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GB/T 22670-2018
Test procedures for converter-fed three phase cage induction motors
ICS 29.160.30
K22
中华人民共和国国家标准
代替GB/T 22670-2008
变频器供电三相笼型感应电动机试验方法
2018-09-17发布
2019-04-01实施
国 家 市 场 监 督 管 理 总 局
中国国家标准化管理委员会 发 布
目次
前言 Ⅴ
1 范围 1
2 规范性引用文件 1
3 术语、定义和符号 1
3.1 术语和定义 1
3.2 符号 3
4 试验要求 4
4.1 试验电源 4
4.2 测量仪器 4
4.3 变频器的设置 5
4.4 测量要求 6
5 试验准备 7
5.1 绝缘电阻的测定 7
5.2 绕组在初始(冷)状态下直流端电阻的测定 8
5.3 试验电阻 9
5.4 绕组温度 9
5.5 修正到基准冷却介质温度 9
6 空载试验 10
6.1 空载试验的条件 10
6.2 确定空载电流和空载损耗 10
6.3 确定恒定损耗PC 10
6.4 确定风摩耗Pfw 10
6.5 确定铁耗PFe 11
7 堵转试验 11
7.1 额定频率堵转试验 11
7.2 变频器供电下起动转矩试验 13
8 负载试验 13
8.1 概述 13
8.2 额定负载试验 13
8.3 负载特性曲线 14
8.4 变频器供电电动机负载特性测定 14
9 损耗的确定 15
9.1 概述 15
9.2 铁耗PFe 15
9.3 风摩耗Pfw 15
9.4 负载损耗 15
9.5 负载杂散损耗PLL 16
9.6 总损耗PT 17
10 效率的确定 17
10.1 测试方法 17
10.2 方法2-3-A:试验用变频器供电的损耗求和法 17
10.3 方法2-3-B:特定变频器供电的损耗求和法 19
10.4 方法2-3-C:输入-输出法 19
10.5 方法2-3-D:量热法 20
11 热试验 20
11.1 目的 20
11.2 一般性说明 20
11.3 热试验冷却介质温度的测定 20
11.4 试验结束时冷却介质温度的确定 20
11.5 电机绕组及其他各部分温度的测量 21
11.6 热试验方法 21
11.7 温升 26
11.8 额定负载下绕组工作温度θw 的确定 27
12 最大转矩的测定 28
12.1 概述 28
12.2 测功机或校正过直流电机法 28
12.3 转矩测量仪法 28
12.4 转矩转速仪法 28
12.5 圆图计算法 29
12.6 最大转矩的换算 30
13 最小转矩的测定 30
13.1 概述 30
13.2 测功机或校正过直流电机法 30
13.3 转矩测量仪法 31
13.4 转矩转速仪法 31
13.5 最小转矩的换算 31
14 其他试验 31
14.1 超速试验 31
14.2 噪声的测定 31
14.3 振动的测定 31
14.4 短时过转矩试验 31
14.5 耐电压试验 32
14.6 转动惯量的测定 32
14.7 轴电压的测定 34
14.8 轴承电流测定 34
附录A(规范性附录) 仪器仪表损耗及误差的修正方法 36
附录B(规范性附录) 测功机转矩读数的修正 40
附录C(资料性附录) 感应电机转差率测量 41
附录D(资料性附录) 线性回归分析 42
附录E(资料性附录) 试验用变频器输出电压 43
图1 定额基础要素 2
图2 空载特性曲线 11
图3 堵转特性曲线 12
图4 负载特性曲线 15
图5 剩余损耗数据的修匀 16
图6 降低电流负载法确定ΔθN 23
图7 定子叠频法试验线路图 24
图8 轴电压测量示意图 34
图9 轴承电流测量示意图 35
图A.1 电压表靠近负载端接线原理图 36
图A.2 电流表靠近负载端接线原理图 36
图C.1 转差率测试系统原理框图 41
图E.1 PDS原理图 43
图E.2 电压生成系统原理图 44
图E.3 正弦波电压设定值和线性扩展电压 45
图E.4 电压设定值和扩展的参考电压 45
图E.5 电动机终端电压的脉冲模式 46
图E.6 图E.5放大的标志区 46
