4.5绕组匝间耐冲击电压试验

电机绕组的匝间绝缘耐冲击电压试验是成品试验的一个规定项目。但当整机试验有困难时，允许在装配前以绕线转子绕组和压入机壳后的
定子绕组进行试验，代替整机的本项试验。

试验仪器的类型、工作原理和使用方法类型

对绕组进行本项试验所用仪器简称为“匝间仪”。其规格按输出最高电压(峰值)划分，常用的有3 kV、5 kV、6 kV、10 kV、15 kV、35 kV等几
种。应按被试电机额定电压的高低、容量的大小、使用条件等相关要求进行选择。

如图4-7所示是几种国产匝件仪的外形。输出引线有三相四线或三相三线两种。

仪器的工作原理和试验原理

了解仪器的工作原理和试验原理将有利于分析试验结果和异常现象的原因。1)尺-L-C电路的放电波形

根据电工原理,在一个K-L-C电路中，若给电路中的电感L施加一个电压，然后将一个电容与电感和电阻串联形成一个闭合的回路，则在一定条件下.在这个回路中就会有电流来回流动.其动力是来自电感在被施加电压时产生的自感电动势和电容的充放电作用，如图4-8a所示。
当尺<2 /ETC时，电压的曲线为一个振荡的曲线(在电动机的等效电路中，因为直流电阻R远小于电抗= 2tt/L，所以会符合上面的振荡条
件）。若用示波器在电容或电感两端采集电压的变化情况.就会得到一个如图4-8b给出的波形，该波形被简称为“放电波形”。

这个“放电波形”的幅值、频率以及放电时间的长短，与电路中的电感L( H)、电容C(F)、电阻(⑴三个参数各自的大小有关。

曲线上下包络线分别为« =竺L/0e—和《 =—箜L/oej'(4-17)CL)    CO

式中％ 电路的固有振荡角频率，％(rad/s);

⑴一一电路中电压（电流)的振荡角频率(rad/s);

U0—初始电压(V);

e—自然常数（自然对数的底），e=l +V(l!) + l/(2!) +

l/(3!)+l/(4!H  ^1/(»!)〜2.718 3，其中》!=1父2父

3X…X(«—l)Xn;

这—波形衰减系数，3=

t 时间(s)。

2)仪器的工作原理

尽管不同类型的仪器有不同的结构，但其工作原理是基本相同的《图4-9给出了匝间试验仪的工作原理线路图（有些品种使用晶闸管代替
图中的闸流管，还有的品种使用一只闸流管,其后用一个高压真空继电器切换与两套绕组的连接，但工作原理是相同的，所以不影响下面的分析）。

从图4-9可知.试验时,仪器给电机两个定子绕组轮换着加相同波形和峰值的冲击电压，并由示波器在其屏幕同一坐标系上显示这两个绕
组的振荡衰减放电波形曲线(简称“放电曲线”)。若这两个绕组的电磁参数（匝数.V、直流电阻尺、尺寸形状、磁路参数、电容量等）完全相同（即图中的的、_rls = jr2S、~rim = ^2m)，则其放电曲线在幅值和振荡周期上都会完全相同.从而在屏幕上完全重合，即只看到一条曲线;若这两个绕组的电磁参数不完全相同（如匝数不相等、磁路磁阻不相等、电容量不相同等）.则其放电曲线就会有差异(或频率不同，或幅值不同），

从而在屏幕上不完全重合，即可看到两条不同的曲线。由上述理论可以看出.这种试验属于对比试验。

试验所用的这两个绕组，对三相电机定子或转子，可为其任意两相。按设计完全相同的两个绕组中，若其中一个绕组的某些线匝之间绝

缘由于破损而形成了电的通路，则相当于减少了总匝数.这就造成了两个绕组有效电磁参数的不同，从而得到两个不同的放电波形曲线。

匝间仪使用方法及注意事项

不同厂家或不同规格的仪器使用方法是有所不同的，但其主要操作 过程是相同的。现简述如下。

将仪器可靠接地。被试品可接地，也可不接地(有特殊要求者除 夕卜）。但如采用接地方式，则必须连接可靠，不得虚接，否则在试验时可能 出现杂乱波形，影响对试验结果的判断。

接通电源，打开仪器电源开关。

仪器预热一段时间（一般为5〜10 min)后，其内部时间继电器接 通高压电路.此时高压指示灯亮。仪器需预热的原因是其使用了电子管 式闸流管，其灯丝需要加热到一定温度后才能工作。若用晶体闸流管.则 无需预热。

预热完成后.高压指示灯点亮，则可对电机进行加压试验。

调整好示波器图像（未加电压前是一条水平直线）的位置和亮 度、清晰度;按被试电机所需电压设定显示电压波形的比例（每格电压 数）。用其自校功能键核定调出的电压波形和设定电压比例的一致性。 有些类型的仪器具有数字显示试验电压的仪表，可直接读数。

