旋渦式自吸電泵電動(dòng)機(jī)空載特性曲線的測(cè)定檢測(cè)

檢測(cè)原理
旋渦式自吸電泵電動(dòng)機(jī)的空載特性曲線，是指在泵體出口閥門完全打開(kāi)、管路負(fù)載近乎為零的條件下，電動(dòng)機(jī)在額定電壓和額定頻率下運(yùn)行時(shí)，其輸入電功率（P1）、定子電流（I）、功率因數(shù)（cosφ）及轉(zhuǎn)速（n）與輸出機(jī)械功率（P2≈0）之間的關(guān)系表征，核心是反映電動(dòng)機(jī)自身的空載性能。其科學(xué)依據(jù)基于電動(dòng)機(jī)的空載運(yùn)行等效電路模型。

當(dāng)電動(dòng)機(jī)空載時(shí)，轉(zhuǎn)差率極小，轉(zhuǎn)子電流近似為零，此時(shí)的輸入功率主要用于克服以下?lián)p耗：

1. 鐵芯損耗（PFe）： 由交變磁場(chǎng)在定子鐵芯中產(chǎn)生的磁滯損耗和渦流損耗。該損耗與電源電壓的平方近似成正比，是空載功率的主要組成部分。

2. 機(jī)械損耗（Pmec）： 包括軸承摩擦損耗、風(fēng)磨損耗等，與轉(zhuǎn)速密切相關(guān)。

3. 定子銅耗（Pcu1）： 空載電流流過(guò)定子繞組產(chǎn)生的電阻損耗?？蛰d電流（I0）主要由建立磁場(chǎng)的磁化電流和提供鐵損、機(jī)械損耗的有功電流分量構(gòu)成。

空載特性曲線的測(cè)定，實(shí)質(zhì)上是通過(guò)分離出鐵耗和機(jī)械損耗，評(píng)估電動(dòng)機(jī)磁路設(shè)計(jì)、制造工藝及軸承裝配的綜合質(zhì)量。空載輸入功率P10 ≈ PFe + Pmec + Pcu1（空載）。通過(guò)測(cè)量不同電壓下的空載特性，可以進(jìn)一步分離鐵耗與機(jī)械損耗。

檢測(cè)項(xiàng)目
系統(tǒng)化的檢測(cè)項(xiàng)目可分為電氣性能參數(shù)、機(jī)械性能參數(shù)和綜合性能參數(shù)三類。

1. 電氣性能參數(shù)：

   • 空載電流（I0）： 各相繞組空載電流值及其不平衡度。

   • 空載輸入功率（P10）： 電動(dòng)機(jī)在空載運(yùn)行時(shí)的總有功功率。

   • 空載功率因數(shù)（cosφ0）： 空載時(shí)的功率因數(shù)值，通常較低。

   • 空載電壓-電流特性曲線： 在額定頻率下，調(diào)節(jié)輸入電壓從125%額定電壓逐步降至低穩(wěn)定運(yùn)行電壓，記錄對(duì)應(yīng)的空載電流，繪制曲線。

   • 空載電壓-功率特性曲線： 同上條件，記錄對(duì)應(yīng)的空載輸入功率，繪制曲線。

2. 機(jī)械性能參數(shù)：

   • 空載轉(zhuǎn)速（n0）： 電動(dòng)機(jī)在空載時(shí)的實(shí)際轉(zhuǎn)速，應(yīng)接近同步轉(zhuǎn)速。

   • 振動(dòng)與噪聲： 在空載條件下，測(cè)量電動(dòng)機(jī)在特定測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)速度有效值和噪聲聲壓級(jí)。

   • 軸承溫升： 空載運(yùn)行至熱穩(wěn)定狀態(tài)后，軸承外殼的溫升。

3. 綜合性能參數(shù)：

   • 鐵耗與機(jī)械損耗的分離： 通過(guò)空載特性曲線分析計(jì)算得出。

   • 空載損耗分析： 對(duì)總空載損耗進(jìn)行構(gòu)成分析，判斷其合理性。

檢測(cè)范圍
該檢測(cè)適用于所有使用旋渦式自吸電泵的行業(yè)領(lǐng)域，對(duì)其核心動(dòng)力部件——電動(dòng)機(jī)進(jìn)行性能評(píng)估與質(zhì)量控制。

