電動(dòng)機(jī)定子鐵損試驗(yàn)

1、電動(dòng)機(jī)定子鐵損實(shí)驗(yàn)的探討摘要：鐵損是電動(dòng)機(jī)能量損失之一，不僅影響電動(dòng)機(jī)效率、功率因數(shù)，而且可能因鐵芯內(nèi)部硅鋼片短路產(chǎn)生妨礙電動(dòng)機(jī)安全運(yùn)轉(zhuǎn)的局部過(guò)熱點(diǎn)，加速鐵芯絕緣和定子線圈絕緣的老化，嚴(yán)重時(shí)可能造成鐵芯燒損及線圈擊穿事故。所以，在檢修電動(dòng)機(jī)時(shí)，尤其是出現(xiàn)掃膛狀況時(shí)，為檢查鐵芯受損情況，需進(jìn)行定子鐵損試驗(yàn)。對(duì)于大型電動(dòng)機(jī)，這是檢查中必不可少的試驗(yàn)項(xiàng)目。關(guān)鍵字：絕緣，掃膛，鐵損試驗(yàn)Abstract:Iron loss is one of the motor energy loss, not only affect the motor efficiency, power factor, but al

2、so may impede the safe operation of local hot spots generated by the motor iron core internal short circuit of silicon steel slice, accelerate the insulation core and stator coil insulation aging, may cause the iron core loss and winding breakdown accident severity. In the maintenance of the motor,

3、especially the sweep chamber condition, in order to check the damage situation of iron core, stator iron loss test. For large motor, it is essential to test the project inspection.Key words:insulation, sweep, chamber, iron loss test71. 概述本文所論述的電動(dòng)機(jī)定子鐵芯鐵損試驗(yàn)就是其中之一。電動(dòng)機(jī)定子鐵損試驗(yàn)是檢驗(yàn)電動(dòng)機(jī)定子鐵芯質(zhì)量的重要方法，也是檢驗(yàn)鐵芯自身絕緣性

4、能的重要工序。鐵芯表面和片間絕緣比較薄弱。在檢修過(guò)程中尤其是進(jìn)入定子膛內(nèi)檢修一定要小心仔細(xì)，防止工具及一些硬物與鐵芯直接接觸。在達(dá)到試驗(yàn)周期和必要時(shí)一定要進(jìn)行鐵損試驗(yàn)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)，測(cè)量繞組得到的感生電壓與激磁電流的有功功率損耗及溫度，計(jì)算出單位重量鐵芯損耗與溫升，比較判別鐵芯是否損壞，從而判斷電動(dòng)機(jī)故障。2. 試驗(yàn)原理及方法定子鐵損試驗(yàn)是利用專用的勵(lì)磁線圈纏繞在鐵芯上，繞組中通入一定的工頻電流,使之在鐵芯內(nèi)部產(chǎn)生接近飽和狀態(tài)的交變磁通，鐵芯在交變磁通中產(chǎn)生渦流和磁滯損耗,使鐵芯發(fā)熱,溫度很快升高。同時(shí)，使那些鐵芯中片間絕緣受損或者劣化部分產(chǎn)生較大的局部渦流，溫度急劇上升，從而找出過(guò)熱點(diǎn)；同時(shí)利用

5、功率表測(cè)出勵(lì)磁損耗功率，和計(jì)算鐵芯單位質(zhì)量損耗，并與其允許值相比較，是否在其范圍內(nèi)。根據(jù)這兩項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)果按標(biāo)準(zhǔn)來(lái)判斷鐵芯是否受損，若溫升過(guò)高、有過(guò)熱點(diǎn)或鐵心單位質(zhì)量損耗超標(biāo)，設(shè)法處理，修復(fù)、消除過(guò)熱點(diǎn)；為便于對(duì)各次測(cè)量結(jié)果進(jìn)行比較，通常盡可能使鐵芯內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度為lT和供電電源的頻率為50Hz。下圖為電動(dòng)機(jī)定子鐵損試驗(yàn)原理圖，圖中WC為勵(lì)磁線圈，WM為測(cè)量線圈，為使測(cè)量線圈處鐵心磁感應(yīng)強(qiáng)度接近整個(gè)軛部圓周磁感應(yīng)強(qiáng)度的平均值，勵(lì)磁線圈與測(cè)量線圈應(yīng)互相垂直，且均勻地繞在鐵心上；電流表A經(jīng)電流互感器或鉗形電流表測(cè)勵(lì)磁電流，電壓表V1測(cè)二次感應(yīng)電壓（U2），電壓表V2測(cè)電源電壓（U1），低功率因數(shù)瓦特表W