图E.7 逆变器滤波终端电压 47
表1 绝缘电阻表的选用 7
表2 基准温度 9
表3 测试方法 17
表4 时间间隔 26
表D.1 线性回归数据表 42
前言
本标准按照GB/T 1.1-2009给出的规则起草。
本标准代替GB/T 22670-2008《变频器供电三相笼型感应电动机试验方法》,与GB/T 22670-
2008相比,主要技术变化如下:
---增加了测量仪器的精度要求(见4.2);
---增加了变频器的设置要求(见4.3);
---修改了效率的试验及计算方法(见第10章,2008年版的第10章)。
本标准由中国电器工业协会提出。
本标准由全国旋转电机标准化技术委员会(SAC/TC26)归口。
本标准起草单位:上海电机系统节能工程技术研究中心有限公司、江苏省特种设备安全监督检验研
究院、江苏大中电机股份有限公司、山东华力电机集团股份有限公司、卧龙电气集团股份有限公司、上海
德驱驰电气有限公司、上海海光电机有限公司、广东瑞荣泵业有限公司、荣成市荣佳动力有限公司、西安
泰富西玛电机有限公司、中车株洲电机有限公司、湘潭电机股份有限公司、中煤科工集团上海有限公司、
浙江金龙电机股份有限公司、江门市江晟电机厂有限公司、浙江沪龙科技股份有限公司、中机国际工程
设计研究院有限责任公司。
本标准主要起草人:王传军、金惟伟、孙小伟、王荷芬、张文斌、刘翠红、陈仙根、孙平飞、姚丙雷、
童陟嵩、陈亘。
本标准所代替标准的历次版本发布情况为:
---GB/T 22670-2008。
变频器供电三相笼型感应电动机试验方法
1 范围
本标准规定了变频器供电三相笼型感应电动机的试验要求、试验前准备、空载试验、堵转试验、负载
试验及损耗和效率的确定、热试验、最大转矩和最小转矩试验等。
本标准适用于变频器供电的三相笼型感应电动机。
本标准不适用于牵引电机。
2 规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文
件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
GB/T 755-2008 旋转电机定额和性能
GB/T 1032-2012 三相异步电动机试验方法
GB/T 10068-2008 轴中心高为56mm及以上电机的机械振动 振动的测量、评定及限值
GB/T 10069.1-2006 旋转电机噪声测定方法及限值 第1部分:旋转电机噪声测定方法
GB/T 18039.4-2017 电磁兼容环境工厂低频传导骚扰的兼容水平
GB/T 21211-2017 等效负载和叠加试验技术 间接法确定旋转电机温升
GB/T 25442-2010 旋转电机(牵引电机除外)确定损耗和效率的试验方法
GB/T 32877-2016 变频器供电交流感应电动机确定损耗和效率的特定试验方法
GB/T 34861-2017 确定大电机各项损耗的专用试验方法
3 术语、定义和符号
3.1 术语和定义
GB/T 755-2008、GB/T 1032-2012、GB/T 32877-2016界定的以及下列术语和定义适用于本
文件。
3.1.1
变频器 converter
由一个或多个电子开关器件和相关元器件,变压器、滤波器、换相辅助器件、控制器、保护和辅助器
件(如有)组成的,用于改变一个或多个电力特性的电力变换装置。
3.1.2
基准定额 baserating
在规定的转速、基频电压和转矩或功率的基准运行点处的定额。[见图1中的点(3)]
说明:
4 试验要求
4.1 试验电源
4.1.1 正弦波试验电源
按GB/T 1032-2012中4.2规定的要求。
4.1.2 变频器电源
电动机的性能与变频器特性密切相关。
电动机应由适合的变频器供电,并在同一个载波频率下进行试验。
4.2 测量仪器
对于交流电动机,除非在本标准中另作规定,应使用三相线电流和线电压的算术平均值。
当试验电动机带载时,输出功率和其他被测量的波动是不可避免的。因此对于每个负载点覆盖一
个时间周期(大约30s)的几个被测量应同时采样并且应使用这些值的平均值来确定效率。
考虑到对交流电动机供电的变频器包含谐波及其对电动机损耗的影响,选择的测试设备在相关频
率范围内应有足够的精确度。
测量温度的仪器应有±1K的准确度。
