帶制動(dòng)三相異步電動(dòng)機(jī)出廠自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)解析

陳金剛，高春林，王 勇

（德州恒力電機(jī)有限責(zé)任公司，山東德州 253005；2 東部戰(zhàn)區(qū)海軍保障部直屬保障隊(duì)，上海 200136）

0 引言

三相異步電動(dòng)機(jī)出廠自動(dòng)試驗(yàn)系統(tǒng)是三相異步電動(dòng)機(jī)出廠檢測(cè)的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，可根據(jù)電源保護(hù)特性和測(cè)試項(xiàng)目特點(diǎn)，增加主電源控制保護(hù)和帶制動(dòng)電機(jī)制動(dòng)性能測(cè)試，自動(dòng)試驗(yàn)系統(tǒng)可自動(dòng)測(cè)試電機(jī)和制動(dòng)器的直流電阻、絕緣電阻、工頻耐壓時(shí)的泄露電流；電機(jī)的匝間絕緣性能，堵轉(zhuǎn)和空載電流及損耗；并可手動(dòng)測(cè)試制動(dòng)器的制動(dòng)間隙和制動(dòng)效果。自動(dòng)保存型號(hào)庫(kù)與測(cè)試完成后的測(cè)試數(shù)據(jù)庫(kù)，并根據(jù)相應(yīng)的數(shù)據(jù)管理界面，通過(guò)多種方式對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢索和查尋。

1 基本原理簡(jiǎn)介

自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)采用PLC工業(yè)控制計(jì)算機(jī)集中控制，測(cè)量部分采用分布式多計(jì)算機(jī)處理方式，檢驗(yàn)電路為模塊化組合，系統(tǒng)軟件及操作界面全中文顯示。各電量測(cè)量是由單片機(jī)組成的電參數(shù)測(cè)試儀、電阻測(cè)試儀和匝間測(cè)試儀等處理設(shè)備完成，工控機(jī)作為自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的核心控制設(shè)備，統(tǒng)籌管理各項(xiàng)目的測(cè)試結(jié)果。微機(jī)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)模塊配置方框圖如圖1所示。

圖1 工控機(jī)測(cè)試系統(tǒng)框圖

2 測(cè)試項(xiàng)目及其原理量值

2.1 直流電阻測(cè)試原理

電阻測(cè)試采用電流，電壓比較法進(jìn)行，即由標(biāo)準(zhǔn)電阻RF和被測(cè)電阻RX組成串聯(lián)回路，在回路中加恒定電流I，同時(shí)測(cè)取其電壓VRF和VRX，如圖2所示。通過(guò)這兩個(gè)電壓比值求出被測(cè)電阻：RX＝RF×VRX/VRF。為了提高整機(jī)的測(cè)量精度，消除機(jī)內(nèi)各部件的接觸電阻及引線電阻，自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)采用四端測(cè)量技術(shù)，提高測(cè)試的準(zhǔn)確性。測(cè)取電阻的量值根據(jù)電機(jī)型號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，電阻不平衡度控制在3%以內(nèi)。

圖2 電阻測(cè)試原理圖

2.2 絕緣電阻及工頻耐壓測(cè)試

絕緣電阻是在電機(jī)繞組和外殼之間加500 V直流電壓，檢測(cè)電機(jī)繞組的絕緣電阻。測(cè)試電機(jī)絕緣電阻前，需要在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下測(cè)量設(shè)備本身及測(cè)試線路的絕緣電阻，測(cè)試的數(shù)據(jù)可在“本底絕緣”中顯示，測(cè)量時(shí)應(yīng)將測(cè)試線路與電機(jī)斷開(kāi)并懸空，保證測(cè)試線路間互不接觸。在自動(dòng)狀態(tài)下測(cè)量的是去除本機(jī)絕緣后的絕緣電阻，當(dāng)所測(cè)絕緣電阻值大于500 M時(shí)顯示500 M，并根據(jù)設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)下限值自動(dòng)判斷合格與否。工頻耐壓是在電機(jī)繞組和外殼之間加 0～3000 V交流工頻電壓，在技術(shù)條件要求的電壓下，檢測(cè)電機(jī)的泄漏電流并利用過(guò)流繼電器進(jìn)行保護(hù)，檢測(cè)時(shí)間由測(cè)試參數(shù)程序根據(jù)技術(shù)條件進(jìn)行設(shè)定，根據(jù)過(guò)流繼電器的動(dòng)作與否來(lái)判斷電機(jī)是否擊穿。如果電機(jī)擊穿則繼電器吸合，狀態(tài)欄中的“系統(tǒng)提示” 會(huì)提示電機(jī)擊穿。