按电机或绕组类型选择接线方法，并接好线。

闭合高压开关，给被试绕组加冲击电压。观察示波器显示的波 形。判断是否有匝间短路等故障。

关断高压开关。对被试绕组对地放电后，拆下引接线。

试验全部完成后，关断电源开关。

交流低压电机散嵌绕组试验方法及试验电压限值

这里所说的“低压电机”，是指额定电压为1 MO V及以下的交流电 机。相关标准为GB/T 22719.1 —2008《交流低压电机散嵌绕组匝间绝缘 第1部分：试验方法》。

试验接线方法

三相绕组6个线端都引出时，可按如图4- l〇_a所示接法，称为相 接法，它较适用于无换相装置的老式两相三线匝间仪（现已很少使用），并 需人工倒相。

三相绕组已接成Y形或△形时，则可按如图4- 10b、c、d、e所示 的方法接线。

冲击电压输入方向

冲击试验电压的输人方向应根据运行时电源与电机接线端子的实际接线方式进行选择。对具有一种额定电压的单速电机，若接线方向固定（如电机绕组内部已接成了 Y或△),冲击试验电压应从接电源端子输入绕组;若其有多种接线方式而电源进线方向不固定（如可从U1、VI、W1端子进线，也可从U2、V2、W2端子进线），冲击试验电压应分别从可能的几种电源进

线方向输人绕组。

对具有多种额定电压的单速电机，冲击电压应从每种额定电压的接线方式及可能的几种电源进线方向输人绕组。对变极多速电机，冲击电压应从每种转速的接线方式及可能的

每种电源进线方向输人绕组。

试验电压限值和时间

相关标准为GB/T 22719. 2—2008《交流低压电机散嵌绕组匝间绝缘
第2部分：试验限值》。

1)试验电压（峰值）

对组装后的电机试验时，所加冲击电压(峰值)按式(4 - 18)计算。计
算值修约到百伏。

Uz = V2KU〇  (4-18)

式中K——电机运行系数(表4-4);

UG——耐交流电压值(V)(参见4. 6. 2.1中的表4 - 5)。

例如，对一般运行的电机，当L7_n = 380(V)时，L/_g = 2[/_n + 1 000=2X 380+1000=176CKV)，则LT_Z = ^2 X 1 X 1 760 = 2 464 (V)

修约到百伏后为2 500 V。

在电机绕组嵌线和接线后浸漆前(俗称“白坯”)或浸漆后组装前进行 试验时，所加冲击电压值可不同于式(4-18)计算所得值。增减比例由生 产厂自定，一般取式(4-18)计算值的85%〜95%。

2)试验时间

标准中规定施加冲击电压3〜5次，但因该仪器的冲击次数较难人工 辨别,所以实际操作时一般控制在1〜3 s,有必要时，还可适当加长。

利用曲线状态人工判定试验结果的方法

从前面的叙述可知.当采用双绕组对比法进行试验时.若两个绕组都 正常时，两条曲线将完全重合，即在屏幕上只看到一条曲线.如图4-11a 所示。

若两条曲线不完全重合.则有可能是被试的两个绕组存在匝间短路 故障或磁路参数存在差异.也可能是仪器和接线方面的故障造成的。下面给出几种典型的情况供参考。因不同规格或不同厂家生产的匝间仪对绕组的同一种故障的反应会有所不同；另外.对三相绕组，不同的接线方式也会出现不同的反映，所以很难给出一个通用的判定标准。读者应不 断通过试验总结经验,得出自己可行的判定标准。

1）两条曲线都很平稳,但有小量差异

如图4 - lib所示，这可能是由下述原因造成的。

（1）和总匝数相比而言，有少量的匝间已完全短路(或称金属短路）。

（2）若被试电机这一个规格都存在这种现象，则很可能是由于磁路 不均匀造成的.如槽距不均、定转子之间的气隙不均、铁心导磁性能在各 个方向不一致等原因造成的，拆出转子后再进行试验，若曲线变为正常状 态，则说明定子绕组没有问题^

（3）对于有较多匝数的绕组，也可能是其中一相绕组匝数略多或略 少于正常值。

（4）对于多股并绕的线圈，在连线时，有的线股没有接上或结点接触 电阻较大，此时两个绕组的直流电阻也会有一定差异。

（5）三相绕组因导线材料和绕制线圈、端部整形等操作工艺波动，造 成电阻或电抗(主要是漏电抗)的少量差异。

（6）由两个闸流管组成的匝间仪，在使用较长时间后，会因两个闸流 管或相关电路元件(如电容器的电容量及泄漏电流值等)参数的变化造成 输出电压有所不同,从而使两条放电曲线产生一个较小的差异，此时.对 每次试验(如三相电机的三次试验)都将有相同的反应，但应注意，该反应 对容量较大的电机会较大，对容量较小的电机可能不明显。

