快速消除有害电势接线装置研究

张继红 李子琦 舒 慧 王金耀 韩康玮 邓 谨

（上海出入境检验检疫局 上海 200135）

1 前言

对于机电产品检测实验室而言，装有电动机的产品（以下简称电动类产品）是主要测试产品之一。而使用电阻法测量电动类产品绕组温升是国内外首推的测试方法。

按照标准的要求，国内外实验室一般采用离线（非带电）四线法绕组测试装置来测试绕组阻值。由于标准要求绕组测取时间越短越好，因此，以最快的速度测量热态绕组值（试验结束时的绕组阻值）是工程师一般遵循的测试规范。然而，由于电动机在停机后可能会产生有害电势，在测试热态电阻时，测试仪器的测试回路遭到了大电压反灌，内部测试元件被烧毁。这不仅造成了设备的损伤，而且对实验人员也有触电的危险。

因此，从机电类实验室实际需求出发，研究有害电势发生原因，利用常规、简单、有效的元器件，研制一套方便、实用的接线装置，用以消除在绕组测量过程中遇到的有害电势将是解决现存问题的有效方法。

2 对于有害电势产生和影响的分析

根据实验室检测产品特性，有害电势最大来源是两部分，一部分是电机反电动势，另一部分是电容器放电。

2.1 电机反电动势的产生和影响

根据焦耳—楞次定律，电感线圈断电时要产生感应电势。感应电势的大小与磁通变化率成正比。其次，不管是电动机，还是与它连接的电缆，相与相之间、相对地之间都存在着分布电容。电动机正常运行时，电容处于充电状态，电动机断电之后，电容上便留下了残余电压、在通常情况下，上述感应电势和残余电压都消失的很快，一般不易察觉出来。但电动机断电后，高速旋转的转子具有很大的惯性，不能立即静止下来，还要继续运转一段时间，暂称惰行。惰行时间的长短由轴上的负荷力矩所决定。其次，电动机的转子上有剩磁存在。这种剩磁在转子继续旋转时切割定子线圈，使电动机暂作发电机运行，发出与电动机电源电压方向相反的电势，谓之电动机的反电势。它可由下式表示：

式中：E—电机反电动势，V；

n—转子惰行转速，转/s；

Φ—转子剩余磁通，韦伯；

C—电动机结构常数。

从上述分析可知，电动机的反电势与电动机的结构参数、剩余磁通和惰行转速有关。惰行转速的大小是负荷力矩大小的反映。

当供电系统正常运行时，人们可能要对磁力起动器或馈电开关进行停电检查或检修。当起动器停电后，电动机反电势将送到起动器负荷的接线端子上；若起动器没有停电而直接停馈电开关，在停电一瞬间，反电势先送到馈电开关上，接着起动器无压释放，反电势便只能送到起动器的接线端子上。如果不注意这种情况，有可能造成触电事故。

2.2 电容器放电的影响

对于带有电容器的电动类产品来说，还存在一个电容器放电的情形。根据实验室多年来的测试结果，发现若电动类产品带有了不合格的电容器，则将产生很大的危害性。电容器的充放电公式如下：

式中：V0—电容上的初始电压值；

V1—电容最终可充到或放到的电压值；

Vt—t时刻电容上的电压值。

为了证明电容器放电的特性，工程师特意进行了电容器的充放电试验，试验电路图如图1：

图1 电容放电试验电路图

图2试验结果给出了电容器放电的电流、电压图象：

图2 电容的充电和放电图象

左图：电流图象，充电时和放电时各产生脉冲电流，方向相反；

右图：电压图象，充电时电压升高，放电时电压降低。

对于那些安装了电容器的产品来说，电容放电情况需要考虑在内。按GB/T 12747.1-2004标准，电容器断电后在3min内能把残余电压放电到75V以下的就是合格。按低压无功功率补偿装置（电容柜）GB/T 15576-1995标准，电容器断电后，在1min内要把残余电压放电到50V以下，才算合格。虽然，一台电机或一把手持式工具可能放电情况有限，但由于电容器质量参差不齐，一旦客户使用了劣质电容器，且未进行有效的放电过程，则进行测试的贵重仪表将遭到损坏，人员安全也无法得到保障。

3 快速消除有害电势接线装置的设计与实现

3.1 电气原理设计

图3 接线装置电气原理图

利用电源开关通过接触器来控制试验用电源的通断，电源开关自身带有指示灯，并具有自锁功能。红色指示灯亮时表示接通，指示灯按时表示电源断开。

保护开关串联与测试回路中，具有两个功能。一是若测试过程出现异常，则保护开关动作，保护测试仪表与样机，二是满足部分测试产品的测试标准要求。例如GB12350标准中，产品的非正常测试（三相电机的缺相运行）。

短路开关的作用为将L1,L2,L3位置的绕组进行自身短接，即，使用自身绕组进行放电。

3.2 接线装置

接线装置外观结构图见图4。

图4 接线装置外观结构图

通过选用合适的元器件，并进行合理的布局设计，实现了接线装置的制作

4 接线装置的验证

分别对单相电容运转异步电动机（10台）、三相异步电机（3台）、角向磨光机（2台）进行了放电测试，取得了良好的测试效果（见表1）。

表1 接线装置验证测试结果

由表1可见，在使用本接线装置后，电动类电器产品的放电时间均有一定幅度减小，实现了快速消除在绕组测试过程中所遇到的有害电势，在满足标准要求的以最小时间完成热态绕组测试的要求的同时，有效保护了仪器设备和试验人员的安全。

5 研究成果展望

该套接线装置的设计相当科学、合理，外形美观大方。其设计的短路开关，能在试验结束，合闸的瞬间使绕组线圈自身进行短路，将残余的有害电势释放于绕组本体中快速消除并通过指示灯得以确认，保护了检测设备并为准确测量绕组温升提供了保障，装置所产生的附加放电电阻约36mΩ，不会影响电阻的测量时间。该测试装置按三相四线的原理进行接线，通过面板上的保护开关能方便自如地进行单、三相转换，此设计为该装置扩展了使用场合，能方便运用于单、三相产品，可谓考虑十分周全和具有前瞻性。

整个测试装置在试验过程中运行可靠、性能稳定，充分体现了该装置的先进水平，具有良好的应用和推广价值。

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