判定三相異步電動機定子繞組連接正確性的探討

發布時間：2017-06-26 22:17:00 點擊：

1 　概述
　　無錫伯頓起重電機 三相異步電動機比較常見的是單繞組電動機和雙繞組電動機兩種形式，三相異步電動機的定子繞組按照一定的規律分布在定子鐵芯上，每一相有頭有尾，三相繞組按一定的規律首尾連接，形成Y或Δ接線。假如把他們的頭尾連接不正確，當接進三相交流電時，不僅會由于不能產生旋轉磁場而導致不能正常運行，而且會導致繞組發熱，甚至燒毀電機。因此對新投運的電機或繞組重新繞制后的電機，必須進行定子的極性檢查，以確保其連接的正確性。國標GB50150-2006《電氣裝置安裝工程電氣設備交接試驗標準》第6.0.11條規定“ 檢查定子繞組的極性及其連接應正確。中性點未引出者可不檢查極性”。中性點引出的如何檢查呢？中性點未引出者不能檢查嗎？查閱相關的電氣試驗書籍，一些書上只介紹了中性點引出的定子繞組的極性及其連接正確性的測試驗證方法，而且大都是錯誤的。對于中性點未引出的繞組，則沒有書籍介紹其測試驗證方法。本文結合實際工作的實踐，就三相異步電動機繞組連接正確性的判定方法，進行了嘗試性的探討。
２　三相異步電動機的工作原理
　　在三相異步電動機的定子鐵芯上，纏繞著對稱的三相繞組A－X、B－Y、C－Z。當異步電動機三相對稱定子繞組中通進三相交流電，就會產生旋轉磁場，該旋轉磁場切割轉子繞組，從而在轉子繞組中產生感應電流（轉子繞組是閉合通路），載流的轉子繞組在定子旋轉磁場的作用下將產生電磁力，從而在電機轉軸上形成電磁轉矩，驅動電動機轉子旋轉，并且電機旋轉方向與旋轉磁場方向相同。
2.1 單繞組電動機定子繞組極性及其連接正確性的判別方法
2.1.1 首尾兩端全部引出的定子繞組
　　假如電動機三相繞組的首尾兩端全部引出，試驗前首先要記錄下繞組的連接情況，一般繞組的首端都標有記號U1、V1、W1,尾端標有U2、V2、W2，然后將繞組拆開，用萬用表的歐姆檔驗證一下U1U2、V1V2、W1W2是否是同一個繞組的首尾兩端，檢查果無誤后，把一塊毫伏表（或毫安表）的正極性端與繞組V1V2的V1端連接，負極性端與繞組的V2端連接。再把繞組U1U2的U2端與一塊甲電池的負極端連接好，把甲電池的正極端與繞組的U1端瞬時短接，假如毫伏表的指針反偏，則說明U1和V2是同名端，繞組U1U2和V1V2的首尾真個標注是正確的（很多書籍上說，假如毫伏表正偏，則說明U1和V2是同名端-----這是錯誤的）。同樣，再把毫伏表的正極性端與繞組W1W2的W1端連接，負極性端與繞組W1W2的W2端連接，把甲電池的正極端與繞組的U1端瞬時短接，假如毫伏表的指針反偏，則說明U1和W1是同名端，繞組U1U2、V1V2和W1W2的首尾真個標注是正確的。這里需要留意的是：電動機的三相繞組是在空間上相差120o布置在定子鐵芯上的，因此才會有測出U1和V2是同名端，U1和W2是同名真個結果，但是V2和W2并不是同名端，這一點要留意。三相繞組的首尾兩端確定以后，就可以由此判定出電動機三相繞組連接的正確與否。
2.1.2 中心點未引出的Y連接的定子繞組
　　對于中心點未引出的Y連接的電動機，由于只有首端引出，因此上面介紹的方法無法使用，但可以用如下的方法進行丈量：在AB兩相之間施加一個交流電壓，記下UAB的數值，用萬用表丈量AC之間和BC之間的電壓，記下UAC和UBC的值；然后在BC兩相之間施加相同的交流電壓，用萬用表丈量CA之間和AB之間的電壓，記下UCA和UAB的值；再在CA兩相之間施加相同的交流電壓，用萬用表丈量BC之間和AB之間的電壓，記下UBC和UAB的值。假如UAC和UBC，UCA和UBA，UCB和UAB任意一組中的兩個電壓值相差不大，則說明電動機的接線是正確的；假如其中一組，例如UCA和UBA的數值相差不大，而另外兩組，UAC和UBC，UCB和UAB中的數值差別較大，則說明A相繞組接反了。其原理分析如下：假如AB兩相的繞組都沒有接反，當在AB兩端施加一個交流電壓時，其產生的磁場分布如圖1所示，其合成磁場的方向與C相繞組的方向重合，在C相繞組中不產生電勢，因此UAC=UA,UBC=UB,而電壓UAB基本上是在A、B兩相繞組間均勻分配的，因此測得的電壓UAC和UBC基本相等。但是，當有一相，如B相接反了時，在AB之間加上一個電壓以后，其產生的磁場就發生了變化，如圖2所示，AB兩相合成磁場與C相繞組的方向垂直，將在C相中產生一個的電勢EC，EC=－UC。此時，|UAC|＝| UA －UC|＝| UAB－UC|＝| UAB＋EC|，|UBC|＝| UB －UC|＝|－ UAB－UC|＝| UAB－EC|，由于電勢EC的方向與UAC的方向一致，所以|UAC|>|UBC|。下面是一臺380V Y連接三相異步電機定子繞組的驗證測試數據：
　　　　　　
　　　　　　

