电动机定子铁损试验

电动机定子铁损实验的探讨摘要：铁损是电动机能量损失之一，不仅影响电动机效率、功率因数，而且可能因铁芯内部硅钢片短路产生妨碍电动机安全运转的局部过热点，加速铁芯绝缘和定子线圈绝缘的老化，严重时可能造成铁芯烧损及线圈击穿事故。

所以，在检修电动机时，尤其是出现扫膛状况时，为检查铁芯受损情况，需进行定子铁损试验。

对于大型电动机，这是检查中必不可少的试验项目。

关键字：绝缘，扫膛，铁损试验Abstract:Iron loss is one of the motor energy loss, not only affect the motor efficiency, power factor, but also may impede the safe operation of local hot spots generated by the motor iron core internal short circuit of silicon steel slice, accelerate the insulation core and stator coil insulation aging, may cause the iron core loss and winding breakdown accident severity. In the maintenance of the motor, especially the sweep chamber condition, in order to check the damage situation of iron core, stator iron loss test. For large motor, it is essential to test the project inspection.Key words:insulation, sweep, chamber, iron loss test1.概述本文所论述的电动机定子铁芯铁损试验就是其中之一。

电动机定子铁损试验是检验电动机定子铁芯质量的重要方法，也是检验铁芯自身绝缘性能的重要工序。

铁芯表面和片间绝缘比较薄弱。

在检修过程中尤其是进入定子膛内检修一定要小心仔细，防止工具及一些硬物与铁芯直接接触。

在达到试验周期和必要时一定要进行铁损试验，通过实验，测量绕组得到的感生电压与激磁电流的有功功率损耗及温度，计算出单位重量铁芯损耗与温升，比较判别铁芯是否损坏，从而判断电动机故障。

2.试验原理及方法定子铁损试验是利用专用的励磁线圈缠绕在铁芯上，绕组中通入一定的工频电流,使之在铁芯内部产生接近饱和状态的交变磁通，铁芯在交变磁通中产生涡流和磁滞损耗,使铁芯发热,温度很快升高。

同时，使那些铁芯中片间绝缘受损或者劣化部分产生较大的局部涡流，温度急剧上升，从而找出过热点；同时利用功率表测出励磁损耗功率，和计算铁芯单位质量损耗，并与其允许值相比较，是否在其范围内。

根据这两项试验结果按标准来判断铁芯是否受损，若温升过高、有过热点或铁心单位质量损耗超标，设法处理，修复、消除过热点；为便于对各次测量结果进行比较，通常尽可能使铁芯内磁感应强度为lT和供电电源的频率为50Hz。

下图为电动机定子铁损试验原理图，图中W C为励磁线圈，W M为测量线圈，为使测量线圈处铁心磁感应强度接近整个轭部圆周磁感应强度的平均值，励磁线圈与测量线圈应互相垂直，且均匀地绕在铁心上；电流表A经电流互感器或钳形电流表测励磁电流，电压表V1测二次感应电压（U2），电压表V2测电源电压（U1），低功率因数瓦特表W测损耗功率P Fe，其电流回路与励磁线圈串联，电压回路则接到测量线圈，减少励磁线圈漏磁压降和电阻的影响。

试验持续时间为90分钟。

用可以测量电流、电压和功率的组合仪表每隔15分钟分别测量一次铁芯损耗及电流、电压值。

并用红外热像仪测量铁芯各部位温度；先用红外测温仪测量铁芯冷态温度，合上电源10分钟后开始用红外测温仪扫描膛内各处温度，找出铁芯温度较高与较低的点。

以后每隔15分钟用红外测温仪对铁芯温度进行观测，着重观测铁芯温度较高与较低的点，直至90分钟结束。

Awv2v1d w m wc ~ca b图1 定子铁损试验原理图3. 试验前相关数据采集与计算2014年6月12日动力厂二套除盐水装置一台30KW 的电动机在检修抽转子过程中，转子掉落擦碰到定子膛内，为检查电动机定子铁芯的损坏情况，需进行电动机定子铁损试验。

表1 电动机参数实验前相关计算定子铁心有效长度L ef=KL=0.17×0.96=0.1632(m)定子铁心轭部高度h a=(D a-D i)/2-h z=(0.3-0.16)/2-0.01=0.06(m)定子铁心轭部截面积S=L×h a=0.06×0.1632=0.0098(m)测量绕组每匝感应电势E=4.44fBS=4.44×50×1×0.0098=2.1756(V)励磁线圈取19匝，此时励磁电压值为U= W1E=19×2.1756=41.3364(V)铁轭平均直径D av=D a-h a=0.3-0.06=0.24 (m)对于50系列硅钢片在50Hz交流磁性下的磁场强度h0≈180-220(A/m),这里我们取210(A/m)。

励磁线圈电流I=πD av h0/W1=3.14×0.24×210/19=8.33(A)定子铁心质量G =π(D a - h a)×S×ρ=3.14×0.24×0.0098×7.8×103=57.6(kg)4.试验准备考虑到初次尝试铁损试验，为安全起见，须在励磁线圈串入一个断路器对整个电路起到保护作用。

