三相永磁同步電動(dòng)機(jī)檢測(cè)技術(shù)研究

唐晗翔 文弋 曾立英 蘇邦偉

摘要：三相永磁同步電機(jī)與傳統(tǒng)三相異步電機(jī)相比較，具有效率高、功率因數(shù)高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)強(qiáng)等特點(diǎn)，已經(jīng)應(yīng)用于各行各業(yè)中，發(fā)揮巨大的經(jīng)濟(jì)效益。而對(duì)三相永磁同步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行準(zhǔn)確、有效檢測(cè)成為保證永磁電機(jī)發(fā)揮效能的關(guān)鍵，本文立足于從永磁電機(jī)檢測(cè)環(huán)境、檢測(cè)設(shè)備、檢測(cè)步驟、檢測(cè)方法等方面進(jìn)行研究分析，為更快、更有效檢測(cè)三相永磁同步電動(dòng)機(jī)提供一定的理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：永磁同步電機(jī);檢測(cè);技術(shù)

0? 引言

為保證三相永磁同步電機(jī)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，需要對(duì)三相永磁同步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行全方面的檢測(cè)，包括實(shí)驗(yàn)設(shè)備的選擇、實(shí)驗(yàn)前的檢查、冷態(tài)下繞組直流電阻測(cè)定、絕緣電阻測(cè)量、效率測(cè)定、溫升試驗(yàn)、噪聲與振動(dòng)測(cè)定等，可以說(shuō)，每一個(gè)檢測(cè)參數(shù)都對(duì)三相永磁同步電動(dòng)機(jī)的性能好壞都有決定性的影響。

1? 測(cè)量場(chǎng)所、測(cè)量設(shè)備選用要求

1.1 測(cè)量場(chǎng)所

電壓波形：試驗(yàn)電源諧波電壓因素要小于等于0.02，在進(jìn)行熱試驗(yàn)時(shí)應(yīng)不超過(guò)0.015;電壓對(duì)稱性：三相電壓系統(tǒng)負(fù)序分量和零序分量不超過(guò)正序分量的1%，熱試驗(yàn)時(shí)電壓系統(tǒng)負(fù)序分量不超過(guò)正序分量的0.5%;頻率偏差：電源頻率應(yīng)在規(guī)定頻率的±0.3%范圍內(nèi)。

1.2 測(cè)量設(shè)備

影響儀器測(cè)量準(zhǔn)確度的因數(shù)有：①信號(hào)源負(fù)載;②引接線校正;③儀器的量程、使用條件和校準(zhǔn)，因此，盡量按實(shí)際讀數(shù)的需要，選擇低量程儀表。對(duì)于電量測(cè)量?jī)x器，準(zhǔn)確度不應(yīng)低于0.5級(jí)，用B法測(cè)量效率時(shí)，儀器的準(zhǔn)確度不應(yīng)低于0.2級(jí)，同時(shí)要采取措施防止干擾;采用B法測(cè)電機(jī)效率時(shí)，轉(zhuǎn)矩測(cè)量?jī)x的準(zhǔn)確度不應(yīng)低于0.2級(jí);轉(zhuǎn)速表的測(cè)量誤差應(yīng)在±1r/min以內(nèi)，頻率表的準(zhǔn)確度不應(yīng)低于0.1級(jí);直流電阻儀的準(zhǔn)確度不應(yīng)低于0.2級(jí)，溫度測(cè)量?jī)x的最大允許誤差±1℃。

