直流电机试验方法

直流电机试验方法
GB1311-77
一、适用范围
1.本标准适用于一般用途的直流电机。

对有特殊要求的直流电机,凡有本标准未规定的试验方法,应在该类型电机技术条件中作补充规定。

2.形式试验或检查试验应当进行的基础上按GB 755-65《电机基本技术要求》及该类型电机技术条件的规定。

二、试验前的准备
3.测量仪器的选择
(1)试验时应当采用不低于0.5级精度的电气测量仪器(兆欧表除外),其他测量仪器应相当于1级精度。

(2)仪器的选择尽可能使所测数值在20～95%仪器测量范围以内。

4.测量电枢回路电压时,电压表应直接接在绕组出线端上。

5.一般检查
试验前应检查电机的装配质量和轴承运行情况。

在不影响电气性能试验质量后,方可进行本标准中的各项试验。

6.中性线的测定
中性线可按下列方法之一测定:
(1)感应法
a.电枢静止,励磁他激,将毫伏表接在相邻的两组电刷上,并交替地接通和断开电机的励磁电流(图1)。

逐步移动电刷架的位置,在每一个不同位置上测量电枢绕组的感应电势。

当感应电势最接近零时,电刷所在的位置即可认为是中性线。

毫伏表的计数建议以厉磁电流断开时的读数为准。

图1
国家标准计量局发布 1977年12月1日实施
中华人民共和国第一机械工业部提出上海电器科学家研究所等起草
b.电枢静止,励磁他激,将毫伏表引线沿换向器圆周移动,交替地接通和断开电机的励磁电流。

当每极换向片数是整数或不是整数时,均应在相互间距离等于或最接近于一极距的两片换向片上测量感应电势。

正负感应电势各量取几点读数,然后如图2所示的作图法求出中性线。

换向片数
图2
(2)正反转发电机法
试验时,励磁他激,保持转速、励磁电流及负载(接近额定值)不变的情况下正转及反转,逐步移动电刷位置,在每一个不同上测量电机在正转及反转时的电枢电压,直到两个电压数值最接近时为止。

此时电刷所在的位置即可认为是中性线。

(3)正反转电动机法
试验时,保持端电压,励磁电流及负载(接近额定值)不变的情况下正转及反转,逐步移动电刷位置,在每一个不同位置上测量电机在正转及反转时的转速,直到两个方向的转速最接近时为止。

此时电刷所在位置即可认为是中性线。

7.轴电流的检查
(1)检查由轴两端间的感应电势而产生的循环电流时,电机应在额定电压及额定转速下空载运转,并应预先断开轴电流的外部回路。

检查可以用下列方法之一进行。

a.用交流毫伏表(约100毫伏刻度)测量轴两端间的感应电势。

测量时建议采用内阻较高的毫伏表,如真空管、晶体管或热电式毫伏表。

毫伏表引线与轴表面应有良好的接触。

b.用低电阻导线将电流表(量程60安培以上)连接于轴的两端。

测量时电流表指针的偏转一般极小,在试验时,应记录指针偏转的刻度,然后手一辅助电流求出此刻度的电流数值。

测量时尽量减小电流表引线与轴表面间的接触电阻。

对变速电机,就分别在最低额定转速和最高额定转速下进行检查。

(2)检查轴磁通而产生的局部电流时,应将电机调节到额定功率、额定电压及额定转速运转,然后用低电阻引线将直流毫伏表(约100毫伏刻度)连接到尽可能靠近轴承座两端的轴表面上,每端各接一根引线进行测量。

对每一只轴承都应进行检查。

对变速电机可仅在最高额定转速下进行检查。

三、试验方法
(一)绕组对机壳及其相互间绝缘电阻的测定
8.绕组绝缘电阻应在下列情况下测量:
(1)电机在实际冷状态下;
(2)电机在热状态下(对小型电机,在切断电源后10分钟内测量;对大中型电机,与电机正常工作相差不大于10℃时测量)。

