電動(dòng)機(jī)繞組的直流電阻測(cè)試與分析

引言

電動(dòng)機(jī)繞組直流電阻是電動(dòng)機(jī)在出廠、交接、大修及預(yù)防性試驗(yàn)中必不可少的測(cè)試項(xiàng)目,也是電動(dòng)機(jī)故障后的重要檢查項(xiàng)目。人員通過(guò)對(duì)電動(dòng)機(jī)繞組直流電阻的分析,可以檢查繞組焊接質(zhì)量、繞組或引出線(xiàn)有無(wú)斷裂、多股導(dǎo)線(xiàn)并繞的繞組是否有斷股情況以及繞組有無(wú)匝間短路等。電動(dòng)機(jī)繞組直流電阻還參與電動(dòng)機(jī)損耗計(jì)算和溫升計(jì)算,直接影響電動(dòng)機(jī)性能評(píng)價(jià)的效果。

1測(cè)量原理

由于電動(dòng)機(jī)定子繞組有電感,其繞組可視為電感L與電阻R串聯(lián)的等值電路。電動(dòng)機(jī)繞組直流電阻測(cè)量原理如圖1所示。

當(dāng)開(kāi)關(guān)s合上,直流電源Us接通瞬間,電感L中的電流不能突變,電阻R和電感L中的電流均為零,電動(dòng)機(jī)繞組直流電阻測(cè)量回路存在過(guò)渡過(guò)程,過(guò)渡過(guò)程回路電流關(guān)系如下:

式中:Us為外施直流電壓(V):R為繞組直流電阻(0):L為繞組電感(H):iL為通過(guò)繞組的直流電流(A)。

其中T=稱(chēng)為電路時(shí)間常數(shù),充電電流iL達(dá)到穩(wěn)態(tài)值的時(shí)間長(zhǎng)短取決于T值。T值越大,iL達(dá)到穩(wěn)定值的時(shí)間就越長(zhǎng):T值越小,iL達(dá)到穩(wěn)定值的時(shí)間就越短。因此,測(cè)量電動(dòng)機(jī)繞組直流電阻時(shí),直流電阻會(huì)由大逐漸變小,最后穩(wěn)定在一個(gè)數(shù)值。

2測(cè)試方法

電橋法是指用直流電橋來(lái)測(cè)量直流電阻的一種方法,它具有較高的靈敏度和準(zhǔn)確性,常用的直流電橋有單臂電橋和雙臂電橋兩種。

2.1電橋的工作原理

2.1.1單臂電橋

單臂電橋的原理接線(xiàn)如圖2(a)所示。

當(dāng)被測(cè)電阻Rx上的電壓降等于R3上的電壓降時(shí),A、B兩點(diǎn)之間沒(méi)有電位差,即檢流計(jì)G中沒(méi)有電流,電橋達(dá)到平衡。

電橋平衡時(shí),UCA=UCB,而

所以

R2和R4為一定比例的可調(diào)電阻,R3為平滑可調(diào)電阻,調(diào)節(jié)R3可使電橋達(dá)到平衡。Rx包括引線(xiàn)電阻在內(nèi),故實(shí)際測(cè)得的電動(dòng)機(jī)繞組直流電阻應(yīng)等于Rx減去引線(xiàn)電阻。當(dāng)被測(cè)電阻越小時(shí),引線(xiàn)電阻造成的測(cè)量誤差越大。因此,測(cè)量時(shí)應(yīng)盡量減小引線(xiàn)電阻的影響。

2.1.2雙臂電橋

雙臂電橋的原理接線(xiàn)如圖2(b)所示。

電橋平衡時(shí),檢流計(jì)G中沒(méi)有電流通過(guò),c、D兩點(diǎn)的電位相等。

由于R3=R3',R4=R4',所以

雙臂電橋?qū)⒈粶y(cè)電阻的引線(xiàn)和標(biāo)準(zhǔn)電阻的引線(xiàn)電阻值做成相等,同時(shí)保證被測(cè)電阻電壓引線(xiàn)接觸良好,從而消除了電壓引線(xiàn)電阻和接觸電阻帶來(lái)的誤差。

2.2電橋的選擇

一般被測(cè)電阻在l0以上時(shí),選用單臂電橋:在l0以下時(shí),選用雙臂電橋。由于電動(dòng)機(jī)繞組直流電阻很小,為避免引線(xiàn)電阻和接觸電阻帶來(lái)的誤差,選擇雙臂電橋測(cè)量其直流電阻。

2.3測(cè)試步驟

(1)將數(shù)字直流電橋放平穩(wěn),調(diào)整靈敏度旋鈕至零位。

(2)將電動(dòng)機(jī)一相繞組的兩根引線(xiàn)接于數(shù)字直流電橋相應(yīng)接線(xiàn)柱上。

(3)估算電動(dòng)機(jī)繞組直流電阻,選擇數(shù)字直流電橋的適當(dāng)量程。

(4)按下測(cè)量按鈕,待數(shù)據(jù)穩(wěn)定時(shí)記錄測(cè)量值和環(huán)境溫度。

(5)測(cè)試完畢,迅速按下測(cè)量按鈕,防止電感回路突然斷開(kāi)電源產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)損壞電橋。