2? 絕緣電阻、冷態(tài)下繞組直流電阻測(cè)定

2.1 絕緣電阻測(cè)量

測(cè)量電動(dòng)機(jī)絕緣電阻時(shí)，應(yīng)按電機(jī)的額定電壓選用兆歐表，應(yīng)分別在電機(jī)冷態(tài)和熱態(tài)下分別測(cè)量絕緣電阻。測(cè)量時(shí)，如果各相繞組的的始末端均引出機(jī)殼外，則分別測(cè)量每相繞組對(duì)機(jī)殼及其相互間的絕緣電阻，如三相繞組已經(jīng)在電動(dòng)機(jī)內(nèi)部連接僅引出3個(gè)出現(xiàn)端時(shí)，則測(cè)量所有繞組對(duì)機(jī)殼的絕緣電阻，測(cè)完后繞組對(duì)地放電。

2.2 冷態(tài)下繞組直流電阻測(cè)定

首先電機(jī)應(yīng)在室內(nèi)放置一段時(shí)間，然后用溫度計(jì)測(cè)量繞組溫度，測(cè)得繞組溫度與冷卻介質(zhì)溫度之差在2K以內(nèi)。然后用雙臂電橋或單臂電橋測(cè)量電阻，電阻很小時(shí)，必須采用能消除測(cè)量導(dǎo)線和接觸電阻影響的儀器測(cè)量。測(cè)量時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子靜止不動(dòng)，定子端電阻應(yīng)在電機(jī)的出線端上測(cè)量，每一電阻測(cè)量3次，每次的讀數(shù)與3次平均值之差應(yīng)在平均值的±0.5%范圍內(nèi)，取其算術(shù)平均值作為電阻值。

3? 熱試驗(yàn)測(cè)定

①熱試驗(yàn)前，對(duì)永磁同步電動(dòng)機(jī)的皮帶、皮帶輪及其他機(jī)械產(chǎn)生的氣流應(yīng)予阻擋和防護(hù)，因?yàn)槲岬臍饬髯阋允篃嵩囼?yàn)的結(jié)果產(chǎn)生很大的偏差。

②溫度測(cè)量有三種方法：溫度計(jì)法、電阻法、埋置檢溫計(jì)法。三種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，其中繞組測(cè)溫以電阻法最為常見(jiàn);溫度測(cè)量的部位主要有定子線圈、定子鐵心、環(huán)境溫度、基座溫度、軸承、冷卻介質(zhì)。

③熱試驗(yàn)方法宜采用直接負(fù)載法，在發(fā)熱的初始階段，為了縮短試驗(yàn)時(shí)間，電機(jī)在預(yù)熱階段可以適當(dāng)過(guò)載（20-50%），熱試驗(yàn)應(yīng)在額定頻率、額定電壓、額定功率下進(jìn)行，試驗(yàn)時(shí)被試電機(jī)保持額定負(fù)載，每隔30min記錄被試電機(jī)電壓U、電流I1、輸入功率P1、頻率f、轉(zhuǎn)速n、轉(zhuǎn)矩Td、繞組溫度θn及定子鐵心、軸承和周圍冷卻介質(zhì)的溫度θa，進(jìn)行直到相隔30min內(nèi)溫度變化在1K以內(nèi)，熱試驗(yàn)才停止。

④溫升計(jì)算：當(dāng)電機(jī)用周圍空氣冷卻時(shí)，溫升就是被試電機(jī)繞組的溫度減去環(huán)境溫度，如電機(jī)是用遠(yuǎn)處或冷卻器的空氣通風(fēng)冷卻，溫升就是被試電機(jī)繞組溫度減去進(jìn)入電機(jī)空氣的溫度。

4? 負(fù)載試驗(yàn)

①為了確定電機(jī)的效率、功率因數(shù)、轉(zhuǎn)速和電流必須進(jìn)行負(fù)載試驗(yàn)，負(fù)載試驗(yàn)時(shí)，負(fù)載機(jī)械與電機(jī)軸線對(duì)中并保證安全，讀數(shù)順序是先讀最大負(fù)載的讀數(shù)，然后讀取低負(fù)載的讀數(shù)。