• 家用及商用給排水： 如自來(lái)水增壓、熱水循環(huán)、家庭供水等，要求電動(dòng)機(jī)空載電流穩(wěn)定、振動(dòng)噪聲低。

• 農(nóng)業(yè)灌溉： 要求電動(dòng)機(jī)在空載下啟動(dòng)性能良好，效率基礎(chǔ)扎實(shí)。

• 工業(yè)流程： 在化工、制藥、食品加工等領(lǐng)域用于輸送流體，要求電動(dòng)機(jī)空載特性優(yōu)良，以確保負(fù)載下運(yùn)行可靠、溫升可控。

• 制冷與空調(diào)系統(tǒng)： 用于冷卻水循環(huán)，對(duì)電動(dòng)機(jī)的空載噪聲和振動(dòng)有嚴(yán)格要求。

• 水處理行業(yè)： 要求電動(dòng)機(jī)具有穩(wěn)定的空載性能，作為長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行的基礎(chǔ)。

檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)
國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)對(duì)電動(dòng)機(jī)性能，包括空載特性，均有明確規(guī)定。

• 國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)：

  • GB/T 1032-2023《三相異步電動(dòng)機(jī)試驗(yàn)方法》： 這是核心的標(biāo)準(zhǔn)，詳細(xì)規(guī)定了空載特性測(cè)試的試驗(yàn)電源、儀器、環(huán)境條件、試驗(yàn)步驟以及鐵耗機(jī)械耗分離方法。

  • GB 18613-2020《電動(dòng)機(jī)能效限定值及能效等級(jí)》： 雖主要規(guī)定效率，但空載損耗是影響效率的關(guān)鍵因素，其測(cè)試需遵循GB/T 1032。

  • JB/T 8092-2023《小型潛水電泵》： 對(duì)泵用電動(dòng)機(jī)的特殊要求，包含空載檢查。

• 標(biāo)準(zhǔn)：

  • IEC 60034-2-1:2023《旋轉(zhuǎn)電機(jī) 第2-1部分：通過(guò)試驗(yàn)測(cè)量旋轉(zhuǎn)電機(jī)的損耗和效率》： 與GB/T 1032技術(shù)路線基本一致，是通用的方法。

  • IEEE Std 112-2017《三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)測(cè)試導(dǎo)則》： 美國(guó)電氣電子工程師學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)，提供了多種測(cè)試方法，Method B與IEC 60034-2-1類似。

• 對(duì)比分析：

  • 一致性： 主流標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 1032, IEC 60034-2-1, IEEE Std 112）在空載試驗(yàn)的基本原理、損耗分離核心方法上高度一致。

  • 差異性： 在測(cè)試電源的波形畸變率要求、儀表精度等級(jí)、讀數(shù)穩(wěn)定性的判定細(xì)節(jié)上可能存在細(xì)微差別。IEEE Std 112提供了更多樣的效率測(cè)試方法選擇。應(yīng)用時(shí)需根據(jù)產(chǎn)品目標(biāo)市場(chǎng)遵循相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。

檢測(cè)方法
主要采用直接負(fù)載法（空載狀態(tài)）進(jìn)行測(cè)定。

1. 試驗(yàn)準(zhǔn)備：

   • 將電泵與管路系統(tǒng)連接，確保出口閥門可全開(kāi)以實(shí)現(xiàn)空載。

   • 使用經(jīng)校準(zhǔn)的電氣測(cè)量?jī)x器組（功率分析儀或高精度功率計(jì)、電流電壓互感器）。

   • 測(cè)量并記錄環(huán)境溫度、大氣壓力。

   • 確保試驗(yàn)電源電壓、頻率的穩(wěn)定性，波形畸變率符合標(biāo)準(zhǔn)要求（如<5%）。

2. 操作要點(diǎn)：

   • 空載運(yùn)行預(yù)熱： 在額定電壓、額定頻率下啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)，空載運(yùn)行一段時(shí)間（如30分鐘），直至機(jī)械損耗穩(wěn)定。

   • 額定電壓點(diǎn)測(cè)試： 在額定電壓和頻率下，同時(shí)讀取并記錄三相電壓、三相電流、輸入功率、轉(zhuǎn)速。至少讀取5組數(shù)據(jù)取平均值。

   • 空載特性曲線測(cè)定：
     a. 從125%額定電壓開(kāi)始，逐步降低電壓至電流開(kāi)始回升或轉(zhuǎn)速明顯下降的低點(diǎn)（通常約為50%-60%額定電壓）。
     b. 在此范圍內(nèi)，均勻選取不少于8個(gè)電壓點(diǎn)（必須包含額定電壓點(diǎn)）。
     c. 在每個(gè)電壓點(diǎn)下，保持電壓穩(wěn)定，同時(shí)讀取并記錄電壓U0、電流I0、功率P10。轉(zhuǎn)速可僅在額定電壓點(diǎn)附近精確測(cè)量。

