GB/T 5171.21-2016 小功率电动机 第21部分：通用试验方法

ICS29.160.30

K20

中华人民共和国国彖标准

GB/T5171.21—2016

小功率电动机

第21部分:通用试验方法

Smallpowermotors—Part21:Generaltestmethods

2016-08-29发布2017-03-01实施

GB/T5171.21—2016

目次

前言m

i范围1

2规范性引用文件1

3术语和定义、符号1

3.1术语和定义1

3.2符号2

4试验的基本要求4

4.1试验环境条件4

4.2试验电源4

4.3测量仪器的使用5

5试验准备9

5.1绝缘电阻的测定9

5.2冷态绕组温度0】和冷态绕组电阻乩的测定10

6温升试验10

6.1概述10

6.2一般性说明10

6.3温升试验结朿时矽却介质温度的确定10

6.4电动机绕组及其他各部分温度的测量方法11

6.5温升试验方法11

6.6绕组工作温度％的计算13

6.7绕组温升的计算13

6.8修正至基准冷却介质温度13

7效率的测定14

7.1概述14

7.2直接法（A法）14

7.3损耗分析法（B法）16

7.4交流电动机功率因数的计算20

8堵转试验21

9其他试验项目21

9.1尺寸检查21

9.2短时过转矩试验23

9.3最大转矩的测定23

9.4最小转矩的测定24

9.5转动惯量的测定25

9.6永磁电动机的磁稳定性检查26

9.7噪声的测定26

T

GB/T5171.21—2016

9.8振动的测定26

9.9电气强度试验26

9.10重复电气强度试验27

9.11匝间绝缘电气强度试验27

9.12工作温度下的泄漏电流测试27

9.13偶然过电流试验28

9.14超速试验29

9.15防护等级测试29

9.16湿热试验29

9.17其他坏境试验29

9.18其他安全试验29

9.19工作期限试验29

附录A（规范性附录）仪器仪表损耗的修正方法32

附录B（规范性附录）测功机转矩读数修正值Tc的确定34

附录C（规范性附录）热电偶的选择、制备、布置、安装、连接的规范35

附录D（资料性附录）损耗分析法（B法）的试验报告模板37

参考文献39

n

GB/T5171.21—2016

■ir■■i

刖吕

GB/T517K小功率电动机》分为如下部分：

——第1部分:通用技术条件(GB/T5171.1)；

——第2部分:试验方法(GB/T5171.21-5171.28)；

——第21部分:通用试验方法；

——第22部分:永磁无刷直流电动机试验方法；

——第23部分:永磁有刷直流电动机试验方法；

——第24部分:单相异步电动机试验方法；

第25部分:永磁同步电动机试验方法；

——第26部分:单相交流串励电动机试验方法；

——第27部分:外转子电动机试验方法；

——第28部分:可靠性试验方法。

本部分为GB/T5171的第21部分。

本部分按照GB/T1.1—2009给出的规则起草。

本部分由中国电器工业协会提出。

本部分由全国旋转电机标准化技术委员会(SAC/TC26)归口。

本部分起草单位：中国电器科学研究院有限公司、广东威灵电机制造有限公司、北京京仪敬业电工

科技有限公司、威凯检测技术有限公司、卧龙电气集团股份有限公司、开平市三威微电机有限公司、杭州

富生电器股份有限公司、珠海凯邦电机制造有限公司、浙江京马电机有限公司、合肥美的电冰箱有限公

司、浙江联宜电机股份有限公司、威海泰富西玛电机有限公司。

本部分主要起草人:伍云山、张传甲、姚磊、张兵、杨中华、王建乔、周新根、张运昌、漆凌君、朱春富、

李洋、金宇航、孙静。

m

GB/T5171.21—2016

小功率电动机

第21部分：通用试验方法

1范围

GB/T5171的本部分规定了小功率电动机通用试验方法涉及的术语和定义、符号、试验的基本要

求、试验准备、温升试验、效率的测定以及堵转试验等试验项目的试验方法。

本部分适用于GB/T5171.1界定的产品。

本部分未规定的各类型小功率电动机的特殊试验项目、方法，需在该类型小功率电动机的试验方法

标准中作补充规定。

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。