9.绕组绝缘电阻用兆欧表测量。

电机额定电压为500伏及以下的用500伏当欧表测量。

额定电压在500伏以上的用1000伏兆欧表测量。

电枢回路绕组(串激绕组除外)、串激绕组和并激绕组对机壳及其相互间的绝缘电阻应分别进行测量。

测量时,兆欧表的读数应在仪表指针达到稳定以后读出。

(二)绕组在实际冷状态下直流电阻的测定
10.绕组在实际冷状态下温度的测定
将电机在室内静置一段时间,用温度计测量被测绕组组的温度,绕组组温度与冷却介质温度的相差不应大于3℃,此时被测绕组的温度即为实际冷状态下的温度。

11.测量方法
电机各部分绕组直流电阻时,转子应静止不动,可用下列方法之一测定:
(1)双臂电桥或单臂电桥法
测量小于1欧姆的电阻时不应采用单臂电桥。

(2)电流表和电压表法
用电流表和电压表测量电阻时,其接线如图3和图4所示,图3的接线适用于测量电压表内阻与被测电阻之比大于200时绕组的电阻。

图4的接线适用于测量电压表内阻与被测量电阻之比小于200时绕组的电阻。

用此方法时,应采用电压稳定的直流电源,电压表与被测绕组应接触良好。

测量时电流的数值不应大于被测绕组额定电流的20%。

图3 图4
12.电枢绕组直流电阻的测定
(1)为了校核设计值和计算效率,而将电刷自换向器上提起测量电枢绕组电阻时,应按电枢绕组的型式依下列方法进行:
a.对单波绕组--应在相互间距离等于或最接近于奇数极距的两片换向片上进行测量,测得的电阻即为电枢绕组电阻。

b.对无均压线的单送绕组--应在换向器直径两端的两片换向片上进行测定。

电枢绕组的直流电阻rs由下式计算:
式中r--量得的电阻值;
p--极对数。

c.对装有均太线的单迭绕组--应在相互间距离等于或最接近于奇数极距,并都装有均压线的两片换向片上进行测定,测得的电阻即为电枢绕组电阻。

d.对装有均压线的复迭或复尖在相互间距离最接近于一极距,且都装有均压线的两片换上进行测定,测得的电阻即为电枢绕组电阻。

e.对其他绕组--其测量方法应根据绕组的具体结构,采用相应的方法。

(2)为了校核设计值和计算效率,而将电刷放在换向器上测量电枢绕组直流电阻时,应在下列两片换向片上进行测量;这两片换向片位于两组相邻电刷的中心线下面,且其相互间的距离应等于或最接近于一极距。