②負(fù)載試驗(yàn)應(yīng)在額定電壓、額定頻率下進(jìn)行，定子繞組溫度與額定熱負(fù)載試驗(yàn)測(cè)得溫度之差不應(yīng)超過(guò)5℃，要用測(cè)功機(jī)或者陪試機(jī)給電動(dòng)機(jī)加負(fù)載，取六個(gè)負(fù)載點(diǎn)加載，四個(gè)負(fù)載點(diǎn)大致均勻分布在不小于25-100%額定負(fù)載之間，在100-150%額定負(fù)載之間取2個(gè)負(fù)載點(diǎn)。電機(jī)加負(fù)載的過(guò)程從最大負(fù)載開始，逐步按順序降低到最小負(fù)載，試驗(yàn)宜盡可能快進(jìn)行，以減少試驗(yàn)過(guò)程之中電機(jī)溫度變化。

③以下是三相永磁同步電動(dòng)機(jī)型號(hào)為TYCKS500-6，額定電壓：10000V，額定功率：560kW，額定電流：34.26A額定頻率：50Hz的負(fù)載特性試驗(yàn)記錄以供參考。（表1）

5? 空載試驗(yàn)

①空載試驗(yàn)應(yīng)在負(fù)載試驗(yàn)后進(jìn)行，讀取記錄數(shù)據(jù)之前輸入功率應(yīng)穩(wěn)定，輸入功率相隔30min的兩個(gè)讀數(shù)之差應(yīng)不大于前一個(gè)讀數(shù)的3%。

②被試電動(dòng)機(jī)電壓變化范圍從125%的額定電壓開始逐步降低，包括100%額定電壓點(diǎn)，隨著電壓降低，電流逐漸減小，當(dāng)電流出現(xiàn)拐點(diǎn)后，應(yīng)繼續(xù)降低電壓，直至電流回升到超過(guò)100%額定電壓時(shí)電流值出現(xiàn)。取10-12個(gè)電壓點(diǎn)，均勻分布。并每個(gè)電壓點(diǎn)測(cè)取I0、P0、U0、θ0、R0。

③鐵耗和風(fēng)摩耗的確定：空載輸入功率P0是電動(dòng)機(jī)空載運(yùn)行的總損耗，由P0減去試驗(yàn)溫度下定子I2R損耗，得到鐵耗和風(fēng)磨耗之和P0′，即P0′=P0-I2R。

6? 效率和各項(xiàng)損耗的確定

①效率試驗(yàn)的確定方法有多種，只要符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或協(xié)議即可，推薦采用B法。

②效率常用同一單位表示的輸出功率和輸入功率之比的百分?jǐn)?shù)表示，輸入功率P1、輸出功率P2、總損耗∑P，效率η=1-∑P/P1，總損耗∑P包含定子繞組在規(guī)定溫度下的Pcu1S、鐵耗Pfe、風(fēng)摩耗Pfw、負(fù)載雜散損耗Ps。

7? 結(jié)論

隨著電機(jī)技術(shù)的提升，三相永磁同步電動(dòng)機(jī)發(fā)展呈現(xiàn)大功率、高效率、專用化特點(diǎn)，對(duì)三相永磁同步電機(jī)的檢測(cè)也提出了更高的要求，檢測(cè)設(shè)備的范圍要廣、精度要高，檢測(cè)方法和檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)也要及時(shí)跟進(jìn)符合發(fā)展要求，檢測(cè)人員的素質(zhì)也要提升，只要這樣才能提升永磁同步電機(jī)檢測(cè)技術(shù)能力，更好的為永磁電機(jī)事業(yè)發(fā)展提供優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]蘭棟.低速永磁同步電動(dòng)機(jī)應(yīng)用現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢(shì)分析[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2018（14）：151-152.

[2]李躍進(jìn).永磁同步電動(dòng)機(jī)在電梯中的應(yīng)用[J].科技向?qū)В?016（15）：271-272.

[3]GBT 22669-2008，三相永磁同步電動(dòng)機(jī)試驗(yàn)方法[S].