朱俊磊 黃天岐 劉鳴濤

（嘉興威凱檢測技術(shù)有限公司 嘉興 314001）

引言

電動機的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩是衡量電動機性能的一個重要指標，電動機堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩如果太小，將直接影響電動機的啟動性能，甚至會導致電動機無法正常啟動而發(fā)生堵轉(zhuǎn)。由于電動機的堵轉(zhuǎn)電流可達到電動機額定電流的7～8倍，時間稍長就可能將電動機燒毀。堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩是指電動機在額定頻率、額定電壓下堵住轉(zhuǎn)子時測得的轉(zhuǎn)矩最小值。對于研發(fā)新型電動機，堵轉(zhuǎn)測試這一步驟必不可少，對于改進設計方案、提升電動機性能，堵轉(zhuǎn)特性曲線提供了重要參數(shù)。本文將分析GB/T 9651-2008《單相異步電動機試驗方法》與GB/T 5171.21-2016《小功率電動機 第21部分:通用試驗方法》中單相電動機的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩測試方法的區(qū)別，以及兩版標準在日常操作中的優(yōu)劣性，并對雙值電容異步電動機堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩測試方法進行詳細介紹。

1 定義

1.1 堵轉(zhuǎn)試驗

GB/T 2009.25-2008《電工術(shù)語 旋轉(zhuǎn)電動機》術(shù)語和定義中第411-53-31條，堵轉(zhuǎn)試驗的定義如下：

為確定堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩及堵轉(zhuǎn)電流在電動機通電而轉(zhuǎn)子堵住時進行的試驗[1]。

1.2 堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩

GB/T 2009.25-2008《電工術(shù)語 旋轉(zhuǎn)電動機》術(shù)語和定義中第411-48-06條，堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩的定義如下：

電動機在額定頻率、額定電壓和轉(zhuǎn)子在其所有角位堵住時所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩的最小測得值[1]。

2 雙值電容異步電動機堵轉(zhuǎn)試驗的測試方法分析

2.1 GB/T 9651-2008測試方法

該標準對于電動機堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩的定義為轉(zhuǎn)子靜止在任意一角度下的最小轉(zhuǎn)矩。

其規(guī)定在測試前，應保證電動機處于冷態(tài)下，并把轉(zhuǎn)子堵住使其不能轉(zhuǎn)動。在進行測試時，先給電動機從0 V緩慢提高電壓，當電動機的電流到達額定電流時，轉(zhuǎn)動電動機的轉(zhuǎn)子或者調(diào)節(jié)機身，使轉(zhuǎn)子與定子產(chǎn)生位移即可，以此測出轉(zhuǎn)子在任意角度下最小堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩和最大堵轉(zhuǎn)電流的兩個點。之后將電動機固定牢固，并使力臂與測力方向保持垂直。然后，分別在最小堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩、最大堵轉(zhuǎn)電流兩個位置施加0.95～1.05倍的額定電壓，之后逐漸減低電壓使電流為電動機額定電流時停止測試，并在其間均勻的取5～7個點，記錄下每個點的電壓、電流和轉(zhuǎn)矩。最后，通過上述5～7個點繪制成堵轉(zhuǎn)特性曲線（圖1所示）[2]。詳見GB/T 9651-2008 第6.4章。

2.2 GB/T 5171.21-2016測試方法

GB/T 9651-2008對于堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩的定義為轉(zhuǎn)子五個等分點上測得的最小轉(zhuǎn)矩。

試驗前，應保證電動機處于冷態(tài)，并將電動機的轉(zhuǎn)子堵住使其不能轉(zhuǎn)動。試驗開始時，先將轉(zhuǎn)子平分成五等分點，即每個點均間隔72 °，之后給電動機施加電壓，使其測試電流到達電動機的額定電流時分別找出五個點中堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩最小和堵轉(zhuǎn)電流最大的兩個點。隨后分別在這兩個點上給電動機施加1.05倍及以上的額定電壓，并逐漸降低電壓到電動機的額定電流。在此其間需均勻的取5～7個點，記錄下每個點時的電壓、電流和轉(zhuǎn)矩，隨后繪制成堵轉(zhuǎn)特性曲線（圖2所示）[3]。詳見GB/T 5171.21-2016 第 8章。