6、測(cè)損耗功率PFe，其電流回路與勵(lì)磁線圈串聯(lián)，電壓回路則接到測(cè)量線圈，減少勵(lì)磁線圈漏磁壓降和電阻的影響。試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間為90分鐘。用可以測(cè)量電流、電壓和功率的組合儀表每隔15分鐘分別測(cè)量一次鐵芯損耗及電流、電壓值。并用紅外熱像儀測(cè)量鐵芯各部位溫度；先用紅外測(cè)溫儀測(cè)量鐵芯冷態(tài)溫度，合上電源10分鐘后開(kāi)始用紅外測(cè)溫儀掃描膛內(nèi)各處溫度，找出鐵芯溫度較高與較低的點(diǎn)。以后每隔15分鐘用紅外測(cè)溫儀對(duì)鐵芯溫度進(jìn)行觀測(cè)，著重觀測(cè)鐵芯溫度較高與較低的點(diǎn)，直至90分鐘結(jié)束。 圖1 定子鐵損試驗(yàn)原理圖3. 試驗(yàn)前相關(guān)數(shù)據(jù)采集與計(jì)算2014年6月12日動(dòng)力廠二套除鹽水裝置一臺(tái)30KW的電動(dòng)機(jī)在檢修抽轉(zhuǎn)子過(guò)程中，轉(zhuǎn)子掉落擦

7、碰到定子膛內(nèi)，為檢查電動(dòng)機(jī)定子鐵芯的損壞情況，需進(jìn)行電動(dòng)機(jī)定子鐵損試驗(yàn)。 表1 電動(dòng)機(jī)參數(shù)型號(hào)YB2-200L1-2額定功率（KW）30KW額定電壓(V)380/660V額定電流(A)55.2/32A定子外徑(Da)0.3m定子內(nèi)徑(Di)0.16m齒 高(hz )0.01m鐵心總長(zhǎng)(L )0.17m疊壓系數(shù)(k)0.96硅鋼片牌號(hào) 50WB340額定轉(zhuǎn)速(r/min)2950r/min功率因數(shù)0.9實(shí)驗(yàn)前相關(guān)計(jì)算定子鐵心有效長(zhǎng)度 Lef=KL=0.17×0.96=0.1632(m) 定子鐵心軛部高度ha=(Da-Di)/2-hz=(0.3-0.16)/2-0.01=0.06(m)

8、定子鐵心軛部截面積S=L×ha=0.06×0.1632=0.0098(m) 測(cè)量繞組每匝感應(yīng)電勢(shì)E=4.44fBS=4.44×50×1×0.0098=2.1756(V) 勵(lì)磁線圈取19匝，此時(shí)勵(lì)磁電壓值為 U= W1E=19×2.1756=41.3364(V) 鐵軛平均直徑 Dav=Da-ha=0.3-0.06=0.24 (m) 對(duì)于50系列硅鋼片在50Hz交流磁性下的磁場(chǎng)強(qiáng)度h0180-220(A/m),這里我們?nèi)?10(A/m)。勵(lì)磁線圈電流 I=Davh0/W1=3.14×0.24×210/19=8.33(A

9、) 定子鐵心質(zhì)量 G =(Da - ha)×S×=3.14×0.24×0.0098×7.8×103=57.6(kg) 4. 試驗(yàn)準(zhǔn)備考慮到初次嘗試鐵損試驗(yàn)，為安全起見(jiàn)，須在勵(lì)磁線圈串入一個(gè)斷路器對(duì)整個(gè)電路起到保護(hù)作用。同時(shí)為做到對(duì)勵(lì)磁線圈電壓的調(diào)控，決定采用大電流發(fā)生器感應(yīng)調(diào)壓器作為本次試驗(yàn)的輸出電源。4.1 根據(jù)上述計(jì)算，勵(lì)磁電纜采用10mm2 300/500V橡套絕緣銅芯電纜電纜沿鐵芯等分均勻纏繞，在勵(lì)磁線圈與鐵芯之間加墊厚橡皮。測(cè)量繞組取一匝。勵(lì)磁繞組放置于鐵芯齒部，測(cè)量電纜垂直于勵(lì)磁繞組纏繞定子鐵芯。勵(lì)磁電纜和測(cè)量電纜均要拉緊