(3)为了在温升试验中用电阻法确定绕组温升而测量电枢绕组直流电阻时,应在同样两片换向片上测定电枢绕组的冷态和热态直流电阻。

测量时应尽可能减少由于电刷短路而引起的误差。

因此,所选择的两片换处片应位于相邻两组电刷之间,其相互间的距离约等于极距的一半。

在温升试验结束电机停转以后,如所造反的两片换向片不在相邻电刷之间,则应转动转子,使换向片达到所需位置。

但大型电机停转以后转动了比较困难,因此在测量冷态直流电阻时,应在换向器上多选择几组不同位置的换向片。

这样在电机停转后,总有一组换向片位于相邻电刷之间,就不需要再转动转子。

(三)空载特性的测定
13.直流电机的空载特性,是指当电机在空载发电机方式下以额定转速运转时,所量取的电枢电压对于励磁电流的关系曲线。

试验时,逐步增加电机的励磁电流,直到电枢电压接近额定值的130%时为止,然后逐步减小励磁电流到零。

在做上升或下降分支时各读取9～11点,其中应在电枢电压的额定值左右多读取几点,在每一点上同时读取电枢电压和励磁电流的数值。

如电机的磁路比较饱和,电枢电压不能调节到上述数值时,则应调节到可能达到的最大电压时为止,但应注意不使励磁绕组过热。

试验过程中,励磁电流只允许向同一方向调节。

如需反向调节时,应先将励磁电流回复到零(上升分支)或增加到最大值(下降分支),然后再调节到所需数值。

(四)温升试验
14.温升试验时,可用电阻法,温度计法和埋置检温计法测量电机绕组及其他各部分的温度,测得的温度是绕组的平均温度。

15.电阻法
绕组温度建议用电阻法测量。

此法是利用被测绕组直流电阻在受热后增大的关系来确定绕组的温度,测得的温度是绕组的平均温度。

绕组的温升θ(℃)由下式确定:
式中:r2--;试验结束时绕组的电阻(欧姆);
r1--实际冷状态下绕组的电阻(欧姆);
t1--实际冷状态下绕组的温度(℃);
t0--试验结束时冷却介质的温度(℃);
K--对绕组为235,对铝绕组为228。

16.温度计法
当电机个别部分(如轴承、换向器等)的温度不能用电阻法测量时,用温度计法测量,对于低电阻绕组,如串激绕组、换向极绕组及补偿绕组,也可用温度计法进行测量)。

"温度计"包括膨胀式温度计(如水银、酒精温度计)和使用方法与普通膨胀式温度计相同的热电偶或电阻计。

用温度计法测量时,应将温度计尽可能贴附在电机各部分可能达到的最热点表面。

在使用膨胀式温度计时,为了减少温度计球部热量的散失,应当用热的不良导体(如油灰、毛毡等)将球部保护起来,但应注意不妨碍电机的通风和绕组的散热。

在电机有变化磁场的部位测量温度时,不应采用水银温度计,以免影响测量的准确性。

17.埋置检温计法
"埋置检温计"即将热电偶或电阻温度计在电机制造过程中,埋置于电机制成后所不能达到的部位,此法适用于测量温度计不能接触到的部位的温度,如绕组的端部及槽部或定子铁芯的个别钢片之间。

18.温升试验时冷却介质温度的测定
(1)对采用周围空气冷却的电机,空气温度可用几只温度计放置在冷却空气进入电机的途径中,距离电机1～2米处测量,温度计球部处于电机高度一半的位置,并应不受外来辐射热及气流的影响。

(2)对采用强迫通风或具有闭路循环冷却系统的电机,应在电机的进风口处测量冷却介质的温度。

(3)试验结束时冷却介质的温度,应采用试验过程中最后1小时内几个相等时间间隔的温度计读数的平均值。

19.温和蔼地电机各部分温度的测定
(1)定子绕组
定子绕组温度应用电阻法测定。

但对于低电阻绕组,如串激绕组、换向极绕组及补偿绕组,也可用温度计法测定。

各绕组所安放的温度计应各不少于2支。

(2)电枢绕组
电枢绕组的温度应用电阻法测定,测定庆在电机切断电源停转后立即进行。

(3)电枢铁心
电枢铁心齿部和钢丝扎箍的温度,用温度计测定,测定时,应在电机切断电源停转后,立即放置各不少于2支温度计。

(4)换向器
换向器的温度应在电机切断电源停转后立即测定,测定时建议采用时间常数较小的温度计(如半导体点温计)。

(5)轴承
滑动轴承的温度应在轴承测温孔内进行测定,流动轴承的温度可在轴承盖上测定。

20.电机各部分在切断电源后所测得温度的修正
若电机各部分的温度在切断电源后测得,则所测得的温度应借冷却曲线外推至断电瞬间加以修正。

在电机切断电源后,应尽快测取电阻或温度值以绘制冷却曲线如图5所示。

曲线的横坐标(等分坐标)为时间;纵坐标(对数坐标)为电阻或温度值。

将冷却曲线延长到与纵轴相交,交点的纵坐标即为断电瞬间的电阻或温度数值。

在外推冷却曲线时,如要求比较准确,可采用二次延长法。

所为二次延长法,就是按照冷却曲线直线部分的延长线与纵轴相交得r2,然后根据量得的电阻数值与此延长线间的差值再作另一直线(见图5左下角),延长此直线与纵轴相交得△r2,则切断电源瞬间的电阻值:
R2=r2+△r2
如在切断电源后电机个别部分的温度先开始上升,然后再行下降,则应取量得温度中的最高数值作为电机断电瞬间的温度。