2.3 沖擊匝間絕緣強(qiáng)度試驗(yàn)

匝間絕緣試驗(yàn)采用高速A/D測(cè)試系統(tǒng)，利用高壓脈沖波形比較法，將匝間波形數(shù)字化處理，通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)波形的幾個(gè)參量進(jìn)行計(jì)算處理，得出波形的量化指標(biāo)：1）衰減率；2）頻率；3）積分面積。如圖3所示。將電機(jī)的三相繞組的波形自動(dòng)存入計(jì)算機(jī)中與其比較，通過(guò)計(jì)算絕對(duì)差值和面積差值，自動(dòng)比較判斷。對(duì)于整機(jī)測(cè)試，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)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(shí)間0.5 μs。從日常檢測(cè)可知，影響絕對(duì)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(duì)差值，面積差值增大。由于制造工藝，材料等影響使絕對(duì)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(cè)試系統(tǒng)受溫度、電源變化等影響，出現(xiàn)的重復(fù)精度誤差絕對(duì)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?qū)娱g短路，將引起絕對(duì)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(duì)面積差值、絕對(duì)差值的影響分開(kāi)，這是確定絕對(duì)差值和面積差值大小的關(guān)鍵。絕對(duì)差值和面積差值的設(shè)定沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，一般根據(jù)電機(jī)類型和生產(chǎn)工藝來(lái)確定。機(jī)器繞線和嵌線的定子，絕對(duì)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(wěn)定的定子，絕對(duì)差值可放于8%～10%，面積差值可放于3%～4%左右。有些型號(hào)的電機(jī)定子匝間波形圖受轉(zhuǎn)子影響，測(cè)試時(shí)，絕對(duì)差值和面積差值會(huì)超出設(shè)定范圍，兩極電機(jī)最明顯，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)個(gè)方向后，匝間波形有可能恢復(fù)正常，這種情況下，轉(zhuǎn)子應(yīng)轉(zhuǎn)個(gè)方向多試幾次，不易盲目下結(jié)論。對(duì)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(duì)差值不超15%，面積差值不超 10%。有關(guān)線圈的各種故障在這一測(cè)試過(guò)程中都能不同程度的體現(xiàn)出來(lái)，便于對(duì)線圈存在故障的電機(jī)進(jìn)行局部修理。

2.4 堵轉(zhuǎn)試驗(yàn)和空載試驗(yàn)的電量測(cè)量

堵轉(zhuǎn)試驗(yàn)是電機(jī)在靜止?fàn)顟B(tài)下，給電機(jī)突加一參數(shù)設(shè)定值附近的低電壓，通常為電機(jī)額定電壓的四分之一，電機(jī)將由靜止啟動(dòng)并加速，測(cè)試系統(tǒng)在電機(jī)啟動(dòng)前或在極低轉(zhuǎn)速下測(cè)量加在電機(jī)端的電壓，通過(guò)的線電流，有功功率及電源頻率，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)中規(guī)定的電壓值對(duì)所測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行線性修正，計(jì)算功率因數(shù)和電流不平衡度，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)自動(dòng)判斷合格與否。堵轉(zhuǎn)試驗(yàn)完成后，電機(jī)自動(dòng)切換至空運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。電機(jī)在空轉(zhuǎn)狀態(tài)下連續(xù)運(yùn)行至損耗穩(wěn)定后，通過(guò)按二次啟動(dòng)按鈕，將測(cè)量回路依次切換入正在空運(yùn)轉(zhuǎn)的電機(jī)線路中，測(cè)取電機(jī)的電壓、電流、功率和頻率，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)中規(guī)定的電壓值對(duì)所測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行線性修正，計(jì)算功率因數(shù)和電流不平衡度，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)自動(dòng)判斷合格與否。