10、，緊靠定子鐵芯。 4.2 測(cè)量表計(jì)按照原理圖所示正確連接。 4.3 用不小于50mm2的銅導(dǎo)線將定子外殼可靠接地。 4.4 檢查并清除鐵芯通風(fēng)溝及上、下端處可能遺留的金屬遺物。 4.5 檢查連線的正確性及接線頭是否牢靠。 4.6 試驗(yàn)前用2500V兆歐表測(cè)量勵(lì)磁繞組與定子鐵芯的絕緣電阻。 4.7 整定好380V開(kāi)關(guān)柜保護(hù)裝置，開(kāi)關(guān)分、合應(yīng)可靠。 4.8 用2500V兆歐表檢查電纜的絕緣電阻。 4.9 連接好大電流發(fā)生器感應(yīng)調(diào)壓器，做好接地保護(hù)。 5. 安全預(yù)控措施5.1 勵(lì)磁繞組和測(cè)量電纜必須絕緣良好，有破損的地方應(yīng)用絕緣膠帶包扎好，避免因?qū)Ь€絕緣不良，發(fā)生對(duì)地短路燒傷鐵芯；5.2 試驗(yàn)前應(yīng)仔

11、細(xì)檢查各槽隙，避免金屬工具、雜物等遺留在定子鐵芯內(nèi)；5.3 避免用金屬物件（如鋼尺、無(wú)絕緣的電纜、水銀溫度計(jì)等）靠近鐵芯；5.4 試驗(yàn)設(shè)備應(yīng)可靠接地；5.5 試驗(yàn)人員應(yīng)按規(guī)定穿戴絕緣手套、絕緣鞋；5.6 試驗(yàn)人員在試驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)密監(jiān)視、仔細(xì)觀察設(shè)備、儀器，當(dāng)發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異常、鐵芯松動(dòng)或通風(fēng)溝內(nèi)有殘余金屬雜物等異常情況時(shí)應(yīng)立即報(bào)告、終止試驗(yàn)；5.7 試驗(yàn)時(shí)應(yīng)協(xié)調(diào)各方確保施工電源可靠；5.8 試驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)統(tǒng)一指揮，確保通訊暢通。6. 試驗(yàn)操作6.1 記錄鐵芯各測(cè)量部位的初始溫度及環(huán)境溫度。 6.2 合上感應(yīng)調(diào)壓器開(kāi)關(guān)，慢慢調(diào)節(jié)電壓，嚴(yán)密監(jiān)視各電壓、電流、功率值，各儀表指示值；觀察定子鐵芯各部位聲音及振

12、動(dòng)情況，若有冒煙、局部嚴(yán)重發(fā)熱及異常聲響時(shí)立即跳開(kāi)高壓開(kāi)關(guān)。 6.3 先通電10分鐘，跳開(kāi)高壓開(kāi)關(guān)。檢查無(wú)異常情況。根據(jù)電壓、電流值核實(shí)試驗(yàn)狀況，磁通密度應(yīng)在1.0T左右，否則應(yīng)改變勵(lì)磁繞組匝數(shù)或電源電壓。 6.4 重新開(kāi)始鐵損試驗(yàn)。每隔15分鐘次各測(cè)量表計(jì)讀數(shù)和溫度值。用遠(yuǎn)紅外測(cè)溫儀測(cè)量鐵芯表面溫度，找出局部過(guò)熱點(diǎn)，做以標(biāo)記，加強(qiáng)監(jiān)視，并作準(zhǔn)確記錄。6.5 達(dá)到試驗(yàn)時(shí)間后，切斷電源、結(jié)束試驗(yàn)，分析試驗(yàn)結(jié)果。表3 鐵損試驗(yàn)電氣參數(shù)記錄時(shí)間（min）勵(lì)磁電流(A)一次電壓(V)二次電壓（V)損耗(W)159.041.32.118.9309.241.32.419.2459.541.32.420.3