图5
21.连续定额电机的温升试验
连续定额电机的温升试验应在额定功率,额定电压及额定转速下用直接负载法进行,直到电机各部分达到实际稳定温度时为止。

电机加负载的方法一般用回馈法进行。

建议将被试电机与相应规格的另一台辅助直流电机在机械上和电气上相互连接,其中一台电机作为电动机运行,而另一台则作为发电机运行。

两台电机的损耗由线路直流电源或升压机供给如图6或图7所示。

两台电机的损耗也可由线路直流电源和升压机联合供给,如图8所示。

图中:D--作为电动机的一台被试电机;
F--作为发电机的一台被试电机;
SY--升压机。

试验过程中应测量机壳、并激绕组、串激绕组、换向极绕组、补偿绕组、轴承、进出风和冷却介质的温度,至少每半小时一次。

电动机的温升试验如在额定电流(名牌数据)下进行时,功率可能与额定功率略有不同,此时所得的电枢回路绕组温升数值θz由下式换算到额定功率时的数值θe:
式中:Ie--电动机额定输出功率时的电流;
Iz--电动机试验时的电流,取试验过程中最后1小时内几个相等时间间隔时的电流读数的平均值;
θz--对应于试验电流Iz的绕组温升。

试验可从电机在实际冷状态时开始,也可从热状态开始。

对采用强迫通风或闭路循环冷却系统的电机,在电机切断电源时应同时停止冷却空气的供给。

恒功率变速电动机的温升试验,在最低额定转速下按其额定功率进行。

恒转矩变速电动机的温升试验,在最低额定转速及最高额定转速下按其相应的额定功率进行。

对大型电机,当受试验设备条件限制时,可用间接法(空载短路法)进行温升试验(附录一)
22.短时定额电机的温升试验
试验的持续时间应符合规定的定额数值,并应从电机实际状态下开始。

在试验过程中,依照工作周期的长短间隔5～15分钟记录一次。

其他试验要求同21条
23.断续定额电机的温升试验
试验时应符合规定的定合额数值,每一工作周期为10分钟,直到电机各部分温升达到实际稳定时为止。

对用于几个不同负载持续率的断续的电机,其温升试验应按每一负载持续率分别进行。

对于他激电机,如果设计中规定了他激绕组在全部工作周期内是接地线路中,则在停止时他激绕组不应自线路上断开。

电机各部分温度应在最后一个周期的负载持续时间前半段终了时,切断电源立即进行测量,其他试验要求同21条。

(五)额定负载试验
24.直流发电机的额定负载试验,是当发电机在额定电流、额定电压及额定转速下,确定额定励磁电流。

直流电动机的额定负载试验,是当内额定电流、额定电压、额定励磁电流或额定励磁电压下(对不带磁场变阴器的并激电机)校核转速。

电机在额定负载试验时,应同时检查换向及其他有无不正常情况。

在型式试验中,电机的额定负载试验,应在电机额定运行至各部分的温度达到实际稳定状态时进行。

在检查试验中,电机额定运行的持续时间由该类型电机的技术条件规定。

试验时,应测定电枢、电枢电流、励磁电流及转速。

变速电动机的额定负载试验,应分别在最低额定转速及最高额定转速下进行。

25.电机的换向检查应在电机额定负载试验中同时进行。

检查的方法是将负载自空载或1/4额定负载(对不允许空载的电机)调节到额定负载,此时,在换向器及电刷上的火花等级应不超过"电机基本技术要求"或该类型的技术条件的规定。

