电机电源供电的检验技术研究

温韵光 陈筱铁 雷奶华

（1.宁德出入境检验检疫局 福建福安 355017；2.福建出入境检验检疫局）

1 前言

由于我国的电网频率为50Hz，因此对于没有配备60Hz电源的企业，在做60Hz电机的出厂试验时，通常采用降频率的方法进行检测，也即是用50Hz的电源进行60Hz电机的出厂试验。SN/T 0247-93《出口电机检验规程》中规定电机出厂检验的项目为：绕组对机壳、绕组之间绝缘电阻测定、绕组对机壳、绕组之间介质耐电压试验、铭牌和接地标志检查、相序检查、绕组冷态直流电阻测定、空载特性及运行状态、堵转试验、包装、外观等，其中绝缘电阻和耐电压试验、铭牌等项目与电机的运行频率无关[1]，而空载特性及运行状态和堵转试验与电机频率有关。因此，本研究针对出厂试验重点研究空载、堵转试验。

图1 电机T形等值电路

根据等值电路原理，用静止的转子来代替旋转的转子。如图1标注所示静止的电阻为R，电抗为X，转子电动势为20E ,转子电流和功率因数角分别为

2 电机T形等值电路

根据电机学原理，可以得到电机的T形等值电路如图1所示。

被替代的旋转转子其电阻为2r，电抗为20sx ，转子电动势为20sE ，转子电流T和功率因数角分别为：

替代前后的电流和功率因数一致，可以得到：

要使电机降频率后，其运行状态基本不变，从等值电路可以看出，应该要保持转子电流和功率因数不变[2]。降频率后转子阻抗减小，因此笔者采用的基本原则是降低电压，也就是减少电动势E20，从而达到等效电路阻抗等值的目的。

3 运行状态分析

在电机运行时，其电压、电势、频率、绕组匝数和磁通的关系为：

其中 f为频率，N为线圈匝数， U为电压，mΦ为磁通。

对于已经制成的电机，定子一相绕组的串联匝数N不变，当电机相电压U不变而频率 f由60Hz降为50Hz时，主磁通mΦ将增为1.2倍。磁通的增加将引起电机磁路过分饱和，使励磁电流增大、功率因数下降，长时间运行不仅使电机运行性能变差，还使电机因电流过大而损坏，甚至烧毁电机[3]。

因此，从运行的角度分析，60Hz电机用于50Hz电源上的基本要求是要保持电机的主磁通基本不变。为了保持mΦ基本不变有两种方法：一是降低U，使U与 f的比值不变，即U降为5/6倍（如415V的额定电压降为346V）；二是增加N，使N与f的乘积不变，即N增为原来的6/5倍。

保持电压不变，如果在电压不变的情况下，电动机的磁通是原来设计的1.2倍，将会引起电动机磁路过分饱和，而使电流增大，使电机过热[4]。Φ1、Φ2分别为60Hz和50Hz运行时的磁通量，U1、 U2分别为60Hz和50Hz运行时的电压。要使电机温升不变，保持磁通不变，即 Φ1=Φ2；对于负载试验或者是空载试验，保持磁通的不变使负载温升或是空载温升不变。由 f1= 6 0Hz，

对于降压后电动机转速的变化，我们可以从转速公式[5]：

其中n为转速，p为极数，s为转差率。

4 堵转状态分析

堵转状态分析主要是分析起动力矩和起动电流。在电机的等效电路分析中，异步电动机总机械功率PΩ除以旋转的机械角速度Ω,就可以得到转子上的电磁转矩M 。

由等效电路可以得到：

起动转矩 Mst的大小决定着电动机的起动性能。在起动时，电机处于静止状态，将 s = 1 ，Ω= 2 p n/60代入（10）式，可得：

起动力矩为：

从（11）式和（12）式中，可以看出对于同一台电机,转子的特性表现为：如果要求是恒转矩必须要保持不变,如果恒功率调速运行,必须使电源电压和频率平方根成比例变化,即要保持不变[6]。对于60Hz的异步电动机，要求保持过载能力和输出转矩不变的情况下，在50Hz的情况下进行运行，其电源电压应降低为原来电压的5/6倍。

5 试验与分析

选取1台型号为NS56HC3-4的三相异步电动机，电机的额定功率为1.5k W，额定电压为460V/60Hz。保持输入功率不变，将电机按383V/50Hz进行试验，其试验结果如表1所示：

表1 不同频率下的电机性能

从检测数据可以看出，在空载状态时，采用降压降频率时运行，降频率时空载电流小4%；在堵转状态时，堵转转矩相差1.82%,堵转电流相差5.5%；温升在460V/60Hz时为67.5K,降频率后由于电流放大，温升为85.4K；由于定子铜耗急剧增加，使降频率时检测的样机其效率降低，由82.81%下降为79.97%。对比460V/60Hz和383V/50Hz的运行数据，从检测数据可以看出：在堵转状态和空载状态时，电机的检测数据相接近，在热态时的温升和效率相差较大，主要是由于频率的下降使转速降低，在相同的功率下，电流放大，使电机的整体性能下降。因此在出厂试验时，采用降低电压和频率的方法检测堵转和空载项目，从而进行60Hz电机的出厂试验是可行；但由于降频率检测得出的温升和定子铜耗差异过大，因此作为型式试验的样机检测，采用降频率进行检测是不可行的。

6 结论

在60Hz电机的出厂试验中，由于我国电网采用的是380V、50Hz的电源，通常在50Hz频率的电源下进行等效出厂检测。出厂试验主要的检测项目为冷态时的空载试验和堵转试验，试验证明，相同输出功率下，电机在460V/60Hz的空载和堵转与383V/50Hz的相接近。60Hz电机在50Hz的电源下采用降压17%的方法进行出厂试验是可行的、效果是等同的。

［1］ 许实章.电机学[M].北京：机械工业出版社, 1981.

［2］ 叶水音.电机学[M].北京：中国电力出版社, 2009.

［3］ 陈尚发.发电机由60Hz降低为50Hz运行后可能产生的后果[J].上海大中型电机，2007, 3:40-41.

［4］ 孙建生, 崔辉鑫, 王斌球, 等.460V60Hz三相异步电动机在380V50Hz电网上运行的研究[J].武汉工学院学报, 1990,12(4):70-77.

［5］ 张业兴, 李洪生.60Hz感应电动机用于50Hz供电系统的分析[J].起重冶金电机，1996, 3:23-28.

［6］ 杨斌文, 宋进.60Hz电机用于50Hz电源的性能分析与改造方案[J].电机技术，2008, 3:50-53.