線圈峰值電壓3400 V，波前時間0.5 μs。從日常檢測可知，影響絕對差值和面積差值的最大因素是匝間短路或匝間絕緣不良，匝間短路使能量損耗迅速加大，波形衰減加快，絕對差值，面積差值增大。由于制造工藝，材料等影響使絕對差值有 2%～5%的變化，面積差值有 1%～2%的變化，這一變化并非由匝間短路引起；匝間測試系統受溫度、電源變化等影響，出現的重復精度誤差絕對差值和面積差值為 0.5%～1%；匝間短路，電暈放電，一匝短路，多匝短路或層間短路，將引起絕對差值和面積差值有 8%～15%的變化或更大。如何將正常因素與故障因素對面積差值、絕對差值的影響分開，這是確定絕對差值和面積差值大小的關鍵。絕對差值和面積差值的設定沒有統一的標準，一般根據電機類型和生產工藝來確定。機器繞線和嵌線的定子，絕對差值可放于4%～5%，面積差值可放于2%～3%，人工嵌線的定子或材料不穩定的定子，絕對差值可放于8%～10%，面積差值可放于3%～4%左右。有些型號的電機定子匝間波形圖受轉子影響，測試時，絕對差值和面積差值會超出設定范圍，兩極電機最明顯，當轉子轉個方向后，匝間波形有可能恢復正常，這種情況下，轉子應轉個方向多試幾次，不易盲目下結論。對于一般人工嵌線的定子繞組通常要求三相波形重合度絕對差值不超15%，面積差值不超 10%。有關線圈的各種故障在這一測試過程中都能不同程度的體現出來，便于對線圈存在故障的電機進行局部修理。

2.4 堵轉試驗和空載試驗的電量測量

堵轉試驗是電機在靜止狀態下，給電機突加一參數設定值附近的低電壓，通常為電機額定電壓的四分之一，電機將由靜止啟動并加速，測試系統在電機啟動前或在極低轉速下測量加在電機端的電壓，通過的線電流，有功功率及電源頻率，根據標準參數中規定的電壓值對所測數據進行線性修正，計算功率因數和電流不平衡度，根據標準參數自動判斷合格與否。堵轉試驗完成后，電機自動切換至空運轉狀態。電機在空轉狀態下連續運行至損耗穩定后，通過按二次啟動按鈕，將測量回路依次切換入正在空運轉的電機線路中，測取電機的電壓、電流、功率和頻率，根據標準參數中規定的電壓值對所測數據進行線性修正，計算功率因數和電流不平衡度，根據標準參數自動判斷合格與否。

圖3 匝間測試波形圖

堵轉試驗和空載試驗，電量部分均采用真有效值，電量測量原理按式（1）、（2）、（3）的關系進行變換，u、i為瞬時電壓、電流。為實現有效值變換，乘法、積分、均值都由硬件完成，開方由軟件完成。采樣后的信號進入乘法器，經雙積分A/D變換，得到的數字量再進行開方處理，即可得到信號有效值。堵轉電流和空載電流測試，利用實驗系統的自動修正功能，電壓無須精確調整，系統自動將實驗數值換算到標準電壓下的實驗數值，簡化了調壓器的調壓程序。

2.5 帶制動電機的制動器吸合電壓，釋放電壓和制動性能測試

測試完制動器線圈的直流電阻，絕緣電阻和對地工頻耐壓以后，把“自動/手動”開關選擇到手動位置，解除制動器測試的機械限制，啟動制動器測試按鈕，給制動器線圈加電的調壓器從零開始緩慢增加，注意觀察指針電流表表針的運動情況，當緩慢運動的表針出現向小電流方向波動時，表明制動器已吸合，立即停止調壓，此時數字電壓表讀數表示該制動器的吸合電壓，電流表讀數表示該制動器的吸合電流；如果調壓器電壓調到參數范圍的上限，看不到電流表指針的變化，說明制動器間隙太大，需要調整間隙。制動器吸合以后，再將調壓器緩慢降壓，看到電流表指針向大電流方向擺動時，表明制動器已釋放，此時的電壓為制動器的釋放電壓。制動器的吸合電壓和釋放電壓均在合格參數范圍以內時，可進行制動性能測試。首先制動器吸合，解除制動狀態，在低壓下啟動電機運轉，將電機所加電壓調到規定參數值，制動器斷電，看剎車制動效果，如果制動效果良好，說明制動力矩達到要求，如果制動出現打滑或剎不住車的現象，說明制動力矩小，制動性能不合格，需對制動器進行調整。

微機自動測試系統通過一次性合閘可完成所有試驗項目，使直流電阻測試由抽檢改為全面檢測。絕緣電阻，工頻耐壓的測試成為有據可查的可控項目。匝間試驗采用高壓脈沖波形比較法，既避免了原方法對電機造成的損害，又節約了電能，使整機質量的可控性大幅提高。堵轉試驗無須外力，利用瞬時采樣，從而降低實驗人員的勞動強度。

3 結論

出廠自動測試系統具有測試精度高，速度快，抗干擾能力強，操作方便，靈活可靠等優點。微機自動測試系統的使用，使電機整機的各項指標均可快速方便的測量，特別是絕緣電阻和匝間試驗，一些難以有效控制的項目，現在利用自動測試系統，通過指標的量化，能夠及時，準確的進行判定，使電機質量的可控性大大加強。