电动机绕组的直流电阻测试与分析

引言

电动机绕组直流电阻是电动机在出厂、交接、大修及预防性试验中必不可少的测试项目,也是电动机故障后的重要检查项目。人员通过对电动机绕组直流电阻的分析,可以检查绕组焊接质量、绕组或引出线有无断裂、多股导线并绕的绕组是否有断股情况以及绕组有无匝间短路等。电动机绕组直流电阻还参与电动机损耗计算和温升计算,直接影响电动机性能评价的效果。

1测量原理

由于电动机定子绕组有电感,其绕组可视为电感L与电阻R串联的等值电路。电动机绕组直流电阻测量原理如图1所示。

当开关s合上,直流电源Us接通瞬间,电感L中的电流不能突变,电阻R和电感L中的电流均为零,电动机绕组直流电阻测量回路存在过渡过程,过渡过程回路电流关系如下:

式中:Us为外施直流电压(V):R为绕组直流电阻(0):L为绕组电感(H):iL为通过绕组的直流电流(A)。

其中T=称为电路时间常数,充电电流iL达到稳态值的时间长短取决于T值。T值越大,iL达到稳定值的时间就越长:T值越小,iL达到稳定值的时间就越短。因此,测量电动机绕组直流电阻时,直流电阻会由大逐渐变小,最后稳定在一个数值。

2测试方法

电桥法是指用直流电桥来测量直流电阻的一种方法,它具有较高的灵敏度和准确性,常用的直流电桥有单臂电桥和双臂电桥两种。

2.1电桥的工作原理

2.1.1单臂电桥

单臂电桥的原理接线如图2(a)所示。

当被测电阻Rx上的电压降等于R3上的电压降时,A、B两点之间没有电位差,即检流计G中没有电流,电桥达到平衡。

电桥平衡时,UCA=UCB,而

所以

R2和R4为一定比例的可调电阻,R3为平滑可调电阻,调节R3可使电桥达到平衡。Rx包括引线电阻在内,故实际测得的电动机绕组直流电阻应等于Rx减去引线电阻。当被测电阻越小时,引线电阻造成的测量误差越大。因此,测量时应尽量减小引线电阻的影响。

2.1.2双臂电桥

双臂电桥的原理接线如图2(b)所示。

电桥平衡时,检流计G中没有电流通过,c、D两点的电位相等。

由于R3=R3',R4=R4',所以

双臂电桥将被测电阻的引线和标准电阻的引线电阻值做成相等,同时保证被测电阻电压引线接触良好,从而消除了电压引线电阻和接触电阻带来的误差。

2.2电桥的选择

一般被测电阻在l0以上时,选用单臂电桥:在l0以下时,选用双臂电桥。由于电动机绕组直流电阻很小,为避免引线电阻和接触电阻带来的误差,选择双臂电桥测量其直流电阻。

2.3测试步骤

(1)将数字直流电桥放平稳,调整灵敏度旋钮至零位。

(2)将电动机一相绕组的两根引线接于数字直流电桥相应接线柱上。

(3)估算电动机绕组直流电阻,选择数字直流电桥的适当量程。

(4)按下测量按钮,待数据稳定时记录测量值和环境温度。

(5)测试完毕,迅速按下测量按钮,防止电感回路突然断开电源产生的电动势损坏电桥。

2.4注意事项

影响电动机直流电阻测试结果的因素很多,如引线松紧、仪表精度、温度高低、接触情况和稳定时间等,因此测试中应注意以下事项:

(1)数字直流电桥的准确度等级不低于0.05级。

(2)电动机绕组引线应有足够的截面,且接触良好。

(3)准确测量绕组的温度,将测得的电动机绕组直流电阻值换算成同一温度下的值进行比较,换算公式如下:

式中:Rl、R2分别为温度为il、i2时的电阻值:Tk为常数,铜绕组Tk=235,铝绕组Tk=225。

3测试结果判断及分析处理

3.1测试结果判断

《电力设备预防性试验规程》(DL/T596—2021)规定:

(1)3kV及以上或100kw及以上的电动机各相绕组直流电阻的相互差别不应超过最小值的2%:

(2)中性点未引出者,可测量线间电阻,其相互差别不应超过1%:

(3)应注意相互间差别的历年相对变化。

实际现场测试电动机绕组直流电阻时,只有绕组的三相引出线,如图3所示,因此只能测试绕组线间直流电阻,需将线间电阻换算成相电阻,然后进行比较。

(1)无中性点引出的星形接线如图3(a)所示,电动机绕组直流电阻由线电阻换算到相电阻的公式如下:

式中:RAB、RBC、RCA为绕组线间电阻:Ra、Rb、Rc为绕组各相的相电阻。

(2)三角形接线如图3(b)所示,电动机绕组直流电阻由线电阻换算到相电阻的公式如下:

其中:

式中:RAB、RBC、RCA分别为绕组线间电阻:Ra、Rb、Rc分别为绕组各相的相电阻。

3.2测试结果分析处理

为了便于比较测试结果与出厂值及历次测试结果,应将不同温度下测量的直流电阻值换算到同一温度。如果比较时电动机绕组直流电阻值未超出限值,但是历次测试数值都在增大,则应结合电动机绝缘电阻测试、耐压试验、匝间绝缘试验等检测结果,综合判断电动机性能状况。

电动机三相绕组直流电阻不平衡原因如下:

(1)绕组匝间短路。如果电动机绕组直流电阻过小,可能发生绕组匝间短路。

(2)接触不良或断线。如果电动机绕组直流电阻过大,可能为接触不良或断股。

4案例分析

采用双臂电桥法对一台型号为TLKs3150-52的三相同步电动机进行了定子绕组直流电阻测试,该电动机铭牌参数如表1所示。

该电动机定子绕组为无中性点引出的星形接线,只能测试绕组线间直流电阻,测试结果如表2所示。

在测试温度下将电动机定子绕组线间直流电阻换算成相电阻:

计算测试温度下电动机定子绕组相电阻偏差:

本次测试电动机定子绕组直流电阻相间差最高达23.96%,远远超过规程允许范围。根据以上计算结果,A相与B相间偏差、A相与C相间偏差较大,B相与C相间偏差接近零,可以判断A相绕组可能存在故障。经进一步检查,发现该电动机确实存在A相匝间短路故障。