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判断三相异步电动机定子绕组连接正确性的探讨

1  概述

  三相异步电动机比较常见的是单绕组电动机和双绕组电动机两种形式,三相异步电动机的定子绕组按照一定的规律分布在定子铁芯上,每一相有头有尾,三相绕组按一定的规律首尾连接,形成Y或接线。如果把他们的头尾连接不正确,当接入三相交流电时,不仅会因为不能产生旋转磁场而导致不能正常运行,而且会导致绕组发热,甚至烧毁电机。因此对新投运的电机或绕组重新绕制后的电机,必须进行定子的极性检查,以确保其连接的正确性。国标GB50150-2006《电气装置安装工程 电气设备交接试验标准》第6.0.11条规定 检查定子绕组的极性及其连接应正确。中性点未引出者可不检查极性。中性点引出的如何检查呢?中性点未引出者不能检查吗?查阅相关的电气试验书籍,一些书上只介绍了中性点引出的定子绕组的极性及其连接正确性的测试验证方法,而且大都是错误的。对于中性点未引出的绕组,则没有书籍介绍其测试验证方法。本文结合实际工作的实践,就三相异步电动机绕组连接正确性的判断方法,进行了尝试性的探讨。

2 三相异步电动机的工作原理

  在三相异步电动机的定子铁芯上,缠绕着对称的三相绕组A-X、B-Y、C-Z。当异步电动机三相对称定子绕组中通入三相交流电,就会产生旋转磁场,该旋转磁场切割转子绕组,从而在转子绕组中产生感应电流(转子绕组是闭合通路),载流的转子绕组在定子旋转磁场的作用下将产生电磁力,从而在电机转轴上形成电磁转矩,驱动电动机转子旋转,并且电机旋转方向与旋转磁场方向相同。

  2.1 单绕组电动机定子绕组极性及其连接正确性的判别方法

  2.1.1 首尾两端全部引出的定子绕组

  如果电动机三相绕组的首尾两端全部引出,试验前首先要记录下绕组的连接情况,一般绕组的首端都标有记号U1、V1、W1,尾端标有U2、V2、W2,然后将绕组拆开,用万用表的欧姆档验证一下U1U2、V1V2、W1W2是否是同一个绕组的首尾两端,检查果无误后,把一块毫伏表(或毫安表)的正极性端与绕组V1V2的V1端连接,负极性端与绕组的V2端连接。再把绕组U1U2的U2端与一块甲电池的负极端连接好,把甲电池的正极端与绕组的U1端瞬时短接,如果毫伏表的指针反偏,则说明U1和V2是同名端,绕组U1U2和V1V2的首尾端的标注是正确的(许多书籍上说,如果毫伏表正偏,则说明U1和V2是同名端-----这是错误的)。同样,再把毫伏表的正极性端与绕组W1W2的W1端连接,负极性端与绕组W1W2的W2端连接,把甲电池的正极端与绕组的U1端瞬时短接,如果毫伏表的指针反偏,则说明U1和W1是同名端,绕组U1U2、V1V2和W1W2的首尾端的标注是正确的。这里需要注意的是:电动机的三相绕组是在空间上相差120o布置在定子铁芯上的,因此才会有测出U1和V2是同名端,U1和W2是同名端的结果,但是V2和W2并不是同名端,这一点要注意。三相绕组的首尾两端确定以后,就可以由此判断出电动机三相绕组连接的正确与否。

  2.1.2 中心点未引出的Y连接的定子绕组

  对于中心点未引出的Y连接的电动机,由于只有首端引出,因此上面介绍的方法无法使用,但可以用如下的方法进行测量:在AB两相之间施加一个交流电压,记下UAB的数值,用万用表测量AC之间和BC之间的电压,记下UAC和UBC的值;然后在BC两相之间施加相同的交流电压,用万用表测量CA之间和AB之间的电压,记下UCA和UAB的值;再在CA两相之间施加相同的交流电压,用万用表测量BC之间和AB之间的电压,记下UBC和UAB的值。如果UAC和UBC,UCA和UBA,UCB和UAB任意一组中的两个电压值相差不大,则说明电动机的接线是正确的;如果其中一组,例如UCA和UBA的数值相差不大,而另外两组,UAC和UBC,UCB和UAB中的数值差别较大,则说明A相绕组接反了。其原理分析如下: 如果AB两相的绕组都没有接反,当在AB两端施加一个交流电压时,其产生的磁场分布如图1所示,其合成磁场的方向与C相绕组的方向重合,在C相绕组中不产生电势,因此UAC=UA,UBC=UB,而电压UAB基本上是在A、B两相绕组间平均分配的,因此测得的电压UAC和UBC基本相等。但是,当有一相,如B相接反了时,在AB之间加上一个电压以后,其产生的磁场就发生了变化,如图2所示,AB两相合成磁场与C相绕组的方向垂直,将在C相中产生一个的电势EC,EC=-UC。此时,|UAC|=| UA -UC|=| UAB-UC|=| UAB+EC|,|UBC|=| UB -UC|=|- UAB-UC|=| UAB-EC|,由于电势EC的方向与UAC的方向一致,所以|UAC|》|UBC|。下面是一台380V Y连接三相异步电机定子绕组的验证测试数据:

  

  

  

  

  由以上两个表格可以看出,当三相绕组连接正确时,在任意两相之间施加一个电压(表中带下划线的数字为外部施加电压的值),分别测量第三相和这两相中每一相之间的电压,你会发现这两个电压基本是相等的;而如果其中一相接反,你会发现:如果接反相是施加电压中的一相时,分别测量第三相和这两相中每一相之间的电压,这两个电压的压差增大,约为施加电压的5%~10%( , ),而且有接反绕组的两相的相间电压减小。

  2.1.3 中性点引出的Y连接定子绕组

  这种电机的绕组有四个引出端,可以采用上述两种方法中的任意一种,来验证其绕组连接的正确性。

  2.1.4 只有首端引出的连接的定子绕组

  对于连接的电动机,当外部端子确定以后,其内部的连接如图3所示,其测量原理如下:如果三相绕组连接正确,当在其中的两相之间,例如AB之间施加一个电压时,其产生电场的分布情况见图4,从图中可以看出b,c的大小是相同的,因此测量出的电压Uac(=Uc)和Ubc(=Ub)也基本是相等的。但是当其中的一相,如B相接反了时,情况就发生了变化,不考虑A相绕组磁场对B、C两相绕组影响时的磁场分布如图5所示,由于B相绕组和C相绕组中流过的是同一个电流,所以c1,b1的大小是相同的,但从图中明显可以看出a对B相绕组起去磁作用,而对C相绕组起助磁作用,从而使

最终的B相磁通b小于C相的磁通c,进而导致Ub      

  

  

  由以上两个表格可以看出,当三相绕组连接正确时,在任意两端子之间施加一个电压(表中带下划线的数字为外部施加电压的数值),分别测量第三个端子和这两个端子之中每一个端子之间的电压,你会发现这两个电压基本是相等的;而如果其中一相接反,你会发现:如果接反相的绕组是与另一个绕组串联共同来承受外部施加电压时,分别测量第三个端子和这两个外施电压端子中每一个之间的电压,这两个电压的压差明显增大,约为外施电压的5%~10%( , ),而且与接反绕组两端直接连接的两个端子的测量电压减小。从以上我们也可以看出测量连接绕组与Y连接绕组的不同:当在两个端子之间施加电压时,Y连接只有两个绕组中流过电流,绕组无论接反与否,电压都将在二者之间平均分配,只是当有一个绕组接反时,第三个绕组中将感应出电势,从而影响测量结果;而当在连接绕组的两个端子之间施加电压时,三个绕组中都将流过电流,三个绕组之间将相互影响,但是,只有当接反的绕组和另外一个绕组串联跨接在外加电源的两个端子之间时,才会影响到这两个绕组之间的电压分布,使两个绕组间的电压分布不均匀性增大。

3 双绕组电动机定子绕组连接极性及其正确性的判别方法

  3.1 首尾两端全部引出的定子绕组

  对于首尾两端全部引出的双绕组电动机,可以采用上面介绍过的任何一种方法来测量每一组绕组首尾两端标注的正确性,由于两组绕组之间在工作中可能作如图6 所示的Y和双等方式的连接,此时必须测量出同一相两个绕组之间的极性关系,以便做出正确的连接。方法是采用上面介绍过的甲电池和毫伏表(毫安表)法,但是需要注意的是,测量的结果应当是同相两个绕组的首端是同名端,这一点与异相之间的测量结果不同。

  3.2 一组绕组首尾两端全部引出而另一组绕组内部做Y连接只引出首端的定子绕组

  对于这两组绕组,可用上面介绍过的方法分别测量出Y绕组连接的正确性和首尾两端全部引出的绕组的首尾两端标注的正确性。由于工作时,两组绕组之间可能有不同的连接方式,如双连接、双Y连接和Y连接等,因此有必要确定出属于同一相的两个绕组和两个绕组的首端。但是由于这种双绕组电机内部绕组排列的复杂性,尽管我尝试过许多方法,仍然没有找到一种满意的测试方法。

4  试验中应注意的事项

  在实际的测试工程中,对于6KV和10KV的高压电机,可以直接加220V或380V的电压进行测试。对于低压电机,应使用调压器,逐渐调高电压,在此过程中,应注意听转子发出的嗡嗡声,声音较大时,应停止升压,而且加压时间不易过长,以免损坏电机。如果可能的话,施加的电压应尽可能大一些,这样测试结果的误差会少一些,有利于对问题的分析。

5 结论

  实际上,三相异步电动机定子绕组的连接方式远远不止这些,有些还相当复杂,但是通过参考上面介绍的方法,对你找到正确的测试方法将有所帮助。而且工作中,对于接线端子搞乱了的时候,或者电机由于运行时间过长,端子标号不清楚的情况,通过使用上面介绍的方法,就会很容易地把问题解决掉。

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