   • 安全注意： 高電壓（125%Un）下運(yùn)行時(shí)間應(yīng)盡量短，避免電機(jī)磁路過(guò)飽和發(fā)熱。

檢測(cè)儀器

1. 功率分析儀： 核心設(shè)備。需具備多通道同步測(cè)量能力，能同時(shí)測(cè)量多相電壓、電流、功率、功率因數(shù)、頻率等。關(guān)鍵技術(shù)特點(diǎn)包括高精度（0.1%級(jí)或更高）、寬帶寬、低相位誤差，并能處理非正弦信號(hào)。

2. 電氣測(cè)量?jī)x表組： 若無(wú)功率分析儀，可采用分離的高精度數(shù)字功率計(jì)、真有效值電流表、電壓表，但需確保同步性和精度。

3. 電壓/電流互感器： 用于擴(kuò)展儀器的測(cè)量量程，需保證其精度和角差滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

4. 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)： 自動(dòng)記錄和處理各電壓點(diǎn)下的數(shù)據(jù)，提率和準(zhǔn)確性。

5. 轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x： 非接觸式數(shù)字轉(zhuǎn)速表（如光電式、激光式），精度高，使用方便。

6. 振動(dòng)與噪聲測(cè)量?jī)x： 符合標(biāo)準(zhǔn)的振動(dòng)測(cè)試儀和聲級(jí)計(jì)，用于空載狀態(tài)下的機(jī)械性能檢測(cè)。

結(jié)果分析

1. 數(shù)據(jù)處理：

   • 繪制空載電壓-電流（U0-I0）曲線和空載電壓-功率（U0-P10）曲線。

   • 鐵耗與機(jī)械損耗分離： 采用損耗分離圖法。將不同電壓下的空載輸入功率P10減去對(duì)應(yīng)點(diǎn)的定子銅耗Pcu1（通過(guò)空載電流和定子冷態(tài)電阻計(jì)算），得到鐵耗與機(jī)械損耗之和（PFe + Pmec）。由于機(jī)械損耗Pmec與電壓無(wú)關(guān)，僅與轉(zhuǎn)速有關(guān)（空載轉(zhuǎn)速變化極小，可視為常數(shù)），而鐵耗PFe近似與電壓的平方成正比。以電壓的平方（U0²）為橫坐標(biāo)，（PFe + Pmec）為縱坐標(biāo)繪制曲線，將其延長(zhǎng)至U0=0處，與縱坐標(biāo)的截距即為機(jī)械損耗Pmec。從曲線上讀取額定電壓點(diǎn)對(duì)應(yīng)的（PFe + Pmec）值，減去Pmec，即得額定電壓下的鐵耗PFe。

2. 評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)：

   • 空載電流： 與同規(guī)格型號(hào)電機(jī)的設(shè)計(jì)值或合格樣機(jī)的歷史數(shù)據(jù)對(duì)比。通常，空載電流應(yīng)在額定電流的20%~50%范圍內(nèi)（取決于極數(shù)和功率），且三相空載電流不平衡率不應(yīng)超過(guò)±3%。

   • 空載功率： 反映了電機(jī)的固有損耗。空載輸入功率應(yīng)在設(shè)計(jì)預(yù)期范圍內(nèi)。若偏大，可能源于鐵耗過(guò)高（硅鋼片質(zhì)量差、工藝不佳）或機(jī)械損耗過(guò)大（軸承裝配不當(dāng)、潤(rùn)滑不良）。

   • 空載特性曲線形態(tài)： 空載電流曲線應(yīng)平滑，隨電壓降低而下降?？蛰d功率曲線也應(yīng)平滑變化。曲線出現(xiàn)異常拐點(diǎn)可能意味著磁路局部飽和或存在其他缺陷。

   • 鐵耗與機(jī)械損耗比值： 分離后的鐵耗和機(jī)械損耗應(yīng)處于合理范圍。機(jī)械損耗占比異常高，表明軸承或風(fēng)扇有問(wèn)題；鐵耗異常高，則表明磁路設(shè)計(jì)或鐵芯制造質(zhì)量不佳。

   • 振動(dòng)與噪聲： 應(yīng)符合GB 10068（振動(dòng)）和GB 10069（噪聲）或產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的空載限值。

通過(guò)系統(tǒng)的空載特性測(cè)定與分析，可以深入診斷電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)與制造質(zhì)量，為電泵的整體性能優(yōu)化和可靠性提升提供關(guān)鍵依據(jù)。