在电动机输入端测量功率和电流的仪器应满足GB/T 25442-2010中的5.5.2的要求,但由于高频
分量存在,还应满足以下附加要求。
测量频率为50Hz/60Hz时,功率仪表的标称精度应为0.2%及以上;测量频率为fr时,功率仪表
的标称精度至少为0.5%。
fr=10×fsw(PWM变频器输出);
测量范围的选择应充分满足测量的电压和电流范围。
建议将电流和电压直接馈送至功率分析仪。如果需要外接电流传感器,不得使用传统的电流传感
器,而是使用频带宽的分流器或零磁通的电流传感器。
电压测量回路应设置为平均值而非有效值(r.m.s)。
电流传感器和采样通道的带宽范围应至少为0Hz~100kHz。
数字功率仪表的内部滤波器应当关闭。
推荐用三瓦特计法测量功率。二瓦特计法是可以使用的,但应指出的是,并非所有可用的设备都能
够补偿这种方法所可能产生的误差。这种能力可以从设备制造商提供的规格书进行验证。
所有用来传输测量信号的电缆应被屏蔽。
测量电动机输出端的转矩的传感器应满足4.4.4要求。
测量电动机转速和频率的仪表应满足4.4.5要求。
4.3 变频器的设置
4.3.1 概述
对所有的测试方法中所使用的试验用变频器,应根据本标准的要求对变频器参数进行设置。如果
试验时用的是特定变频器和电动机的组合,对于这个特定的应用,变频器的参数要根据特定应用进行设
置。所选择的参数设置应记录在试验报告中。
4.3.2 对额定电压1kV及以下试验用变频器的设置
试验用变频器应理解为与负载电流无关的电压源变频器,设置在额定电压、基波频率(50Hz或
60Hz)下进行试验。
应指出的是,所谓的试验用变频器的工作模式不是任何商业应用所要求的。试验用变频器设置的
目的,仅仅为了与被设计成市售变频器驱动的电动机建立可比的试验条件。
以下是参考条件的定义:
a) 两电平电压源变频器;
b) 无电动机电流反馈控制(如果需要,使无效);
c) 无“滑差补偿”;
d) 除了所需要的测量仪器,在试验用变频器和电动机之间不应安装其他部件以影响输出电压或
输出电流;
e) 电动机基波电压等于电动机在50Hz或60Hz时额定电压UMot=UN(50Hz或60Hz);试验
用变频器的输入电压应设置为使得电动机达到允许的额定电压,并且要避免过调制;同时,变
频器的输入电压不要设置的太高,仅需达到输出额定值即可;
f) 电动机的基波频率等于电动机额定频率fMot=fN(50Hz,60Hz);
g) 当额定输出功率为90kW及以下,调整开关频率fsw为4kHz;
h) 当额定输出功率为90kW以上,调整开关频率fsw为2kHz。
本标准定义试验用变频器的输出级和建立测试方法以检验其适宜性,试验用变频器的输入可以是
合适的交流或直流供电电源。
试验用变频器和电动机之间要用屏蔽电缆进行连接。电缆长度应小于100m,电缆尺寸应根据电
动机功率选择。
4.3.3 用终端设备的变频器进行的试验
当变频器的额定电压高于1kV时,试验用变频器和电缆长度不能指定,这时电动机、电缆和变频
器只能作为一个完整的电力驱动系统来进行测试,因为大功率变频器的脉冲模式随着制造商的不同而
不同,同时在空载和额定负载下脉冲模式也有较大区别。
4.4 测量要求
4.4.1 电压测量
测量端电压的信号线应接到电动机接线端子,如现场不允许这样连接,应计算由此引起的误差并对
读数作校正。取三相电压的算术平均值计算电机性能。
三相电压的对称性应符合GB/T 1032-2012中4.2.1.2的要求。
4.4.2 电流测量
应同时测量电动机的每相线电流,用三相线电流的算术平均值计算电动机的性能。
使用电流互感器时,接入二次回路仪器的总阻抗(包括连接导线)应不超过其额定阻抗值。
对IN< 5A的电动机,除堵转试验外,不应使用电流互感器。
4.4.3 功率测量
应采用一台三相功率表或三台单相功率表测量输入功率。对脉冲频率不高的场合,可忽略电容电
流的影响,也可采用两表(两台单相功率表)法测量三相电动机的输入功率,功率表的电压信号线应接到
绕组引出线端子。
如仪器仪表损耗影响试验结果的准确性,可按附录A对仪器仪表损耗及其误差进行修正。
4.4.4 转矩测量
应使用合适规格的转矩测量仪进行负载试验。
除堵转试验、最大转矩和最小转矩的测量外,转矩传感器至少具有0.2级准确度等级,测量的最小
