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电容运转电机在3C认证中的温升试验

发布时间:2013-07-26  〖字号:
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Temperature Rise Test of Capacitor-running Motor for CCC Certification
程  磊
(威凯检测技术有限公司     广州   510663)

摘要:3C认证的全称为“强制性产品认证制度”,它是我国政府为保护消费者人身安全和国家安全、加强产品质量管理、依照法律法规实施的一种产品合格评定制度。电容运转的单相异步电动机包括单值电容启动并运转和双值电容两种型式,它们在工业生产和家用电器中的应用非常广泛。由于电容运转电机的特殊性,在温升试验时,需要同时考核最大损耗点和空载点的温升,本文就这种类型的电机如何做温升试验结合实例作了简单介绍。
关键词:电容运转;最大损耗点;温升试验
Abstract:China Compulsory Certification is the product conformity assessment system, which is as per laws and regulations, in order to protect the safety of consumers and our country, enhance product quality management. Capacitor-running single-phase induction motor includes single-value capacitor start and run motor and two-value capacitor motor, which are widely used in industrial production and household appliances. Due to the particularities of capacitor run motor, we need to examine the maximum loss point and no-load point temperature rise in temperature rise test. This paper introduces how this type of motor to do the temperature rise test combined with examples.
Key words:capacitor run;maximum loss point;temperature rise test

  前言
  在3C认证的检测中,电容运转电机的温升值是考核其在安全方面的重要指标。 GB 12350-2009中首次引入最大损耗点的概念,明确了此类电机的温升考核要求。

  1 电容运转电机在3C认证中依据的安全标准
  中国国家认证认可监督委员会发布的《电气电子产品类强制性认证实施规则》规定:小功率电动机的安全检测依据标准是GB 12350《小功率电动机的安全要求》和GB 14711《中小型旋转电机安全要求》。根据实施规则的附表可以查到电容运转电机的检测标准是选用GB 12350《小功率电动机的安全要求》。
  现行标准GB 12350-2009规定:在温升试验时,对有明确额定工作点的带电容运行的单相异步电动机,其温升试验应在最大损耗点进行考核。最大损耗点在额定点和空载点以及上述两点中间转速点三点中通过试验求取。对电容运转电动机以及双值电容异步电动机,还应测取其空载时的温升, 温升限值可以比GB 12350-2009中表8的限值高5K。

  2 电容运转单相异步电动机工作原理
  2.1 单值电容启动并运行型
  在电动机的副绕组电路中串联一个电容,主副绕组在定子铁心圆周上的位置相差90度电角度,由于绕组的空间位置及阻抗的不同,使两绕组中的电流产生相位差,从而产生启动转矩,使电机转动起来。这种电机的副绕组在启动和运行中均通电工作,原理接线图如图1所示。
  2.2 双值电容型
  双值电容型是单值电容启动单值型和电容启动并运行型线路的组合,它的两个电容的容量是不相同的,一般大容量的电容是启动电容,较小的那个是运转电容,这种类型的电机容量比较大,原理接线图如图2。

  3 电容运转电机运行过程中的温升分析
  电机的运行过程也是能量变换的过程,在这个过程中损耗的能量多数以热能的形式表现出来。电机的损耗是发热源,它的散热方式主要有热传递、对流和辐射。电机刚开始运行时,各部分的发热一般都用于提高其自身的温度,在其运行一段时间后,它的温度会达到基本平衡,即我们所说的热稳定状态,在半小时内温度变化不超过0.5K。GB 12350的起草单位根据多年的实践经验,在GB 12350-2009的标准引入了最大损耗点的概念,明确了带电容运转电动机的温升负载试验要在最大损耗点处考核,因为这类电机在最大损耗点的温升值一定大于额定点的温升值,GB 12350-2009对这一类电机温升的要求提高了。
  另外,大量的电机试验结果还显示, 电容运转电机的空载温升和负载温升接近,两者的大小不能确定。电容运转的电机,在额定条件下运行时,电机的磁场接近圆形,在空载条件下,电机的磁场偏离圆形很远,为椭圆形。负载条件下的电机和空载条件下的电机,其电流大小和相位都相差很大的,他们在不同条件下的变化规律也不一样,主相电流一般是随负载的增加而增加,副相电流一般是随负载的增加而减小,在大多数情况下,主副绕组的发热成互补状态。在负载条件下,一般主绕组的发热高于副绕组,而在空载条件下,一般副绕组的发热会高于主绕组,两者通过互补,电机的负载温升和空载温升会相互接近。因此,电容运转型的电机空载温升的试验很有必要。

