電機(jī)修理中判斷三相異步電動機(jī)定子繞組連接正確性
三相異步電動機(jī)比較常見的是單繞組電動機(jī)和雙繞組電動機(jī)兩種形式，三相異步電動機(jī)的定子繞組按照一定的規(guī)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(guī)律首尾連接，形成Y或Δ接線。如果把他們的頭尾連接不正確，當(dāng)接入三相交流電時，不僅會因?yàn)椴荒墚a(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場而導(dǎo)致不能正常運(yùn)行，而且會導(dǎo)致繞組發(fā)熱，甚至燒毀電機(jī)。因此對新投運(yùn)的電機(jī)或繞組重新繞制后的電機(jī)，必須進(jìn)行定子的極性檢查，以確保其連接的正確性。國標(biāo)GB50150-2006《電氣裝置安裝工程 電氣設(shè)備交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》第6.0.11條規(guī)定“ 檢查定子繞組的極性及其連接應(yīng)正確。中性點(diǎn)未引出者可不檢查極性”。中性點(diǎn)引出的如何檢查呢？中性點(diǎn)未引出者不能檢查嗎？查閱相關(guān)的電氣試驗(yàn)書籍，一些書上只介紹了中性點(diǎn)引出的定子繞組的極性及其連接正確性的測試驗(yàn)證方法，而且大都是錯誤的。對于中性點(diǎn)未引出的繞組，則沒有書籍介紹其測試驗(yàn)證方法。本文結(jié)合實(shí)際工作的實(shí)踐，就三相異步電動機(jī)繞組連接正確性的判斷方法，進(jìn)行了嘗試性的探討。
２ 三相異步電動機(jī)的工作原理
在三相異步電動機(jī)的定子鐵芯上，纏繞著對稱的三相繞組A－X、B－Y、C－Z。當(dāng)異步電動機(jī)三相對稱定子繞組中通入三相交流電，就會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，該旋轉(zhuǎn)磁場切割轉(zhuǎn)子繞組，從而在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電流（轉(zhuǎn)子繞組是閉合通路），載流的轉(zhuǎn)子繞組在定子旋轉(zhuǎn)磁場的作用下將產(chǎn)生電磁力，從而在電機(jī)轉(zhuǎn)軸上形成電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動電動機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，并且電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向與旋轉(zhuǎn)磁場方向相同。
2.1 單繞組電動機(jī)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
如果電動機(jī)三相繞組的首尾兩端全部引出，試驗(yàn)前首先要記錄下繞組的連接情況，一般繞組的首端都標(biāo)有記號U1、V1、W1,尾端標(biāo)有U2、V2、W2，然后將繞組拆開，用萬用表的歐姆檔驗(yàn)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(fù)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(fù)極端連接好，把甲電池的正極端與繞組的U1端瞬時短接，如果毫伏表的指針反偏，則說明U1和V2是同名端，繞組U1U2和V1V2的首尾端的標(biāo)注是正確的（許多書籍上說，如果毫伏表正偏，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(fù)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，如果毫伏表的指針反偏，則說明U1和W1是同名端，繞組U1U2、V1V2和W1W2的首尾端的標(biāo)注是正確的。這里需要注意的是：電動機(jī)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是同名端的結(jié)果，但是V2和W2并不是同名端，這一點(diǎn)要注意。三相繞組的首尾兩端確定以后，就可以由此判斷出電動機(jī)三相繞組連接的正確與否。
2.1.2 中心點(diǎn)未引出的Y連接的定子繞組
對于中心點(diǎn)未引出的Y連接的電動機(jī)，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(jìn)行測量：在AB兩相之間施加一個交流電壓，記下UAB的數(shù)值，用萬用表測量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，用萬用表測量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，用萬用表測量BC之間和AB之間的電壓，記下UBC和UAB的值。如果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(jī)的接線是正確的；如果其中一組，例如UCA和UBA的數(shù)值相差不大，而另外兩組，UAC和UBC，UCB和UAB中的數(shù)值差別較大，則說明A相繞組接反了。其原理分析如下： 如果AB兩相的繞組都沒有接反，當(dāng)在AB兩端施加一個交流電壓時，其產(chǎn)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(chǎn)生電勢，因此UAC=UA,UBC=UB,而電壓UAB基本上是在A、B兩相繞組間平均分配的，因此測得的電壓UAC和UBC基本相等。但是，當(dāng)有一相，如B相接反了時，在AB之間加上一個電壓以后，其產(chǎn)生的磁場就發(fā)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(chǎn)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(jī)定子繞組的驗(yàn)證測試數(shù)據(jù)：
由以上兩個表格可以看出，當(dāng)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(shù)字為外部施加電壓的值），分別測量第三相和這兩相中每一相之間的電壓，你會發(fā)現(xiàn)這兩個電壓基本是相等的；而如果其中一相接反，你會發(fā)現(xiàn)：如果接反相是施加電壓中的一相時，分別測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(diǎn)引出的Y連接定子繞組
這種電機(jī)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(yàn)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(jī)，當(dāng)外部端子確定以后，其內(nèi)部的連接如圖3所示，其測量原理如下：如果三相繞組連接正確，當(dāng)在其中的兩相之間，例如AB之間施加一個電壓時，其產(chǎn)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，因此測量出的電壓Uac（=Uc）和Ubc（=Ub）也基本是相等的。但是當(dāng)其中的一相，如B相接反了時，情況就發(fā)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相繞組起去磁作用，而對C相繞組起助磁作用，從而使最終的B相磁通Φb小于C相的磁通Φc，進(jìn)而導(dǎo)致Ub<Uc，即Ubc<Uac。。下面是一臺6個端子全部引出的380V Δ連接三相異步電機(jī)定子繞組的驗(yàn)證測試數(shù)據(jù)：