13、609.841.32.621.27510.241.32.521.09010.141.32.521.1 表4 鐵損試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)溫度記錄標(biāo)號(hào)時(shí)間12345678902020202020202020201523222323232323232230242425242424242524452627262524252624256028292829283030292875303130313033312930903333313431363532327. 數(shù)據(jù)處理及結(jié)果分析7.1數(shù)據(jù)處理（磁通密度折算到1T時(shí)的鐵損計(jì)算） 鐵損試驗(yàn)損耗最高值 PFe= 21.2(W)試驗(yàn)時(shí)磁通密度的實(shí)際值 B=45×U /

14、W1S*10-4(T)=45×41/19×0.0098×10-4=0.99(T)定子鐵芯磁軛部單位鐵損PFe PFe= (PFe/G)*(1/B)2(W/kg)=(21.2/57.6)×(1/0.99)=0.3754(W/kg)最高齒溫差t1() t1=( t3- t4)*(1/B)2()= (33-22 )×(1/0.99)2=11.22()注：t3最高齒溫() t4最低齒溫()鐵芯最高溫升t2() t2=( t5- t6)*(1/B )2()= (36- 20)×(1/0.95) 2=16.32()注：t5最高鐵芯溫度或齒溫()

15、t6鐵芯初溫()7.2 結(jié)果分析依據(jù)：依據(jù)GB/T2521-1996硅鋼片校驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定7.2.1單位鐵損PFe2.5 W/kg即為不合格；7.2.2鐵芯齒部相互間的溫差t130即為不合格（若t115為良好）；鐵芯最高溫升t245即為不合格（若t225為良好）試驗(yàn)結(jié)果表明電動(dòng)機(jī)鐵芯鐵損溫升均未超出國(guó)家相關(guān)規(guī)定。10. 鐵損試驗(yàn)與實(shí)際運(yùn)行分析對(duì)比鐵損試驗(yàn)用于檢驗(yàn)鐵心疊裝質(zhì)量，可以測(cè)出鐵芯損耗，但由于沒(méi)有轉(zhuǎn)子的參與，這與電動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行時(shí)不同，鐵芯損耗也將不同。10.1 磁通產(chǎn)生方式不同鐵損試驗(yàn)的磁通是在定子鐵芯上直接繞勵(lì)磁線圈產(chǎn)生的，勵(lì)磁線圈相當(dāng)于單相負(fù)載；電動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行時(shí)的磁通是經(jīng)定子、轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)相

16、互作用而形成的，電動(dòng)機(jī)的電路、磁路是三相對(duì)稱的。 10.2 磁通路徑不同鐵損試驗(yàn)的磁路是圍繞整個(gè)鐵芯軛部封閉的環(huán)形，而不通過(guò)定子鐵芯的齒部。電動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行時(shí)的磁路是從定子磁軛經(jīng)過(guò)定子齒、氣隙到轉(zhuǎn)子，再經(jīng)氣隙、定子齒回到磁軛，形成閉合回路。而且對(duì)于大多數(shù)電動(dòng)機(jī)齒部磁密要高于軛部磁密，繼而齒部的單位質(zhì)量鐵耗也要高于軛部。 10.3 磁動(dòng)勢(shì)形式不同鐵損試驗(yàn)時(shí)磁勢(shì)是時(shí)間相量，相量的長(zhǎng)度隨時(shí)間的變化而變化，且方向時(shí)而正、時(shí)而負(fù)；電動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行時(shí)的磁勢(shì)是空間矢量，矢量的長(zhǎng)度不變，勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)與感應(yīng)磁勢(shì)間存在一定角度并以一定的角速度在空間旋轉(zhuǎn)。結(jié)束語(yǔ)電動(dòng)機(jī)定子鐵損試驗(yàn)作為電動(dòng)機(jī)眾多檢測(cè)試驗(yàn)之一，它所需試驗(yàn)設(shè)備簡(jiǎn)單，所用時(shí)間較短，安全可靠性較高，無(wú)需耗費(fèi)大量人