  4最大损耗点的求取
  最大损耗点一般可以根据电机从空载逐渐运行到额定负载的过程中采集的数据求出,GB 12350-2009规定:最大损耗点是电动机从空载到额定负载点运行的过程中,产生最大损耗的运行点。因此,在电机运行过程中,负载要尽可能慢的加,采集的数据也要尽可能的多,然后找出输入功率和输出功率之差的绝对值最大点,此点就是最大损耗点。

  5 电容运转电动机温升试验的一般步骤
  5.1 用测功机法进行温升试验
  有明确额定工作点的电动机采用直接负载法,通过测功机(或负载电动机)给被试电动机施加最大额定点时的负载,在额定频率、额定电压下进行试验。具体的操作步骤如下:
  1)在室温状态下,用数字电桥测量电动机绕组的冷态电阻R1,记录此时的冷却介质温度t1;
  2)用联轴器把电动机与适合的测功机同轴联接;
  3)将热电偶分别布在电动机的轴承附近、内部线以及电容表面等;
  4)调节测功机的负载使电动机在额定输入电压和额定输出功率的条件下运行;
  5)每隔半小时记录一次电动机的输入电压、电流、转矩、转速、功率、机壳温度和环境温度;
  6)试验至电动机机壳温度稳定或者其工作制规定的时间,然后停车,迅速在15s内测取电动机绕组的热态温度R2,并依据标准规定得到此时的冷却介质温度t2,此时还要记录轴承、内部线、电容温度等;
  7)常用电阻法求取绕组的温升值,用电阻法测量绕组温度时,试验前用温度计测得的绕组温度实际上应为冷却介质温度。
  绕组温升可由式(1)计算求得:
                            (1)
  式中:
    ——绕组温升,K;
    ——试验开始时的绕组电阻,单位为欧姆(Ω);
    ——试验结束时的绕组电阻,单位为欧姆(Ω);
    ——试验开始时的绕组温度,单位为摄氏度(℃);
    ——试验结束时的冷却介质温度,单位为摄氏度(℃);。
    ——常数,对铜绕组为234.5;对铝绕组为225,对于铜铝混合绕组,按234.5计算考核。
  5.2 带实际负载进行温升试验
  带实际负载的电动机由于在正常工作时均带有实际负载,这些实际负载对电动机的温升影响较大,因此在进行温升测试时,需带上实际负载在额定频率、额定电压之下进行试验,绕组温升的计算和轴承温度等的测量同5.1。
  5.3 其他情况的温升试验
  如果电机的绕组不便于测量或者由于情况特殊电阻法测量不成立时,那么可以采用热电偶法,热电偶的布点尽量放在绕组上温度可能出现的最高点,然后进行温升试验,记录开始和结束时的温度值,它们的差值就是电机的温升值。
  5.4 空载温升试验
  带电容运转电机在额定电压下进行空载温升试验,绕组温升的计算和轴承温度等的测量同5.1,实际负载的电动机由于实际负载对电动机的温升影响较大,因此不需要进行空载试验。

  6 检测实例
  6.1 样机信息
  现有一电容运转异步电动机,铭牌信息见表1。
  6.2 电机最大损耗点的求取
  把电机装到测功机上之后,接通电源,电机在额定电压和额定频率下运行,从空载逐渐增加测功的负载,负载一直加到额定功率为止,在此期间尽可能多的并且均匀地采集电机的输入功率、输出功率、输出转矩和转速等数据。
  在电机从空载到额定负载的运行过程中,根据电脑软件采集的数据作了输入输出功率之差绝对值的趋势图,如图3所示。
  6.3 电机温升试验
  从图3中可以看出,最大损耗点就在空载点,因此电机的温升试验要在此点考核,也即是空载温升试验,试验在额定频率和额定电压下空载进行,直至达到热稳定,断电后马上测量绕组的热态直流电阻,根据公式计算温升值。
  温升计算结果如表2所示。
 根据GB 12350-2009的温升限值表可知,此电机温升考核合格。

  7 总结
  温升试验的目的是通过实验得到电机绕组、轴承。外壳等发热部件在规定的工作条件下运行并达到温升稳定时的温度或温升值。温升试验用于考核被试电机所用的绝缘材料、生产工艺能否满足电机正常工作及设计寿命的要求。电容运转型电机作为应用比较广泛的电机,其温升值在安全方面起决定性作用,因此需要引起大家的高度重视。

参考文献
[1]才家刚,吴亚旗.电机试验技术及设备手册[M].2版.北京:机械工业出版社,2012.
[2] GB 12350-2009,小功率电动机的安全要求[S].
[3]张文海.单相电容运转电机测试中的一些问题[J]. 微特电机, 1996,(3).

 

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