三相异步电机测试技术与方法

吕偿　李林　李彦霞

摘 要：本研究为某一种电机开发了一套测试分析系统，通过空载试验、负载试验、堵转试验、温升试验、T-N试验等一系列试验，验证该电机的性能是否符合出厂要求。测试结果表明，该电机的各项参数均达到要求。

关键词：三相异步电机;测试技术;T-N试验;力矩系数测试

中图分类号：TM343 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2019）23-0133-04

A Three-phase Asynchronous Motor Testing Technique and Method

LYU Chang LI Lin LI Yanxia

（School of Electromechanical Engineering， Guangdong Baiyun University，Guangzhou Guangdong 510450）

Abstract： This study developed a test and analysis system for a motor. Through a series of tests such as no-load test， load test， stop-up test， temperature rise test and T-N test， the performance of the motor can be verified whether it met the requirements of the factory. The test results show that the parameters of the motor meet the requirements.

Keywords： three-phase asynchronous motor;test technology;T-N test;torque coefficient test

近年来，三相异步电动机广泛运用于智能包装装备，在现代工业体系中有着不可或缺的地位。而在新电机试制过程中，对工艺、性能有着严格的试验测试要求，需要根据试验结果得出的数据，探索新电机继续优化或改进的方案。因此，电机测试方案的合理性、可参考性显得尤为重要。方攸同[1]研究了异步电机参数测试技术，旨在开发一套智能仪器降低测试时长，提高测试精度，以实现对可疑电机的全面检测。黄湘宁[2]针对电机的测试，开展了智能化电机自动测试与控制系统研究。其以工控机作为自动测试系统的核心控制设备，提高了电机测试的效率及精准度，较大程度上减少了人为因素对测试结果的影响。程捷[3]引入高级编程语言及最小二乘法理论，开发了一套适用于电机测试的系统。该系统能够根据国标要求，实现对三相異步电动机不同类型的试验测试、数据采集、故障报警、曲线拟合和结果分析，提高了电机测试分析的自动化水平。本文旨在设计一套具备操作简单、功能齐全、快速准确、易于扩展等特性的测试分析方法，以期为三相异步电动机测试分析提供借鉴。

1 基本要求

三相异步电动机测试分析系统是为某电机厂开发的一套电机测试分析系统，电机厂家对该系统的基本要求如下。①转矩转速传感器噪声小、寿命长、误差小。②电参数测量仪等测量仪器所测量的电压、电流、功率等一系列参数必须满足试验精度，所产生的试验误差必须满足试验要求。③普通电机必须能完成电机的出厂试验测试，如匝间试验、耐压试验、绝缘试验等;而三相异步电动机必须能完成型式试验的多个测试项目，如空载试验、负载试验、堵转试验、温升试验、T-N试验等一系列试验。然后基于以上试验结果对电机的基本性能进行逐步检测，对电机能否达到要求给出参考性意见。

2 电机试验环境

根据电机的试验要求和电机的使用环境，给出电机在测试时的外部环境和硬件环境，具体如表1所示。

3 电机试验环境

3.1 温升120K

温升试验的目的是测定电机在规定时长内持续运行时各个部件的实际温升，以检验电机设计与制造工艺是否合格。温升试验方法有直接负载法、等效负载法和间接换算法。本文采用负载法。本次温升试验的任务是让被测电机在所带的负载为满载条件下运行至温度几乎不变，测得此时绕组、铁芯、轴承、机壳等几个部位的温度。这主要是因为温度过高将会造成寿命变短，且高温环境还会造成电机效率降低。因此，通过测量温升一系列温度参数，人们可以直接判断电机性能好坏，从而判断制造工艺是否良好[4，5]。

温升计算公式为：

[Δ=Δ（INI）2[1+Δ（IN/I）-ΔK1+Δ+Ψ]]                          （1）

式中，[Δ]为试验电流[I]的绕组温升，K;[IN]为额定电流，A;[I]为温升试验电流。上述温升值在[I-ININ×100%]小于10%时适用。

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（见图1）。

根据测试结果可知，当120K温升时，功率为2.04kW，大于1.7kW，满足设计要求。

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[6-8]。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（2）进行计算。

[Tmax=Tmax（UN/Ut）2]                     （2）

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（见图2）。

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。详细结果如表2所示。

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：

[Mm-M0=Jdωdt]                               （3）

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。

将被试系统设定为速度环，调节到合适的特性，负载系统力矩环运行，220V供电下共母线运行。增加最佳偏角、弱磁角后，电机在配套的伺服驱动器最大电流限制下，测试电机在最高转速范围内各转速点的最大输出扭矩。极限机械特性曲线如图3所示。

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。测试结果如表3所示。

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。

3.5 电机性能测试结果

根据设计的测试方案得出该款电机的性能测试结果如表4所示。

4 結论

本文系统论述了该电机性能测试方法，从温升、力矩系数、极限机械特性、VS点测试等测试项目分析该电机的性能。从测试结果可以看出，本文所采用的测试方法是可行的。所测试的电机性能与制造工艺要求均合格。

参考文献：

[1]方攸同.异步电机测试技术与可靠性研究[D].天津：河北工业大学，2001.

[2]黄湘宁.三相异步电机自动测试与控制系统的研究[D].长沙：湖南大学，2003.

[3]程捷.三相异步电动机测试与分析系统的开发与研究[D].青岛：青岛科技大学，2017.

[4]Dong G H. Research and Discussion on Data Processing of the Temperature Rise Test for the Motor Winding[J]. Advanced Materials Research， 2011（354）： 1257-1260.

[5]Zhang Z H， Chi C C， Liu J J， et al. The Motor Temperature Rise Test System Based on Magnetic Powder Dynamometer[J]. Advanced Materials Research， 2014（998）：495-498.

[6]闫华光，范滢，段小华，等.现场电动机效率测试方法及智能测试系统研究[J].电力需求侧管理，2008（1）：34-36.

[7]梁洲，陈意军，蒋知英.基于LabVIEW的电机负载试验研究[J].湖南工程学院学报（自科版），2015（4）：6-8.

[8]雷奶华，汤绍钊，温韵光，等.使用B法进行电机效率检测[J].电机技术，2012（2）：47-49.