引言

電動機繞組直流電阻是電動機在出廠、交接、大修及預防性試驗中必不可少的測試項目,也是電動機故障后的重要檢查項目。人員通過對電動機繞組直流電阻的分析,可以檢查繞組焊接質量、繞組或引出線有無斷裂、多股導線并繞的繞組是否有斷股情況以及繞組有無匝間短路等。電動機繞組直流電阻還參與電動機損耗計算和溫升計算,直接影響電動機性能評價的效果。

1測量原理

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

當開關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,電動機繞組直流電阻測量回路存在過渡過程,過渡過程回路電流關系如下:

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為通過繞組的直流電流(A)。

其中T=稱為電路時間常數(shù),充電電流iL達到穩(wěn)態(tài)值的時間長短取決于T值。T值越大,iL達到穩(wěn)定值的時間就越長:T值越小,iL達到穩(wěn)定值的時間就越短。因此,測量電動機繞組直流電阻時,直流電阻會由大逐漸變小,最后穩(wěn)定在一個數(shù)值。

2測試方法

電橋法是指用直流電橋來測量直流電阻的一種方法,它具有較高的靈敏度和準確性,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如圖2(a)所示。

當被測電阻Rx上的電壓降等于R3上的電壓降時,A、B兩點之間沒有電位差,即檢流計G中沒有電流,電橋達到平衡。

電橋平衡時,UCA=UCB,而

所以

R2和R4為一定比例的可調電阻,R3為平滑可調電阻,調節(jié)R3可使電橋達到平衡。Rx包括引線電阻在內,故實際測得的電動機繞組直流電阻應等于Rx減去引線電阻。當被測電阻越小時,引線電阻造成的測量誤差越大。因此,測量時應盡量減小引線電阻的影響。

2.1.2雙臂電橋

雙臂電橋的原理接線如圖2(b)所示。

電橋平衡時,檢流計G中沒有電流通過,c、D兩點的電位相等。

由于R3=R3',R4=R4',所以

雙臂電橋將被測電阻的引線和標準電阻的引線電阻值做成相等,同時保證被測電阻電壓引線接觸良好,從而消除了電壓引線電阻和接觸電阻帶來的誤差。

2.2電橋的選擇

一般被測電阻在l0以上時,選用單臂電橋:在l0以下時,選用雙臂電橋。由于電動機繞組直流電阻很小,為避免引線電阻和接觸電阻帶來的誤差,選擇雙臂電橋測量其直流電阻。

2.3測試步驟

(1)將數(shù)字直流電橋放平穩(wěn),調整靈敏度旋鈕至零位。

(2)將電動機一相繞組的兩根引線接于數(shù)字直流電橋相應接線柱上。

(3)估算電動機繞組直流電阻,選擇數(shù)字直流電橋的適當量程。

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

(5)測試完畢,迅速按下測量按鈕,防止電感回路突然斷開電源產生的電動勢損壞電橋。

2.4注意事項

影響電動機直流電阻測試結果的因素很多,如引線松緊、儀表精度、溫度高低、接觸情況和穩(wěn)定時間等,因此測試中應注意以下事項:

(1)數(shù)字直流電橋的準確度等級不低于0.05級。

(2)電動機繞組引線應有足夠的截面,且接觸良好。

(3)準確測量繞組的溫度,將測得的電動機繞組直流電阻值換算成同一溫度下的值進行比較,換算公式如下:

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

3測試結果判斷及分析處理

3.1測試結果判斷

《電力設備預防性試驗規(guī)程》(DL/T596—2021)規(guī)定:

(1)3kV及以上或100kw及以上的電動機各相繞組直流電阻的相互差別不應超過最小值的2%:

(2)中性點未引出者,可測量線間電阻,其相互差別不應超過1%:

(3)應注意相互間差別的歷年相對變化。

實際現(xiàn)場測試電動機繞組直流電阻時,只有繞組的三相引出線,如圖3所示,因此只能測試繞組線間直流電阻,需將線間電阻換算成相電阻,然后進行比較。

(1)無中性點引出的星形接線如圖3(a)所示,電動機繞組直流電阻由線電阻換算到相電阻的公式如下:

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

(2)三角形接線如圖3(b)所示,電動機繞組直流電阻由線電阻換算到相電阻的公式如下:

其中:

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

3.2測試結果分析處理

為了便于比較測試結果與出廠值及歷次測試結果,應將不同溫度下測量的直流電阻值換算到同一溫度。如果比較時電動機繞組直流電阻值未超出限值,但是歷次測試數(shù)值都在增大,則應結合電動機絕緣電阻測試、耐壓試驗、匝間絕緣試驗等檢測結果,綜合判斷電動機性能狀況。

電動機三相繞組直流電阻不平衡原因如下:

(1)繞組匝間短路。如果電動機繞組直流電阻過小,可能發(fā)生繞組匝間短路。

(2)接觸不良或斷線。如果電動機繞組直流電阻過大,可能為接觸不良或斷股。

4案例分析

采用雙臂電橋法對一臺型號為TLKs3150-52的三相同步電動機進行了定子繞組直流電阻測試,該電動機銘牌參數(shù)如表1所示。

該電動機定子繞組為無中性點引出的星形接線,只能測試繞組線間直流電阻,測試結果如表2所示。

在測試溫度下將電動機定子繞組線間直流電阻換算成相電阻:

計算測試溫度下電動機定子繞組相電阻偏差:

本次測試電動機定子繞組直流電阻相間差最高達23.96%,遠遠超過規(guī)程允許范圍。根據(jù)以上計算結果,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。經進一步檢查,發(fā)現(xiàn)該電動機確實存在A相匝間短路故障。