(六)发电机短时过电流试验时,电压应尽可能接近额定值。

电动机短时过转矩试验时,电压应为额定值,励磁电流应调节到额定值并保持不变。

过电流和过转矩的倍数及其持续时间按GB755-65《电机基本技术要求》或该类型电机技术条件规定进行。

试验时应同时检查换向。

电动机的短时过转矩试验,当受试验设备条件限制时,可以用相同倍数的过电流值代替。

对大型电机当受试验设备条件限制时,可以在短路方式下进行(短路方法见附录二)。

变速电动机的短时过转矩试验应在最低额定转速和最高额定转速下,按其相应的过转矩值进行。

(七)发电机的电压变化率动机的转速变化率的测定
27.发电机电压变化率的测定
被试电机应额定运行至其各部分的温度接近正常工作温度,保持额定的转速及励磁调节不变,逐步减少及增加负载电流,反复进行若干交,直到额定电流下电压相近时为止,然后按下列方法之一进行:
(1)由额定负载电流开始,逐步减少到零,然后逐步增加负载电流到所需的过载值,每隔约25条额定电流读一次读数。

(2)由额定负载电流开始,逐步增加到所需的过载值,然后逐步减少负载电流到零,每隔约25%额定电流读一次读数。

试验过程中,如在额定电流时的电压读数有显著差异时,则应重新进行试验。

试验时应同时读取电枢电压、负载电流、励磁电流和转速的数值,并绘制电压于负载电流的关系曲线。

在检查试验时,允许只在满载及空载时读取两点读数。

额定电压变化率(△U),由下式计算:
式中:U0--空载时端电压;
Uc--额定端电压。

28.电压机转速变化率的测定
被式电机应额定运行其各部分温度接近正常工作温度保持额定电压;对于他激或并激电机,保持额定励磁电流不变,对于复激电机,应保持励磁调节不变,逐步减少及增加负载电流,反复进行若干次,直到额定电流下转速相近时为止。

然后按下列方法之一进行:
(1)由额定负载电流开始,逐步减少到空载(对不允许空载的电动机减少到1/4额定负载),然后逐步增加负载电流到所需的过载值,每隔约25%额定电流读一次读数。

(2)由额定负载电流开始,逐步增加到所需的过载值,然后逐步减少到空载(对不允许空载的电动机,减少到1/4额定负载),每隔约25%额定电流读一次读数。

在试验过程中,如在额定电流时的转速读数有显著差异时,则应重新进行试验。

试验同时读取转速、负载电流、励磁电流和电枢电压的数值。

并应绘制转速对于负载电流的关系曲线。

在检查试验中,允许只在满载及空载(对不允许空载的电动机,减少到1/4额定负载)时读取两点读数。

额定转速变化率(△n)由下式计算:
式中:n--空载时(或1/4额定负载时)的转速;
nc--额定转速。

允许逆转的电动机,应在每一个旋转方向量取额定转速变化率。

变速电动机应在最低额定转速及最高额定转速时量取转速变化率。

(八)效率的测定
29.效率可用间接测定法(损耗分析法和回馈法)或直接测定法测定。

30.损耗分析法
用损耗分析法测定电机效率时,应求取下列各种损耗:
(1)电枢回路基本铜耗
电枢回路基本铜耗为电枢回咱中所有绕组的电阻(换算到基准工作温度)之和与电枢电流平方的乘积。

(2)电刷的电损耗
电刷的电损耗为电枢电流与电刷电压降的乘积。

这一电压降的数值为:
对于碳-石墨,石墨及电化石墨电刷..........................2伏
对于金属石墨电刷........................................0.6伏
上述(1)、(2)两项损耗为直接负载损耗。

(3)铁耗及机械损耗
机械损耗包括风耗、轴承的电刷的摩摩擦损耗。

此项损耗为恒定损耗,可用下列方法之一测定:
a.空载电动机法
采用此法时,应将电机空载运转一段时间,使电机的轴承及电刷摩擦损耗达稳定值。

试验时,电机应连接在电压可以调节的直流电源上以空载电动机方式运转,电机的励磁建议采用他激,并保持额定转速不变;将外施电压自125%额定电压开始,逐步降低到可能达到的最低值。