由以上兩個表格可以看出，當(dāng)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(shù)字為外部施加電壓的數(shù)值），分別測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(fā)現(xiàn)這兩個電壓基本是相等的；而如果其中一相接反，你會發(fā)現(xiàn)：如果接反相的繞組是與另一個繞組串聯(lián)共同來承受外部施加電壓時，分別測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測量電壓減小。從以上我們也可以看出測量Δ連接繞組與Y連接繞組的不同：當(dāng)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平均分配，只是當(dāng)有一個繞組接反時，第三個繞組中將感應(yīng)出電勢，從而影響測量結(jié)果；而當(dāng)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(dāng)接反的繞組和另外一個繞組串聯(lián)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(jī)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(jī)，可以采用上面介紹過的任何一種方法來測量每一組繞組首尾兩端標(biāo)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，此時必須測量出同一相兩個繞組之間的極性關(guān)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，但是需要注意的是，測量的結(jié)果應(yīng)當(dāng)是同相兩個繞組的首端是同名端，這一點(diǎn)與異相之間的測量結(jié)果不同。
3.2 一組繞組首尾兩端全部引出而另一組繞組內(nèi)部做Y連接只引出首端的定子繞組
對于這兩組繞組，可用上面介紹過的方法分別測量出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(biāo)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(jī)內(nèi)部繞組排列的復(fù)雜性，盡管我嘗試過許多方法，仍然沒有找到一種滿意的測試方法。
4 試驗(yàn)中應(yīng)注意的事項(xiàng)
在實(shí)際的測試工程中，對于6KV和10KV的高壓電機(jī)，可以直接加220V或380V的電壓進(jìn)行測試。對于低壓電機(jī)，應(yīng)使用調(diào)壓器，逐漸調(diào)高電壓，在此過程中，應(yīng)注意聽轉(zhuǎn)子發(fā)出的嗡嗡聲，聲音較大時，應(yīng)停止升壓，而且加壓時間不易過長，以免損壞電機(jī)。如果可能的話，施加的電壓應(yīng)盡可能大一些，這樣測試結(jié)果的誤差會少一些，有利于對問題的分析。
5 結(jié)論
實(shí)際上，三相異步電動機(jī)定子繞組的連接方式遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止這些，有些還相當(dāng)復(fù)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(jī)由于運(yùn)行時間過長，端子標(biāo)號不清楚的情況，通過使用上面介紹的方法，就會很容易地把問題解決掉。
由以上兩個表格可以看出，當(dāng)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(shù)字為外部施加電壓的數(shù)值），分別測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(fā)現(xiàn)這兩個電壓基本是相等的；而如果其中一相接反，你會發(fā)現(xiàn)：如果接反相的繞組是與另一個繞組串聯(lián)共同來承受外部施加電壓時，分別測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測量電壓減小。從以上我們也可以看出測量Δ連接繞組與Y連接繞組的不同：當(dāng)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平均分配，只是當(dāng)有一個繞組接反時，第三個繞組中將感應(yīng)出電勢，從而影響測量結(jié)果；而當(dāng)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(dāng)接反的繞組和另外一個繞組串聯(lián)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(jī)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(jī)，可以采用上面介紹過的任何一種方法來測量每一組繞組首尾兩端標(biāo)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，此時必須測量出同一相兩個繞組之間的極性關(guān)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，但是需要注意的是，測量的結(jié)果應(yīng)當(dāng)是同相兩個繞組的首端是同名端，這一點(diǎn)與異相之間的測量結(jié)果不同。
3.2 一組繞組首尾兩端全部引出而另一組繞組內(nèi)部做Y連接只引出首端的定子繞組
對于這兩組繞組，可用上面介紹過的方法分別測量出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(biāo)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(jī)內(nèi)部繞組排列的復(fù)雜性，盡管我嘗試過許多方法，仍然沒有找到一種滿意的測試方法。
4 試驗(yàn)中應(yīng)注意的事項(xiàng)
在實(shí)際的測試工程中，對于6KV和10KV的高壓電機(jī)，可以直接加220V或380V的電壓進(jìn)行測試。對于低壓電機(jī)，應(yīng)使用調(diào)壓器，逐漸調(diào)高電壓，在此過程中，應(yīng)注意聽轉(zhuǎn)子發(fā)出的嗡嗡聲，聲音較大時，應(yīng)停止升壓，而且加壓時間不易過長，以免損壞電機(jī)。如果可能的話，施加的電壓應(yīng)盡可能大一些，這樣測試結(jié)果的誤差會少一些，有利于對問題的分析。
5 結(jié)論
實(shí)際上，三相異步電動機(jī)定子繞組的連接方式遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止這些，有些還相當(dāng)復(fù)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(jī)由于運(yùn)行時間過長，端子標(biāo)號不清楚的情況，通過使用上面介紹的方法，就會很容易地把問題解決掉。
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