2.4注意事項(xiàng)

影響電動(dòng)機(jī)直流電阻測(cè)試結(jié)果的因素很多,如引線(xiàn)松緊、儀表精度、溫度高低、接觸情況和穩(wěn)定時(shí)間等,因此測(cè)試中應(yīng)注意以下事項(xiàng):

(1)數(shù)字直流電橋的準(zhǔn)確度等級(jí)不低于0.05級(jí)。

(2)電動(dòng)機(jī)繞組引線(xiàn)應(yīng)有足夠的截面,且接觸良好。

(3)準(zhǔn)確測(cè)量繞組的溫度,將測(cè)得的電動(dòng)機(jī)繞組直流電阻值換算成同一溫度下的值進(jìn)行比較,換算公式如下:

式中:Rl、R2分別為溫度為il、i2時(shí)的電阻值:Tk為常數(shù),銅繞組Tk=235,鋁繞組Tk=225。

3測(cè)試結(jié)果判斷及分析處理

3.1測(cè)試結(jié)果判斷

《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》(DL/T596—2021)規(guī)定:

(1)3kV及以上或100kw及以上的電動(dòng)機(jī)各相繞組直流電阻的相互差別不應(yīng)超過(guò)最小值的2%:

(2)中性點(diǎn)未引出者,可測(cè)量線(xiàn)間電阻,其相互差別不應(yīng)超過(guò)1%:

(3)應(yīng)注意相互間差別的歷年相對(duì)變化。

實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試電動(dòng)機(jī)繞組直流電阻時(shí),只有繞組的三相引出線(xiàn),如圖3所示,因此只能測(cè)試?yán)@組線(xiàn)間直流電阻,需將線(xiàn)間電阻換算成相電阻,然后進(jìn)行比較。

(1)無(wú)中性點(diǎn)引出的星形接線(xiàn)如圖3(a)所示,電動(dòng)機(jī)繞組直流電阻由線(xiàn)電阻換算到相電阻的公式如下:

式中:RAB、RBC、RCA為繞組線(xiàn)間電阻:Ra、Rb、Rc為繞組各相的相電阻。

(2)三角形接線(xiàn)如圖3(b)所示,電動(dòng)機(jī)繞組直流電阻由線(xiàn)電阻換算到相電阻的公式如下:

其中:

式中:RAB、RBC、RCA分別為繞組線(xiàn)間電阻:Ra、Rb、Rc分別為繞組各相的相電阻。

3.2測(cè)試結(jié)果分析處理

為了便于比較測(cè)試結(jié)果與出廠值及歷次測(cè)試結(jié)果,應(yīng)將不同溫度下測(cè)量的直流電阻值換算到同一溫度。如果比較時(shí)電動(dòng)機(jī)繞組直流電阻值未超出限值,但是歷次測(cè)試數(shù)值都在增大,則應(yīng)結(jié)合電動(dòng)機(jī)絕緣電阻測(cè)試、耐壓試驗(yàn)、匝間絕緣試驗(yàn)等檢測(cè)結(jié)果,綜合判斷電動(dòng)機(jī)性能狀況。

電動(dòng)機(jī)三相繞組直流電阻不平衡原因如下:

(1)繞組匝間短路。如果電動(dòng)機(jī)繞組直流電阻過(guò)小,可能發(fā)生繞組匝間短路。

(2)接觸不良或斷線(xiàn)。如果電動(dòng)機(jī)繞組直流電阻過(guò)大,可能為接觸不良或斷股。

4案例分析

采用雙臂電橋法對(duì)一臺(tái)型號(hào)為T(mén)LKs3150-52的三相同步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行了定子繞組直流電阻測(cè)試,該電動(dòng)機(jī)銘牌參數(shù)如表1所示。

該電動(dòng)機(jī)定子繞組為無(wú)中性點(diǎn)引出的星形接線(xiàn),只能測(cè)試?yán)@組線(xiàn)間直流電阻,測(cè)試結(jié)果如表2所示。

在測(cè)試溫度下將電動(dòng)機(jī)定子繞組線(xiàn)間直流電阻換算成相電阻:

計(jì)算測(cè)試溫度下電動(dòng)機(jī)定子繞組相電阻偏差:

本次測(cè)試電動(dòng)機(jī)定子繞組直流電阻相間差最高達(dá)23.96%,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)規(guī)程允許范圍。根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果,A相與B相間偏差、A相與C相間偏差較大,B相與C相間偏差接近零,可以判斷A相繞組可能存在故障。經(jīng)進(jìn)一步檢查,發(fā)現(xiàn)該電動(dòng)機(jī)確實(shí)存在A相匝間短路故障。