（7）仪器未调整好，造成未加电压时两条曲线就不重合。

2）两条曲线都很平稳，但差异较大

如图4 - 11c所示，这可能是由下述原因造成的。

（1）两个绕组匝数相差较多或其中一个绕组内部相距较远(从理论上讲较远.但实际空间距离是零）的两匝或几匝已完全短路此时两个绕组的直流电阻也会有一定差异。

（2）两个绕组匝数相同，但有一个绕组中的个别线圈存在头尾反接现象。

3）—条曲线平稳并正常，另一条曲线出现杂乱的尖波

如图4- lid所示，这可能是由下述原因造成的。

(1)曲线出现杂乱尖波的那相绕组内部存在似接非接的匝间短路， 在高电压的作用下.短路点产生电火花.如发生在绕组端部，则可能看到 蓝色的火花，并能听到“啪”“啪”的放电声，可通过一根绝缘杆测听。

(2)仪器接线松动或虚接。

4)两条曲线都出现杂乱的尖波

如图4-lie所示，这可能是由下述原因造成的。

被试的两套绕组都存在匝间短路故障。

当铁心采用接地方式放置时，接地点松动不实。

利用波形面积差和波形差的面积大小判断试验结果

波形面积差和波形差的面积的定义
在自动检测系统中，可由计算机自动判断试验结果的好坏。此时可利用两条曲线的幅值差或振荡周期差，也可利用两条试验波形面积差或
波形差的面积进行计算比较.推荐选择波形差的面积做计算比较。

(1)波形面积差是指在任意指定的比较判别区域内，两条试验波形曲线各自与横坐标(时间轴/)之间所包面积之差，如图4 _ 12a所示。

(2)波形差的面积是指在任意指定的比较判别区域内，两条试验波 形曲线之间的面积，如图4-12b所示。

试验波形差异量的允许值及其设定

GB/T 22719. 2—2008《交流低压电机散嵌绕组匝间绝缘第2部分：试验限值》中附录A给出了电机绕组和线圈匝间耐电压试验波形差异量的允许值及其设定方法。

抽样及预试验

从被试电机中任取10台电机绕组作为试验样本（样本容量 n=10)。以每台电机绕组作为试验样本单位(试验个体)。

试验样本应与需做自动判别设定的某批电机绕组（试验总体）相 一致，两者具有相同的规格、相同的材料、相同的工艺和相同的工艺

特征。

试验样本的匝间绝缘应先按本标准规定的冲击试验电压峰值进行冲 击电压试验。每个试验个体的试验波形显示均为JB/T 9615.1《交流低压 电机散嵌绕组匝间绝缘试验方法》中规定的“正常无故障波形”。否则应补取试验个体重新试验，直至达到规定的样本容量。个体试验波形差异量根据GB/T 22719. 1 —2008中规定的试验接线方法，按本标准(GB/T 22719. 2—2008)规定测量每个试验个体各次试验波形的差异 量X。

取每台电机绕组各次试验波形的差异量X(绝对值）中最大值作为该个体的试验波形差异量X。样本试验波形差异平均值叉：将测得的10个试验个体的试验波形差异量X,按式 (4 - 19)计算样本试验波形差异量的平均值又。2x,.X=^—  (4-19)n

标准差S:按小样本标准差S的检算公式(4-20)，计算样本试验 波形差异量的标准差S。

/i； (x,-x)²

H'—i  (⁴-²⁰⁾

总体试验波形差异量的允许值及其判别设定

总体试验波形差异量的允许值为样本标准差S与各试验f体的试验 波形差异量中最大值X;max或样本试验波形差异量的平均值又之和。

优先推荐采用样本标准差S与样本试验波形差异量的平均值文之和。

以总体试验波形差异量的允许值作为该批被试电机绕组(总体）匝间绝缘冲击耐电压试验时自动判别的设定值。

实际应用问题——用比值的大小来自动判定是否合格以下内容需参考图4-12。

在实际应用时，设定第一个到达最低电压点的波形曲线为正常的标 准曲线（图4- 12中曲线1，其次为第2条曲线)。用计算机采样并计算有关数据，并进行相关计算和给出是否合格的判定结论。

在曲线靠近0 s的一端的一段时间区域内，分别获得两条曲线与 横坐标轴之间所包络的面积(利用积分的方式求得曲线纵坐标各点绝对值之和）。

计算两个面积的差值，即标准给出的“波形面积差”，这个面积 差值与标准曲线（曲线1)所包络面积之比的百分数，称为“面积差值”。

(3>获取区域内两条曲线纵坐标绝对值逐点之差的和（图4-12b中的打剖线部分，即标准给出的“波形差的面积”）。该面积值与标准曲线与横轴之间的所包围的面积之比的百分数，称为“绝对差值”。

根据多次试验数据的统计和相关经验，给出上述两个试验值的 最大限制范围。实际使用时，还应结合人工判定给出最终结论。