圖3 匝間測(cè)試波形圖

堵轉(zhuǎn)試驗(yàn)和空載試驗(yàn)，電量部分均采用真有效值，電量測(cè)量原理按式（1）、（2）、（3）的關(guān)系進(jìn)行變換，u、i為瞬時(shí)電壓、電流。為實(shí)現(xiàn)有效值變換，乘法、積分、均值都由硬件完成，開(kāi)方由軟件完成。采樣后的信號(hào)進(jìn)入乘法器，經(jīng)雙積分A/D變換，得到的數(shù)字量再進(jìn)行開(kāi)方處理，即可得到信號(hào)有效值。堵轉(zhuǎn)電流和空載電流測(cè)試，利用實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的自動(dòng)修正功能，電壓無(wú)須精確調(diào)整，系統(tǒng)自動(dòng)將實(shí)驗(yàn)數(shù)值換算到標(biāo)準(zhǔn)電壓下的實(shí)驗(yàn)數(shù)值，簡(jiǎn)化了調(diào)壓器的調(diào)壓程序。

2.5 帶制動(dòng)電機(jī)的制動(dòng)器吸合電壓，釋放電壓和制動(dòng)性能測(cè)試

測(cè)試完制動(dòng)器線圈的直流電阻，絕緣電阻和對(duì)地工頻耐壓以后，把“自動(dòng)/手動(dòng)”開(kāi)關(guān)選擇到手動(dòng)位置，解除制動(dòng)器測(cè)試的機(jī)械限制，啟動(dòng)制動(dòng)器測(cè)試按鈕，給制動(dòng)器線圈加電的調(diào)壓器從零開(kāi)始緩慢增加，注意觀察指針電流表表針的運(yùn)動(dòng)情況，當(dāng)緩慢運(yùn)動(dòng)的表針出現(xiàn)向小電流方向波動(dòng)時(shí)，表明制動(dòng)器已吸合，立即停止調(diào)壓，此時(shí)數(shù)字電壓表讀數(shù)表示該制動(dòng)器的吸合電壓，電流表讀數(shù)表示該制動(dòng)器的吸合電流；如果調(diào)壓器電壓調(diào)到參數(shù)范圍的上限，看不到電流表指針的變化，說(shuō)明制動(dòng)器間隙太大，需要調(diào)整間隙。制動(dòng)器吸合以后，再將調(diào)壓器緩慢降壓，看到電流表指針向大電流方向擺動(dòng)時(shí)，表明制動(dòng)器已釋放，此時(shí)的電壓為制動(dòng)器的釋放電壓。制動(dòng)器的吸合電壓和釋放電壓均在合格參數(shù)范圍以內(nèi)時(shí)，可進(jìn)行制動(dòng)性能測(cè)試。首先制動(dòng)器吸合，解除制動(dòng)狀態(tài)，在低壓下啟動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，將電機(jī)所加電壓調(diào)到規(guī)定參數(shù)值，制動(dòng)器斷電，看剎車制動(dòng)效果，如果制動(dòng)效果良好，說(shuō)明制動(dòng)力矩達(dá)到要求，如果制動(dòng)出現(xiàn)打滑或剎不住車的現(xiàn)象，說(shuō)明制動(dòng)力矩小，制動(dòng)性能不合格，需對(duì)制動(dòng)器進(jìn)行調(diào)整。

微機(jī)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)通過(guò)一次性合閘可完成所有試驗(yàn)項(xiàng)目，使直流電阻測(cè)試由抽檢改為全面檢測(cè)。絕緣電阻，工頻耐壓的測(cè)試成為有據(jù)可查的可控項(xiàng)目。匝間試驗(yàn)采用高壓脈沖波形比較法，既避免了原方法對(duì)電機(jī)造成的損害，又節(jié)約了電能，使整機(jī)質(zhì)量的可控性大幅提高。堵轉(zhuǎn)試驗(yàn)無(wú)須外力，利用瞬時(shí)采樣，從而降低實(shí)驗(yàn)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

3 結(jié)論

出廠自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)具有測(cè)試精度高，速度快，抗干擾能力強(qiáng)，操作方便，靈活可靠等優(yōu)點(diǎn)。微機(jī)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的使用，使電機(jī)整機(jī)的各項(xiàng)指標(biāo)均可快速方便的測(cè)量，特別是絕緣電阻和匝間試驗(yàn)，一些難以有效控制的項(xiàng)目，現(xiàn)在利用自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，通過(guò)指標(biāo)的量化，能夠及時(shí)，準(zhǔn)確的進(jìn)行判定，使電機(jī)質(zhì)量的可控性大大加強(qiáng)。