籠型三相異步電動(dòng)機(jī)空載電流合格判定解析

陳金剛，鞏方彬，李國(guó)治

應(yīng)用研究

籠型三相異步電動(dòng)機(jī)空載電流合格判定解析

陳金剛，鞏方彬，李國(guó)治

（德州恒力電機(jī)有限責(zé)任公司，山東德州 253000）

本文主要講述籠型三相異步電動(dòng)機(jī)空載電流的一般規(guī)律和基本特性，對(duì)引起空載電流不合格的原因進(jìn)行分析。同時(shí)對(duì)空載電流占額定電流的百分?jǐn)?shù)，不同額定電壓下額定電流和額定功率之間的關(guān)系進(jìn)行闡述，進(jìn)而闡明電機(jī)空載電流合格與否的判定依據(jù)。

籠型三相異步電動(dòng)機(jī) 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(dòng)機(jī)的空載電流是反映電機(jī)效率和功率因數(shù)的重要參數(shù)，是考核電機(jī)電氣性能的重要參考值，直接體現(xiàn)電機(jī)的核心部件—定轉(zhuǎn)子的制造質(zhì)量和設(shè)計(jì)工藝水平，是用戶使用電機(jī)前，對(duì)電機(jī)性能進(jìn)行考核最直觀的測(cè)試項(xiàng)目。同功率不同系列和用途電機(jī)的空載電流差別很大，同系列相同用途的不同設(shè)計(jì)的電機(jī)空載電流也存在較大差異，因此，電機(jī)的空載電流沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，但各電機(jī)制造廠根據(jù)自己的設(shè)計(jì)和工藝保證程度，一般都設(shè)有內(nèi)部控制的標(biāo)準(zhǔn)，以保證電機(jī)使用運(yùn)轉(zhuǎn)性能和各工藝參數(shù)在合理的范圍以內(nèi)。

1 空載電流的基本規(guī)律

電機(jī)空載電流的大小與電機(jī)的容量，結(jié)構(gòu)形式，鐵芯質(zhì)量，極數(shù)以及電機(jī)的生產(chǎn)加工工藝和裝配質(zhì)量有關(guān)。電機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)設(shè)計(jì)參量計(jì)算出空載電流和功率損耗的理論值，在電機(jī)出廠例行檢查進(jìn)行空載試驗(yàn)時(shí)與之比較，確定電機(jī)空載電流是否在正常的工藝波動(dòng)范圍內(nèi)。超出工藝范圍引起的空載電流故障表現(xiàn)形式主要有：電流過(guò)大，過(guò)小和不平衡。

在一般正常同型號(hào)，同功率情況下，電機(jī)的額定電壓越高，額定電流越小，相應(yīng)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(yīng)額定電壓下的空載電流也越大。連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的小型籠型三相異步電動(dòng)機(jī)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(jù)籠型三相異步電動(dòng)機(jī)的空載試驗(yàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，歸納出空載電流數(shù)值的近似表達(dá)式：

式中I0為電機(jī)的空載電流，IN為電機(jī)的額定電流，單位A；PN為電機(jī)的額定功率，單位kW；1.3~1.34為取值系數(shù)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)極數(shù)越多，容量越小時(shí)，系數(shù)取值越接近1.30，極數(shù)越少，容量越大時(shí)，系數(shù)取值越接近1.34。考慮到各種因素影響，測(cè)試數(shù)值范圍可在此數(shù)值基礎(chǔ)上，上下浮動(dòng)一定范圍，通常情況下可上浮10%，下浮5%。表1是根據(jù)上式總結(jié)計(jì)算的不同極數(shù)和功率電機(jī)的空載電流占額定電流的百分?jǐn)?shù)。

表1 不同極數(shù)和功率三相異步電動(dòng)機(jī)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(shí)，易造成電機(jī)雜散損耗增大，定轉(zhuǎn)子之間通風(fēng)條件差，溫升高；電機(jī)的各種轉(zhuǎn)矩，特別是起動(dòng)轉(zhuǎn)矩降低，負(fù)載啟動(dòng)困難，使用運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中增加定、轉(zhuǎn)子相擦（掃膛）的可能性，電機(jī)的可靠性降低。超出上述范圍I0偏大時(shí)，易造成電機(jī)功率因數(shù)下降，起動(dòng)電流增大，額定負(fù)載下的運(yùn)行電流超出額定電流，容易造成電機(jī)的溫升超標(biāo)，效率下降。

2 空載電流常見故障表現(xiàn)