转矩数应不小于转矩传感器标称转矩的10%,如果转矩传感器准确度等级更高,则允许转矩范围相应扩大。
示例:准确度等级为0.1级的转矩传感器,则允许的最小测试转矩范围为其标称转矩的5%。
采用内联转矩传感器测试电机输出轴端转矩时,可直接读取转矩T;当采用带有底座支架结构的
测功机方式测取轴转矩时,应按照附录B进行转矩修正试验以补偿负载设备的轴承摩擦损耗,这也适
用于转矩传感器与被试电机输出轴之间有轴承的情况,此时转矩T 按式(1)计算。
应将轴系对中和使用弹性联轴器以尽可能少产生寄生负载。
4.4.5 转速和频率的测量
测量频率的仪器应有满量程±0.1%的准确度。转速测量仪的准确度应在0.1r/min以内。
4.4.6 操作程序
在任何试验中,在读取一系列逐步增加或逐步减少的数据时,应注意,不得改变增加或减少的操作
顺序,以避免颠倒试验的进行方向。
4.4.7 安全
由于涉及危险的电流、电压和机械力,对所有试验应采取安全预防措施。所有试验应由有相关知识
和有经验的人员操作。
4.4.8 抗干扰措施
试验时应充分考虑到变频器的干扰辐射对测量的影响,在变频器的安装、试验用电缆线的选用、测
量仪器的选用、测量仪器的电源隔离及系统接地等方面应有抗干扰措施。
5 试验准备
5.1 绝缘电阻的测定
5.1.1 测量时电动机的状态
测量电动机绕组的绝缘电阻时,应分别在实际冷状态下和热状态(热试验后)下进行。检查试验时,
允许在实际冷状态下进行测量。
5.1.2 绝缘电阻表的选用
根据电动机绕组的额定电压,按表1选用绝缘电阻表。
表1 绝缘电阻表的选用 单位为伏特
5.1.3 测量方法
测量绕组绝缘电阻时,如各相绕组的始末端均引出,则应分别测量各绕组对机壳及绕组相互间的绝
缘电阻,这时不参加试验的其他绕组和埋置检温计等元件应与铁芯或机壳作电气连接,机壳应接地。如
三相绕组已在电机内部连接仅引出三个出线端时,则测量所有连在一起的绕组对机壳的绝缘电阻。
绝缘电阻测量结束后,每个回路应对地放电。
5.2 绕组在初始(冷)状态下直流端电阻的测定
5.2.1 初始状态下绕组温度的测定
用温度计测定绕组温度。试验前电机应在室内放置一段时间,用温度计(或埋置检温计)测得的绕
组温度与冷却介质温度之差应不超过2K。对大、中型电机,温度计的放置时间应不少于15min。
按短时工作制(S2工作制)试验的电机,在试验开始时的绕组温度与冷却介质温度之差应不超过5K。
5.2.2 测量方法
绕组出线端U与V,V与 W,W与U间的直流电阻称为端电阻,分别记为Ruv、Rvw和Rwu。绕组直
流断电阻用双臂电桥或单臂电桥测量。电阻在1Ω及以下时,应采用双臂电桥或同等准确度并能消除
测量用导线和接触电阻影响的仪器测量。
当采用自动检测装置或数字式微欧计等仪表测量绕组端电阻时,通过被测绕组的试验电流应不超
过其正常运行时电流的10%,通电时间不应超过1min。若电阻小于0.01Ω,则通过被测绕组的电流不
宜太小。
测量时,电动机的转子静止不动。定子绕组端电阻应在电机的出线端上测量。每一电阻测量三次。
每次读数与三次读数的平均值之差应在平均值的±0.5%范围内,取其算术平均值作为电阻的实际值。
检查试验时,每一电阻可仅测量一次。
5.2.3 相电阻计算
根据测量的端电阻,各相电阻值(Ω)Ru、Rv、Rw 按式(2)、式(3)、式(4)或式(5)、式(6)、式(7)计算:
5.3 试验电阻
绕组电阻R 的单位为欧姆,用恰当的方法测定。R 表示定子绕组的端电阻,热试验结束时电阻的
测定应如GB/T 755-2008中8.6.2.3.3所述的外推法,用尽可能短的时间而非GB/T 755-2008表5
中规定的时间间隔,然后外推到零。
绕组试验温度按5.4确定。
5.4 绕组温度
绕组试验温度按下述一种方法确定(按所列排序):
a) 由5.3所述的外推法求得的额定负载试验电阻RN 确定温度;
注:用于监管目的的检查试验电机不能拆卸,则可以采用测试电阻的方法来代替测试温度。
b) 由埋置检温计(EDT)或热电偶直接测得温度;
c) 根据同一结构和电气设计的完全相同的电机按a)所得的温度确定温度;
d) 若无负载能力时,可按GB/T 21211的5.2或6.2来确定工作温度;
e) 当无法直接测量额定负载试验电阻RN 时,假定绕组温度等于表2中列出的额定热分级下的