在每一电压下量取电枢电压,电枢电流及励磁电流约9～11点,试验后应立即测量电枢回路各部分绕组的电阻。

被试电机的铁耗(Pti)及机械损耗(Pi)之和由下式计算:
式中:P0=I0U0(I0--空载电枢电流,U0--空载时电枢端电压);
Pts--电枢回路中各部分绕组的铜耗,为试验后时得的各绕组电压与相应的电枢电流平方的乘积;
Psh--电刷的电损耗。

为了将铁耗与机械损耗分开,应绘制铁耗(Pti)及机械损耗(Pi)之和对于电枢电压平方的曲线,并将其延长至与纵轴相交(图9),交点的纵坐标即为机械损耗。

图9
被试电机的铁耗应按相应的感应求得,即当被试电机是发电机时,电枢感应电势等于额定电压加上电枢回路中各部分绕组的电压降及电刷压降;当被试电机是电动机时,电枢感应电势等于额定电压减去电枢回路中各部分绕组的电压降及电刷压降。

b.空载发电机法
采用此法时,被试电机应当用测功机或校正过的电动机驱动,使电机在发电机方式下运转,试验前,应将电机空载运转一段时间,使轴承及电刷摩擦损耗达稳定值。

试验时,被试电机应他激,转速应保持在额定值,将被试电机的空载电枢电压调节到等于被试电机的额定工作方式时的感应电势,此时驱动电动机的输入功率即为机械损耗。

上述两个损耗间的差值即为被试电机的铁耗。

(4)励磁损耗
a.励磁绕组基本铜耗
励磁绕组基本铜耗为励磁绕组的电阻(换算到基准工作温度)与在指定负载时的励磁电流平方的乘积。

当计算电机在额定负载下的效率时,如励磁电流不能由直接负载试验测定,可取下列数值:
(a)对并激或他激发电机(不论有无换向极),按电机在空载电压等于额定电压加上额定电流时电枢回路(包括电枢绕组,电刷以及如有换向绕组亦应包括)的夺降所需励磁电流的110%;
(b)对带有补偿绕组的并激或他激发电机,按电机在空载电压等于额定电压加上额定电流时电枢回路(包括电枢绕组、换向绕组、补偿绕组及电刷)电压降时的励磁电流;
(c)对平复激电机,取空载电压时的励磁电流;
(d)对过复激及欠复激发电机,由制造厂与用户协议之;
(e)对电动机,取额定电压、额定转速时的空载励磁电流。

b.主励磁回路中变阻损耗
主励磁回路中变阻器损耗为指定负载时变阻器的电阻数值与在该负载时的励磁电流平方的乘积,也可为指定负载时变器上的电压降与该负载时的励磁电流平方的乘积。

c.励磁机损耗
被试电机所专用,并由其本身所驱动的励磁机,其损耗应计入被试电机的励磁损耗内,此项损耗为励磁机的输入功率(除励磁机本身的机械损耗外)与励磁机输出功率间的差值加上励磁机的励磁损耗(如励磁机为他激时)。

励磁机的输出功率即为上述a项与b项之和。

如励磁机可从被试电机轴上拆下而单独进行试验时,则励磁机在指定输出的输入功率可用测功机或校正过的电动机来测定;如励磁机不能拆下时,则可将被试电机由独立的电源他激,在电动机状态下运转,测定励磁机在负载及空载不激磁时整个机组的损耗,二个损耗的差值即为励磁机的输入功率。

如上述方法都不能应用时,则励磁机损耗可以用本条所术宾损耗分析法确定,但已计入在被试电机中的机械损耗不应计入。

(5)杂散损耗
如无其他规定,在额定功率时的杂散损耗,可按下列规定:
对于无补偿绕组的电机为基本输出的1%;
对于有补偿绕组的电机为基本输出的0.5%;
直流电机的"基本输出",对于恒速电机即为额定功率;对于有几个额定输出功率的变速电机,其基本输出应按GB755-65《电机基本技术要求》规定。

当电机的功率不等于额定值时,杂散损耗的数值应根据电枢电流的平方成正比而进行修正。

上述(1)～(5)项损耗之和即为电机的总损耗,电机的效率按下式计算:。