　　由以上兩個表格可以看出，當三相繞組連接正確時，在任意兩相之間施加一個電壓（表中帶下劃線的數字為外部施加電壓的值），分別丈量第三相和這兩相中每一相之間的電壓，你會發現這兩個電壓基本是相等的；而假如其中一相接反，你會發現：假如接反相是施加電壓中的一相時，分別丈量第三相和這兩相中每一相之間的電壓，這兩個電壓的壓差增大，約為施加電壓的5%～10%（，），而且有接反繞組的兩相的相間電壓減小。
2.1.3 中性點引出的Y連接定子繞組
　　這種電機的繞組有四個引出端，可以采用上述兩種方法中的任意一種，來驗證其繞組連接的正確性。
2.1.4 只有首端引出的Δ連接的定子繞組
　　對于Δ連接的電動機，當外部端子確定以后，其內部的連接如圖3所示，其丈量原理如下：假如三相繞組連接正確，當在其中的兩相之間，例如AB之間施加一個電壓時，其產生電場的分布情況見圖4，從圖中可以看出Φb，Φc的大小是相同的，因此丈量出的電壓Uac（=Uc）和Ubc（=Ub）也基本是相等的。但是當其中的一相，如B相接反了時，情況就發生了變化，不考慮A相繞組磁場對B、C兩相繞組影響時的磁場分布如圖5所示，由于B相繞組和C相繞組中流過的是同一個電流，所以Φc1，Φb1的大小是相同的，但從圖中明顯可以看出Φa對B相繞組起往磁作用，而對C相繞組起助磁作用，從而使終極的B相磁通Φb小于C相的磁通Φc，進而導致Ub　　　　　　

　　
　　由以上兩個表格可以看出，當三相繞組連接正確時，在任意兩端子之間施加一個電壓（表中帶下劃線的數字為外部施加電壓的數值），分別丈量第三個端子和這兩個端子之中每一個端子之間的電壓，你會發現這兩個電壓基本是相等的；而假如其中一相接反，你會發現：假如接反相的繞組是與另一個繞組串聯共同來承受外部施加電壓時，分別丈量第三個端子和這兩個外施電壓端子中每一個之間的電壓，這兩個電壓的壓差明顯增大，約為外施電壓的5%～10%（，），而且與接反繞組兩端直接連接的兩個端子的丈量電壓減小。從以上我們也可以看出丈量Δ連接繞組與Y連接繞組的不同：當在兩個端子之間施加電壓時，Y連接只有兩個繞組中流過電流，繞組無論接反與否，電壓都將在二者之間均勻分配，只是當有一個繞組接反時，第三個繞組中將感應出電勢，從而影響丈量結果；而當在Δ連接繞組的兩個端子之間施加電壓時，三個繞組中都將流過電流，三個繞組之間將相互影響，但是，只有當接反的繞組和另外一個繞組串聯跨接在外加電源的兩個端子之間時，才會影響到這兩個繞組之間的電壓分布，使兩個繞組間的電壓分布不均勻性增大。
３　雙繞組電動機定子繞組連接極性及其正確性的判別方法
3.1 首尾兩端全部引出的定子繞組
　　對于首尾兩端全部引出的雙繞組電動機，可以采用上面介紹過的任何一種方法來丈量每一組繞組首尾兩端標注的正確性，由于兩組繞組之間在工作中可能作如圖6 所示的Y和雙Δ等方式的連接，此時必須丈量出同一相兩個繞組之間的極性關系，以便做出正確的連接。方法是采用上面介紹過的甲電池和毫伏表（毫安表）法，但是需要留意的是，丈量的結果應當是同相兩個繞組的首端是同名端，這一點與異相之間的丈量結果不同。
3.2 一組繞組首尾兩端全部引出而另一組繞組內部做Y連接只引出首真個定子繞組
　　對于這兩組繞組，可用上面介紹過的方法分別丈量出Y繞組連接的正確性和首尾兩端全部引出的繞組的首尾兩端標注的正確性。由于工作時，兩組繞組之間可能有不同的連接方式，如雙Δ連接、雙Y連接和Y連接等，因此有必要確定出屬于同一相的兩個繞組和兩個繞組的首端。但是由于這種雙繞組電機內部繞組排列的復雜性，盡管我嘗試過很多方法，仍然沒有找到一種滿足的測試方法。
4 　試驗中應留意的事項
　　在實際的測試工程中，對于6KV和10KV的高壓電機，可以直接加220V或380V的電壓進行測試。對于低壓電機，應使用調壓器，逐漸調高電壓，在此過程中，應留意聽轉子發出的嗡嗡聲，聲音較大時，應停止升壓，而且加壓時間不易過長，以免損壞電機。假如可能的話，施加的電壓應盡可能大一些，這樣測試結果的誤差會少一些，有利于對題目的分析。
5　結論
　　實際上，三相異步電動機定子繞組的連接方式遠遠不止這些，有些還相當復雜，但是通過參考上面介紹的方法，對你找到正確的測試方法將有所幫助。而且工作中，對于接線端子搞亂了的時候，或者電機由于運行時間過長，端子標號不清楚的情況，通過使用上面介紹的方法，就會很輕易地把題目解決掉。

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