同时为做到对励磁线圈电压的调控，决定采用大电流发生器感应调压器作为本次试验的输出电源。

4.1 根据上述计算，励磁电缆采用10mm2 300/500V橡套绝缘铜芯电缆电缆沿铁芯等分均匀缠绕，在励磁线圈与铁芯之间加垫厚橡皮。

测量绕组取一匝。

励磁绕组放置于铁芯齿部，测量电缆垂直于励磁绕组缠绕定子铁芯。

励磁电缆和测量电缆均要拉紧，紧靠定子铁芯。

4.2 测量表计按照原理图所示正确连接。

4.3 用不小于50mm2的铜导线将定子外壳可靠接地。

4.4 检查并清除铁芯通风沟及上、下端处可能遗留的金属遗物。

4.5 检查连线的正确性及接线头是否牢靠。

4.6 试验前用2500V兆欧表测量励磁绕组与定子铁芯的绝缘电阻。

4.7 整定好380V开关柜保护装置，开关分、合应可靠。

4.8 用2500V兆欧表检查电缆的绝缘电阻。

4.9 连接好大电流发生器感应调压器，做好接地保护。

5.安全预控措施5.1 励磁绕组和测量电缆必须绝缘良好，有破损的地方应用绝缘胶带包扎好，避免因导线绝缘不良，发生对地短路烧伤铁芯；5.2 试验前应仔细检查各槽隙，避免金属工具、杂物等遗留在定子铁芯内；5.3 避免用金属物件（如钢尺、无绝缘的电缆、水银温度计等）靠近铁芯；5.4 试验设备应可靠接地；5.5 试验人员应按规定穿戴绝缘手套、绝缘鞋；5.6 试验人员在试验过程中应严密监视、仔细观察设备、仪器，当发现数据异常、铁芯松动或通风沟内有残余金属杂物等异常情况时应立即报告、终止试验；5.7 试验时应协调各方确保施工电源可靠；5.8 试验过程中应统一指挥，确保通讯畅通。

6.试验操作6.1 记录铁芯各测量部位的初始温度及环境温度。

6.2 合上感应调压器开关，慢慢调节电压，严密监视各电压、电流、功率值，各仪表指示值；观察定子铁芯各部位声音及振动情况，若有冒烟、局部严重发热及异常声响时立即跳开高压开关。

6.3 先通电10分钟，跳开高压开关。

检查无异常情况。

根据电压、电流值核实试验状况，磁通密度应在1.0T左右，否则应改变励磁绕组匝数或电源电压。

6.4 重新开始铁损试验。

每隔15分钟次各测量表计读数和温度值。

用远红外测温仪测量铁芯表面温度，找出局部过热点，做以标记，加强监视，并作准确记录。

6.5 达到试验时间后，切断电源、结束试验，分析试验结果。

表3 铁损试验电气参数记录时间（min）励磁电流(A) 一次电压(V) 二次电压（V) 损耗(W)15 9.0 41.3 2.1 18.930 9.2 41.3 2.4 19.245 9.5 41.3 2.4 20.360 9.8 41.3 2.6 21.275 10.2 41.3 2.5 21.090 10.1 41.3 2.5 21.1表4 铁损试验测点温度记录0 20 20 20 20 20 20 20 20 2015 23 22 23 23 23 23 23 23 2230 24 24 25 24 24 24 24 25 2445 26 27 26 25 24 25 26 24 2560 28 29 28 29 28 30 30 29 2875 30 31 30 31 30 33 31 29 3090 33 33 31 34 31 36 35 32 32 7.数据处理及结果分析7.1数据处理（磁通密度折算到1T时的铁损计算）铁损试验损耗最高值P Fe= 21.2(W)试验时磁通密度的实际值B’=45×U /W1S*10-4(T)=45×41/19×0.0098×10-4=0.99(T)定子铁芯磁轭部单位铁损⊿P Fe⊿P Fe= (P Fe/G)*(1/B’)2(W/kg)=(21.2/57.6)×(1/0.99)=0.3754(W/kg)最高齿温差⊿t1(℃)⊿t1=( t3- t4)*(1/B’)2(℃)= (33-22 )×(1/0.99)2=11.22(℃)注：t3—最高齿温(℃) t4—最低齿温(℃)铁芯最高温升⊿t2(℃)⊿t2=( t5- t6)*(1/B’ )2(℃)= (36- 20)×(1/0.95) 2=16.32(℃)注：t5—最高铁芯温度或齿温(℃) t6—铁芯初温(℃)7.2 结果分析依据：依据《GB/T2521-1996》硅钢片校验标准规定7.2.1单位铁损⊿P Fe≥2.5 W/kg即为不合格；7.2.2铁芯齿部相互间的温差⊿t1≥30℃即为不合格（若⊿t1≤15℃为良好）；铁芯最高温升⊿t2≥45℃即为不合格（若⊿t2≤25℃为良好）试验结果表明电动机铁芯铁损温升均未超出国家相关规定。

10. 铁损试验与实际运行分析对比铁损试验用于检验铁心叠装质量，可以测出铁芯损耗，但由于没有转子的参与，这与电动机实际运行时不同，铁芯损耗也将不同。

10.1 磁通产生方式不同铁损试验的磁通是在定子铁芯上直接绕励磁线圈产生的，励磁线圈相当于单相负载；电动机实际运行时的磁通是经定子、转子磁场相互作用而形成的，电动机的电路、磁路是三相对称的。