摘要：为了使工业生产能够准确、有效的进行，就需要按照规定的要求定期对电机进行检查维护和保养，这样就能及时检测出电动机的设备故障问题，有效地预防事故的发生。鉴于此，本文主要分析三相异步电机测试技术与方法。
关键词：三相异步电机；测试技术；方法
中图分类号：TM343 文献标识码：A
1、概述
在工业自动化领域中，大量自动化设备的运转都离不开电机，而交流异步电机作为所有电机中最常见的一种，凭借其简单的构造、低廉的价格与强大的过载能力，使其广泛应用于各个领域。在三相异步电机使用时，需要根据其负荷最大值进行选型，不过实际上，其负载值是根据三相异步电机处于空载或轻载时所决定的，因此，三相异步电机的功率因数减小会降低其工作效率，从而导致电能被大量浪费。
三相异步电机的基本结构由定子和转子两部分组成 。定子是静止的部分,它主要由机座、定子铁芯、定子绕组等部分组成；转子是电机的转动部分，由转轴及其铁芯、绕组部分组成。根据三相异步电机转子结构不同，又分为笼型转子和绕线转子两类。笼型转子绕组的形状就像一个关老鼠的笼子，由插入每个转子槽中的导条和两头的环形端环组成。绕线转子绕组与定子绕组相似，对称的三相绕组的三个首端分别与转轴上三个相互绝缘的铜制集电环相连，转子绕组通过电刷与外电路连接。
三相异步电动机在正常运行时，如果某一相线路的电源突然断开，电动机就处于缺相运转状态。此时电动机如果继续长时间运转，定子电流将会大幅上升，转速也会下降严重，乃至发生堵转，这时电机就会因电流过大发热而被烧毁。工程实践中，缺相运行是造成电动机烧毁的重要因素，因此对三相异步电机实施缺相保护是非常必要的。一般采用热继电器和自动空气断路器可以迅速切断电源，使电动机停止运转，从而达到缺相保护的目的。
2、三相异步电机工作原理与常见故障
如果在三相交流异步电机定子上的三组结构完全相同的空间位置互差电角度为 120°的三相绕组中通入三相交流电，将在定子与转子间隙中产生交变的合成磁场，合成磁场沿定子绕组内圆旋转，此为旋转磁场。旋转磁场切割转子绕组，在转子绕组中形成感生电动势，产生转子电流。旋转磁场对载流转子产生电磁力的作用，在电机转轴中产生电磁转矩，从而驱动电机运转。
三相异步电动机损毁的原因，大致有两大分类：一类是因为对电动机保养、维护不当或者不及时而产生的机械故障，另一类是因为电动机在运行的过程中由于缺相或短路运行导致烧坏及超负荷运转等造成的损坏。对于不同的损坏方式,分别有着不同的保护措施。
3、三相异步电机测试技术与方法
3.1、温升120K
将被试电机安装在对拖台上，负载驱动器设为力矩环，被试驱动器设为速度环。220VAC 供电共母线运行。被试电机与负载电机转动方向相反，测试被试电机在最高转速范围内各转速点下连续 120K 温升的转矩、电流、功率、绕组温度和环境温度。在测试时，每10min记录一次电机绕组温度的变化，同时调节负载大小，直到被试电机温升稳定在 120K 且保持 30min 无变化。根据测试结果，记录该时段内各点测量值，并绘制连续 120K 温升的T-N曲线。
在电源中性点不接地的供电系统（即三相四线制供电系统）中，接地保护指的是把接地装置同三相异步电动机及其相关设备当中不可以带电的部位一起连接，预防对人体造成伤害，如果不采取合理的保护措施，就可能引发触电事故。为了预防由于电动机绕组的绝缘保护破损而发生漏电现象而造成触电事故，就需要给电动机安装保护接零装置或装配，一般造成该现象的原因是在安装的过程中，链条和齿链之间的平行度不够，或者是链条的张紧度不够，就会导致在实际使用过程中，使链条的磨损量不断加大，当超过一定的磨损量之后就会造成链条断裂的情况。这就要求驾驶员要定期给收割机的链条进行检查，并且对磨损过大的链条进行及时更换，保障收割机能够正常的使用。
3.2、T-N试验
转矩转速测试是型式试验不可或缺的内容，其能从本质上评估转矩能否顺利启动和稳定运转。该试验目的是求取电机的转矩最大值、最小值以及其堵转转矩，试验曲线图是以转速为横轴、以转矩为纵轴，根据对应的曲线效果图求得几个转矩值。数据计算如下。
当被测试电机的电压范围是额定电压 0.9～1.1 倍时，可采用式（1）进行计算。
（1）.png)
式中，Tmax为最大转矩的试验值，N·m；UN为被测电机的额定电压；Ut为测试电压。
本次测试将被试电机安装在对拖台上，负载驱动器设为速度环，被试驱动器设为力矩环。负载电机拖动被试电机某方向运转于固定转速，被试电机的出力方向与转动方向相同（即保证被试电机处于电动机状态）。改变被试系统的驱动器输出电流，测试各电流下的转矩大小，并绘制T-I曲线。
试验结果表明，当电机的转速一定时，电流不断增大，其转矩也相应增大。
3.3、极限机械特性
根据电机的动力学方程，电机空载运行时，其满足以下条件：
（2）.png)
式中，Mm为被测电机的电磁转矩；M0为屈风摩转矩；J 为旋转部分的总转动惯量；ω 为电机的旋转角速度。
本次试验在电机极限电流37A，通过调节电机转速，发现在 2 000r/min 时，电机的输出转矩变化不大，当电机转速超过3 000r/min时，输出转矩将明显降低。
3.4、VS点测试
负载电机速度环控制：①完成对电机转速、效率、电流、功率因素、输入功率与输出功率的工作特性曲线拟合，得到其之间的关系；②通过效率和功率因素判断电机性能好坏；③获取电机运行性能的重要参数。
负载电机拖动被试电机某方向运转于较低转速（电机运行于 1 000r/min），被试系统的出力方向与转动方向相同（即保证被试电机处于电动机状态）。从小到大改变被试系统驱动器输出电流，在每个电流下，通过改变电流矢量偏角，比较不同偏角下电机输出扭矩，找到最大扭矩，记录此时的扭矩及偏角，直至电流达到适配驱动器的最大电流。
在每个电流下（通常选择较大电流进行测试），保持其最佳矢量偏角不变，逐渐抬高负载电机的设定转速，提升被试电机转速，直至被试系统的电流控制开始出现失控（体现为实际电流开始脱离稳定点，或电流超差开始出现），记录拐点的转速、转矩，计算其功率。
本次试验发现，在电流小于 6A 时，出现拐点。偏角度数、补偿角度数、最佳补偿角将不再为0，此时的最大转矩增大、转速逐渐减小。
过负荷保护也称过载保护。当电动机在过负荷的情况下运行或者经常起动停止时，会造成电机内电流持续过大，一旦超过电动机本身的额定电流，设备中的绝缘部分均会受到损伤。在这种情况下电流越大，电机的抗损性能就越小，严重时会使三相异步电动机损毁。为避免电机处于过负荷（即通常所说的小牛拉大车）运转状态，主要采用热继电器和断路器实现过负荷保护功能。在电动机实际运行中产生较大电流时,热继电器能够自动断开电源,使电机得到保护。
作者简介：魏礼鹏（1987--），男，汉族，江苏徐州人，工程师，硕士，主要从事煤矿供配电设备的嵌入式控制系统的研发工作。
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论文作者:魏礼鹏
论文发表刊物:《科学与技术》2020年1期
论文发表时间:2020/4/29
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