2.3 差異分析

由2.1和2.2對比可知， GB/T 9651-2008與GB/T 5171.21-2016堵轉(zhuǎn)試驗的差異為：

1）堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩定義的區(qū)別： GB/T 9651-2008將堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩定義為轉(zhuǎn)子靜止在任意角度下測得的最小轉(zhuǎn)矩；GB/T 5171.21-2016將堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩定義為轉(zhuǎn)子在360 °機械角度內(nèi)的5個等分位置上測得的最小轉(zhuǎn)矩。

2）測堵轉(zhuǎn)特性曲線時所取最高電壓的區(qū)別：GB/T 9651-2008測特性曲線時電壓需要從不低于0.95～1.05倍額定電壓值開始，之后逐漸降低電壓，當電流接近額定電流時停止；GB/T 5171.21-2016測特性曲線時電壓需要從1.05倍及以上額定電壓值開始，之后降低電動機電壓到堵轉(zhuǎn)電流接近額定電流值時停止。

GB/T 9651-2008與GB/T 5171.21-2016堵轉(zhuǎn)試驗的相同之處為：

1） 試驗都要求電動機處于實際冷態(tài)下進行。

2） 試驗時，都先通過在定子繞組施加低電壓，以使電動機的電流達到額定電流后，找出轉(zhuǎn)子上堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩最小，堵轉(zhuǎn)電流最大的兩個位置。

3） 繪制堵轉(zhuǎn)特性曲線，其間都需測取5～7個點，每點的通電時間都不應超過5 s。

圖1 GB/T 9651-2008電動機堵轉(zhuǎn)特性曲線

圖2 GB/T 5171.21-2016電動機堵轉(zhuǎn)特性曲線

根據(jù)兩版標準對于堵轉(zhuǎn)試驗的異同點，我們發(fā)現(xiàn)GB/T 5171.21-2016并未直接引用GB/T 9651-2008對于堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩的定義。GB/T 9651-2008定義為任意角度下的最小轉(zhuǎn)矩，“任意角度”概念較為寬泛，共需測取多少不同角度的點也無明確要求，在日常測試工作中操作性較低，只能按照測試人員的測試習慣來進行測取最小轉(zhuǎn)矩點；GB/T 5171.21-2016定義為定子5個定分位置上的最小轉(zhuǎn)矩，其對于所測取的點的數(shù)量與位置都有了明確的規(guī)定，在實際測試中有較好的操作性與記錄性，并對測試人員的操作有了規(guī)范。GB/T 9651-2008測取特性曲線時電壓從不低于0.95～1.05倍額定電壓值開始，當取0.95UN時，所繪制的曲線未包含額定電壓所在點；GB/T 5171.21-2016在測特性曲線時，要求從不低于1.05倍的額定電壓開始，因此繪制的曲線更能真實的貼近電動機額定電壓下的堵轉(zhuǎn)狀態(tài)。

由上所述，個人認為GB/T 5171.21-2016中的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩測試方法更加適合日常測試，具有較好的操作性，并且GB/T 5171.21-2016堵轉(zhuǎn)試驗中的測試要求嚴于GB/T 9651-2008，符合GB/T 9651-2008對于堵轉(zhuǎn)試驗的所述，因此GB/T 5171.21-2016中的堵轉(zhuǎn)試驗方法還有較好的通用性。

3 雙值電容異步電動機堵轉(zhuǎn)試驗

3.1 試驗要求與注意事項

雙值電容異步電動機進行堵轉(zhuǎn)試驗時，應先達到以下試驗要求：

1）電動機測量堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩時，應在電動機接近實際冷態(tài)下進行，電動機溫度的升高會影響電動機電流、功率等數(shù)據(jù)的大小。

2）每點讀數(shù)時，通電持續(xù)時間應不超過5 s，以免繞組過熱，但由于雙值電容異步電動機中啟動電容器的特性，其通電時間應不超過啟動電動器的允許通電時間，并與下一次啟動的間隔時間應大于其工作周期。