基准温度。
如按照低于结构使用的热分级规定额定温升或额定温度,则应按较低的热分级规定其基准温度。
5.5 修正到基准冷却介质温度
试验中记录的绕组电阻值应折算到25℃标准基准温度。将绕组电阻(和笼型感应电机的转差率)
修正到25℃标准基准冷却介质温度。
绕组电阻的温度修正系数按式(11)确定:
对以水为初级或次级冷却介质的电机,水的基准温度按GB/T 755-2008中表4的规定为25℃。
也可为据协议规定的其他数值。
6 空载试验
6.1 空载试验的条件
空载试验是指电机作为空载电动机运行,其轴端无有效机械功率输出的试验。
在读取并记录试验数据之前,电机的输入功率应稳定,即相隔30min输入功率的相继两个读数之
差应不大于前一个读数的3%。
对水-空冷却电机,在热试验(或负载试验)后应立即切断水源。
空载试验应在热态下进行,即在热试验或者负载试验后立即进行。
检查试验时,空载运转的时间可适当缩短。
6.2 确定空载电流和空载损耗
试验应测试下述8个电压点,其中包括额定电压点,即:
---应采用约为额定电压的110%、100%、95%和90%等作为试验电压值来确定铁耗;
---应采用约为额定电压的60%、50%、40%和30%等作为试验电压值来确定风摩耗。
试验应按电压逐渐减小的次序尽可能快地进行,在每个电压点记录:U0、I0、P0。
空载试验即将开始前和空载试验结束后应立即测试定子绕组端电阻R0,中间各试验点的定子绕组
电阻值按照与电功率P0 呈线性关系采用内插法计算确定,起始点为试验前和试验后测得的电阻值。
注1:如定子绕组端电阻过低难以测试,允许采用计算值。
注2:也可采用在定子绕组上预置测温传感器,通过测试定子绕组温度来确定其电阻值。即,根据温度与电阻成比
例关系,利用试验开始前测得的绕组初始端电阻和初始温度及测取的每点温度,可确定每个电压点处的端电阻。
在110%额定电压至30%额定电压范围内,作P0 和I0 对U0 的关系曲线,即空载特性曲线。
从曲线上求取U0=UN 时的I0、P0。
检查试验时,可仅测取U0=UN 时的I0 和P0。
6.3 确定恒定损耗PC
空载输入功率减去试验温度下的定子损耗,即是恒定损耗,恒定损耗是风摩耗和铁耗的总和,根据
记录的试验数据按式(12)确定各试验电压点的恒定损耗。
PC=P0-Ps=Pfw+PFe (12)
式中Ps按式(13)计算。
Ps=1.5I20R0 (13)
式中R0根据6.2确定。
6.4 确定风摩耗Pfw
对约60%额定电压至30%额定电压点范围内的4个或更多的连续测试点值,作PC 对U20 的曲线
(见图2),将此直线延长至零电压,零电压处纵轴上的截距即为在接近同步转速下的风摩耗Pfw0。
修正后的风摩耗按式(14)计算。
6.5 确定铁耗PFe
对90%额定电压和110%额定电压之间的各电压点,作PFe=PC-Pfw对U0 的关系曲线。
负载下的铁耗应根据内压Ui来确定,Ui考虑了定子绕组产生的电阻压降,并按式(16)计算:
7 堵转试验
7.1 额定频率堵转试验
7.1.1 堵转电流、堵转转矩和堵转功率的测定
堵转试验在电机接近实际冷状态下由正弦波电源供电。试验时,应将转子堵住不转动。
测取堵转特性曲线,即堵转电流IK、堵转转矩TK 与外施电压UK 的关系曲线(见图3)。
图3 堵转特性曲线
试验时,施于定子绕组的电压尽可能从不低于0.9倍额定电压开始,然后逐步降低电压至定子电流
接近额定电流为止,其间共测取5点~7点读数。每点应同时测取下列数值:UK、IK、TK、PK 及绕组温
度θK。每点读数时,通电持续时间应不超过10s,以免绕组过热。
检查试验时,可仅在额定电流值附近测取一点堵转时的UK、IK 和PK。
如限于设备,对100kW 以下的电动机,堵转试验时的最大IK 应不低于4.5倍IN;对100kW~
300kW 的电动机,应不低于2.5倍~4.0倍IN;对300kW~500kW 的电动机,应不低于1.5倍~
2.0倍IN;对500kW以上的电动机,应不低于1.0倍~1.5倍IN。在最大电流至额定电流范围内,均匀
地测取不少于4点读数。
对100kW以上的电动机,如限于设备不能实测转......
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