2.1 空載電流大

造成空載電流大的原因：1）定子繞組匝數(shù)少于正常值。2）定、轉(zhuǎn)子之間的氣隙較大。3）鐵芯硅鋼片質(zhì)量較差（出廠時(shí)為不合格品或用火燒法拆繞組時(shí)將鐵芯燒壞）。4）鐵芯長(zhǎng)度不足或疊壓不實(shí)造成有效長(zhǎng)度不足。5）因疊壓時(shí)壓力過(guò)大，將鐵芯硅鋼片的絕緣層壓破或原絕緣層的絕緣性能達(dá)不到要求。6）繞組接線有錯(cuò)誤。如應(yīng)三相星接接成角接（空載電流是正常值的3倍以上）、并聯(lián)支路數(shù)多于設(shè)計(jì)值（例如應(yīng)1路串聯(lián)實(shí)為2路并聯(lián)，或2路并聯(lián)實(shí)為4路并聯(lián)，此時(shí)電流將成倍數(shù)地增長(zhǎng)）。7）額定頻率為60 Hz的電機(jī)通入了50 Hz的交流電（所加電壓仍為60 Hz的額定數(shù)）。此時(shí)空載電流理論上將是正常值的1.2倍，但由于電機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)一般將額定電壓時(shí)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(shí)際上要大于1.2倍，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表明，最高可達(dá)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(shí)，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(yuǎn)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(lián)匝數(shù)增多造成，如電機(jī)繞組的并聯(lián)路數(shù)減少，應(yīng)△接的繞組結(jié)成Y，會(huì)使電機(jī)的空載電流呈倍數(shù)關(guān)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(cuò)當(dāng)成電壓低的定子使用，此時(shí)，堵轉(zhuǎn)電流相應(yīng)也降低，比較明顯，更換定子即可解決；另一種為轉(zhuǎn)子外徑大，這種情況下，將造成定轉(zhuǎn)子間的氣隙減小，電機(jī)易造成定、轉(zhuǎn)子相擦，一般通過(guò)車轉(zhuǎn)子解決。此時(shí)，堵轉(zhuǎn)電流變化不明顯，空載電流減小較多，例如：YE2-160M-4電機(jī)轉(zhuǎn)子外徑增加0.5 mm，電機(jī)堵轉(zhuǎn)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(dāng)三相電源對(duì)稱時(shí)，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)的異步電動(dòng)機(jī)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(yùn)行時(shí)有嗡嗡聲，則表明該電動(dòng)機(jī)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(duì)稱；2）氣隙嚴(yán)重不均勻或磁路不對(duì)稱。如果三相繞組電阻平衡，或三相堵轉(zhuǎn)（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(duì)稱。新出廠電機(jī)空載電流的平衡度一般控制在5%以內(nèi)，超出5%，即可認(rèn)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(cuò)槽造成，也有可能是三相繞組各槽匝數(shù)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(jī)空載損耗大且空載電流不平衡，表明繞組各并聯(lián)支路的匝數(shù)不相等，或者是少數(shù)線圈有局部短路現(xiàn)象。

3 籠型三相異步電動(dòng)機(jī)電流與電壓和功 率的關(guān)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(shí)，負(fù)載狀態(tài)下，電磁力矩降低，轉(zhuǎn)差率增大，轉(zhuǎn)子和定子電流都增大；空載狀態(tài)下，轉(zhuǎn)差率基本不變，空載電流減小。電壓偏高時(shí)，負(fù)載狀態(tài)下，電磁力矩增大，轉(zhuǎn)差減小，負(fù)載電流減小；空載狀態(tài)下，電流隨電壓的升高而增大。以YE2-90S-6，400V/50 HZ電機(jī)為例，電機(jī)的額定電流是2.0 A。表2是YE2-90S-6電機(jī)在不同空載電壓下的空載電流測(cè)試數(shù)值，如果空載電壓超出額定電壓的5%，空載電流達(dá)到1.68 A，空載電壓超出額定電壓的10%，空載電流達(dá)到1.88 A，接近額定電流，有時(shí)在用戶處會(huì)被錯(cuò)誤的判斷為電流偏大，這種情況下，由于空載時(shí)電壓偏高，空載電流偏大屬正常現(xiàn)象。額定負(fù)載下，電流不會(huì)超出額定電流，如果負(fù)載下超電流，應(yīng)考慮負(fù)載匹配問題。

表2 YE2-90S-6電機(jī)在不同空載電壓下的空載電流測(cè)試數(shù)值

對(duì)于籠型中小型三相異步電動(dòng)機(jī)，每千瓦功率對(duì)應(yīng)的額定電流與額定電壓的數(shù)值一般遵循以下規(guī)律：三相二百二電機(jī)，千瓦三點(diǎn)五安培。 常用三百八電機(jī)，一個(gè)千瓦兩安培。低壓六百六電機(jī)，千瓦一點(diǎn)二安培。高壓三千伏電機(jī)，四個(gè)千瓦一安培。高壓六千伏電機(jī)，八個(gè)千瓦一安培。

4 結(jié)論

籠型三相異步電動(dòng)機(jī)的空載電流在一定程度上反應(yīng)電機(jī)的溫升，效率，功率因數(shù)，起動(dòng)能力等主要性能指標(biāo)，其合格與否直接影響電機(jī)的各項(xiàng)性能。維修實(shí)驗(yàn)人員應(yīng)掌握其限值規(guī)律，保證合格電機(jī)出廠，對(duì)存在問題的電機(jī)做出判定，利于維修，從而保證電動(dòng)機(jī)的性能指標(biāo)符合產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)要求。

[1] 陳金剛, 三相異步電動(dòng)機(jī)的空載和堵轉(zhuǎn)電流[J].電機(jī)技術(shù), 2016, (5): 35-37.

[2] 王強(qiáng), 陳金剛, 三相異步電動(dòng)機(jī)檢測(cè)試驗(yàn)分析[J]. 防爆電機(jī), 2013, (4): 36-39.

[3] 黃莉明, 陳金剛, 籠型三相異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)性能參數(shù)解析[J]. 防爆電機(jī), 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(jí)工程師。研究方向：低壓電器設(shè)備的設(shè)計(jì)，選型，檢測(cè)和故障分析。Email：cjg2516@163.com