直流电机的短路测试与直流电机电枢电流变化率测试电路

　　电机（英文：Electric machinery，俗称“马达”）是指依据电磁感应定律实现电能转换或传递的一种电磁装置。在电路中用字母M（旧标准用D）表示。它的主要作用是产生驱动转矩，作为用电器或各种机械的动力源。发电机在电路中用字母G表示。它的主要作用是利用电能转化为机械能。

　　直流电机（direct current machine）是指能将直流电能转换成机械能（直流电动机）或将机械能转换成直流电能（直流发电机）的旋转电机。它是能实现直流电能和机械能互相转换的电机。当它作电动机运行时是直流电动机，将电能转换为机械能；作发电机运行时是直流发电机，将机械能转换为电能。

　　

　　直流电机短路实验方法

　　由于直流电机在短路运行时的自励作用，将使电枢电流达到很大数值，可能使电机受到损害。为保证电机可靠运行及稳定的调节，必须对直流电机进行短路试验，下面本文根据国标规定的直流电机试验方法对直流电机短路试验进行介绍。

　　1、具有串励绕组的电机在发电机方式下的短路试验方法

　　电机接成他励，串励绕组反向接入（差复励）。用感应法检查其极性，在电机静止时，主极绕组中交替地接通、断开励磁电流（应不超过额定值的20%），用直流电压表在串励绕组两端测量其感应电势的极性（图1a），如在接通励磁电流瞬时串励绕组中的感应电势使电压表正向偏转，则主极绕组中接通电源正端和串励绕组中接电压表的正端为同极性。

　　将被试电机按空载发电机方式运行，励磁电源的极性与前相同，用电压表测电枢两端电压的极性，然后停机将串励的正端与空载发电机电压的负端相连接，此时串励绕组即为反向接入（图1b）。

　　

　　2、在发电机方式下用功率扩大机控制励磁的短路试验方法

　　

　　Ak1——控制绕组，扩大机的主励磁绕组；Ak2——控制绕组，由于扩大机剩磁电压较高，用以减小其剩磁；Ak3——控制绕组，用以抑制自励作用

　　在发电机方式下用功率扩大机控制励磁的短路方法试验原理图如上图2所示，按照图2所示负载试验时R4应短接。

　　如果没有功率扩大机，可用复励直流发电机代替，将其串励绕组代替Ak3，接成差复励，或者用两台串联（其电势方向相反）的励磁机供被试电机励磁（如图3所示）。

　　

　　3、临时缠绕串励绕组的短路试验方法

　　在主极上临时缠绕一个串励绕组，其极性仍用感应法确定（图4）。

　　

　　4、将一半主极绕组反接的短路试验方法

　　将并励或串励（对串励电机）绕组分成相同的两组，一组他励（为防止剩磁电压使发电机短路时冲击电流太大，励磁方法应与剩磁方向相反），另一组则并联在电枢两端（图5）。

　　

　　上述四种方法，不但在发电机方式下短路时是必需的，而且在大功率的直流电机作负载试验时，为使其安全可靠地调节，稳定地运行，也是常采用的，第一种和第三种短路试验方法适用于回馈运行时的辅助电机，第二种短路试验方法适用于被试电机及辅助电机。

　　直流电机电枢电流变化率测定电流及计算方法

　　直流电机电枢电流变化率是与换向级磁通密切相关的物理量，在直流电机测试中是一项重要被测参量，在电机故障诊断检测中对电枢电流变化率进行测试可以有效的帮助被试电机故障分析。下面本文根据直流电机测试方法对电枢电流变化率测定电路及计算方法进行介绍。

　　1、电枢电流变化率测定方法

　　电枢电流的最大变化率必须在电机允许的换向火花等级下测定。测定时，保持励磁电压不变，对复励电机应将串励绕组断开，对串励电机应有独立的直流电源作他励励磁。

　　

　　Rad——电机接线端接入电阻；

　　Lad——电机接线端接入电感；

　　S——回路开关。

　　当电机在电动机状态下空载运行达到额定转速时，断开电机电枢电源并将适当的电阻器和电抗器接入电枢回路，使电机处于能耗制动状态，同时进行换向检查，如果换向火花等级不是电机运行的等级，就要改变试验线路的参数反复进行测试，一直得到最大运行的电流变化率。改变电路参数可改变外接电阻器或电抗器的数值，也可以在测试前预先调节励磁电流的数值。

　　

　　采用波形采集记录设备记录电流波形，从而得到电流变化率曲线，下图所示为电流变化率曲线。

　　

　　2、电枢电流变化率测试结果的计算

　　电流变化的平均速率由下式计算：

　　

　　初始电流变化率由下式求取：

　　

　　式中：T=3t，是电流从零增加到95%Imax的时间，s；

　　

　　式中：

　　Lac和Rac为电机内电枢回路的电感和电阻值；

　　Lad和Rad为电机出线端接入的电感和电阻值。

　　3、电枢电流变化率测试电路参数的估算

　　所需制动电阻值的初步估算，按下式计算：