3）試驗時應將電動機固定牢固，并使力臂處于水平位置，以此保證受力方向與臂長方向成垂直關系。本次試驗所選用的雙值電容異步電動機的參數(shù)如圖3所示。

3.2 試驗方法

測試示意圖如圖4所示，根據(jù)日常工作經(jīng)驗，轉(zhuǎn)子在360 °機械角度內(nèi)的5個等分位置上分別進行堵轉(zhuǎn)所測得的最小轉(zhuǎn)矩與任意角度下所測得的最小轉(zhuǎn)矩并無明顯差距，且實際操作中任意角度操作難度較大，數(shù)據(jù)記錄性較差，GB/T 5171.21-2016堵轉(zhuǎn)試驗方法更適合實際操作且符合GB/T 9651-2008的要求，故本文將按五等分轉(zhuǎn)子圓周的測試方法做詳細介紹。

轉(zhuǎn)子360 °機械角度的5個等分位置即等于將電動機軸的圓周進行五等分，因此可以將電動機軸套上一個已經(jīng)5等分的軸套，如圖5所示。做堵轉(zhuǎn)試驗前，應先測試電動機的轉(zhuǎn)向，轉(zhuǎn)向應符合電動機出廠的轉(zhuǎn)向要求，之后固定好力臂，在電動機的旋轉(zhuǎn)方向一側(cè)放置用于測力的電子天平，并調(diào)節(jié)左右的高度，使力臂與天平的受力方向處于垂直。通過單相穩(wěn)壓源，給雙值電容異步電動機施加額定電壓220 V，由于啟動電容的特性，每次電動機的通電時間不應過長。當電動機運行時，電動機軸帶動力臂轉(zhuǎn)動，電子天平上將會收到一個力F，此力F乘以力臂的長度L，便是該電動機的轉(zhuǎn)矩。每做完一個點，調(diào)整到下一個點時，應重新調(diào)整力臂的水平位置，使其與受力方向垂直，并等待電動機冷卻使機溫接近于冷態(tài)，其間隔時間應至少不少于啟動電容器的工作周期。測試數(shù)據(jù)如表1所示。堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩定義為5個點的測得的最小轉(zhuǎn)矩，因此由表可知該電動機的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩為9.619 N·m，其堵轉(zhuǎn)電流為額定電流的6倍多。

圖3 電動機銘牌

圖4 雙值電容異步電動機堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩測試示意圖

圖5 五等分的軸套

測取電動機堵轉(zhuǎn)特性曲線時，先在其定子繞組上施以低電壓。該電動機電壓加到37 V時，堵轉(zhuǎn)電流接近額定電流5.15 A。保持此電壓，在五個等分點中分別測出堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩最小、堵轉(zhuǎn)電流最大的兩個位置。然后分別在上述兩個位置上從不低于1.05倍額定電壓值開始，本電動機額定電壓220 V，因此應從不低于231 V開始，降低電壓至堵轉(zhuǎn)電流接近額定電流5.15 A為止，在此其間取5～7個點的讀數(shù)，為使曲線平滑，所取點應盡量均勻分布。本次試驗測取了5個點的讀數(shù)，測試數(shù)據(jù)如表2所示，并通過測試數(shù)據(jù)繪制了堵轉(zhuǎn)特性曲線（圖6所示）。

表2 堵轉(zhuǎn)特性曲線測取點的數(shù)值

圖6 雙值電容運轉(zhuǎn)異步電動機堵轉(zhuǎn)特性曲線

4 結(jié)語

本文從堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩的定義、雙值電容異步電動機堵轉(zhuǎn)試驗的測試方法、雙值電容異步電動機堵轉(zhuǎn)試驗、堵轉(zhuǎn)特性曲線的測試四個方面介紹了雙值電容異步電動機堵轉(zhuǎn)試驗的相關知識。介紹并分析了GB/T 9651-2008與GB/T 5171.21-2016中堵轉(zhuǎn)試驗的異同，并結(jié)合實際，根據(jù)日常工作經(jīng)驗得知GB/T 5171.21-2016的測試方法更加適合日常操作。最后根據(jù)GB/T 5171.21-2016的測試方法，實際操作并介紹了雙值電容異步電動機的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩與堵轉(zhuǎn)特性曲線的測取。在測試過程中，我們需注意每次的通電時間不應過長，以免大電流使繞組迅速發(fā)熱，并對后續(xù)的測試數(shù)據(jù)產(chǎn)生較大的影響。