GB755旋转电机定额和性能

GB/T1958产品几何量技术规范（GPS）形状和位置公差检测规定

GB/T2423（所有部分）电工电子产品坏境试验第2部分:试验方法

GB/T2828.1计数抽样检验程序第1部分:按接收质量限（AQL）检索的逐批检验抽样计划

GB/T4942.1旋转电机整体结构的防护等级（IP代码）分级

GB/T5171.1小功率电动机第1部分:通用技术条件

GB/T10069.1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/T12113—2003接触电流和保护导体电流的测量方法

GB12350小功率电动机的安全要求

GB/T12665电机在一般坏境条件下使用的湿热试验要求

GB/T22719.1交流低压电机散嵌绕组匝间绝缘第1部分:试验方法

JB/T10490小功率电动机机械振动一振动测量方法、评定和限值

3术语和定义、符号

3.1术语和定义

GB/T5171.1和GB12350界定的以及下列术语和定义适用于本文件。

3.1.1

效率eiciency

相同单位的输出功率对输入功率之比，通常以百分数表示。

注：改写GB/T2900.25—2008,定义411-53-08,

3.1.2

测功机dynamometer

用于测量施加在被测机器旋转部件上的转矩的设备。该设备能测量并显示转矩和转速，且不限于

轴承座结构。可使用同轴转矩传感器直接测量被测电动机传动轴的转矩。

注：改写GB/T2900.27—2008,定义9.2。

1

GB/T5171.21—2016

3.1.3

热稳定thermalequilibrium

电机发热部件的温升在半小时内的变化不超过1K的状态。

注：改写GB/T2900.25—2008,定义411-51-08,

3.1.4

温升试验temperature-risetest

在规定的运行条件下，确定电机一个或几个部件温升的试验。

[GB/T2900.25—2008,定义411-53-28]

3.1.5

堵转试验locked-rotortest

为确定堵转转矩及堵转电流，在电机通电而转子堵住时进行的试验。

[GB/T2900.25—2008,定义411-53-32]

3.1.6

超速试验over-speedtest

为确定电机转子能否满足规定的超速要求而在电机上进行的试验。

[GB/T2900.25—2008,定义411-53-39]

3.1.7

短时过转矩试验short-timeover-torquetest

确定电动机在规定时间内承受规定过转矩倍数能力的试验。

[GB/T2900.27—2008,定义9.7]

3.1.8

偶然过电流试验accidentalover-currenttest

确定电动机在规定时间内承受规定过电流倍数能力的试验。

ZGB/T2900.27—2008,定义9.9]

3.1.9

工作期限试验operatingtimelimittest

为确定电动机在规定条件下制造厂向用户保证的正常运行期限所进行的试验。

ZGB/T2900.27—2008,定义9.12]

3.1.10

空载试验no-loadtest

电动机运行时轴上无有效机械输出的试验。

3.1.11

比帯电阻line-to-lineresistance

多相交流电动机的每两相电源连接的引岀线端间电阻的算术平均值。

注1：对Y接法三相电机，相电阻是端电阻的0.5倍，对于△接法的三相电动机，相电阻是端电阻的1.5倍。

注2：如无其他注明，7.3中的所有注释和公式均指三相电动机。

3.2符号

下列符号适用于本文件。

COS华功率因数

F——测力计读数(N)

f——电源频率(Hz)

g重力加速度(m/s2)

2

GB/T5171.21—2016

HVF——谐波电压因数

I——电流（A）

Ik——堵转电流（A）

IkN额定电压时的堵转电流（A）

10——空载电流（A）

J转动惯量（kg•m2）

k——绕组导体材料在0匸时电阻温度系数的倒数

对于铜绕组M=234.5；

对于铝绕组M=225；

对于铜铝混合绕组，按怡=234.5计算考核。

k0——绕组电阻、转差率修正至25匸基准冷却介质温度的修正系数

N——测量转差率时检流计指针或示波器波形全摆动次数，或扇形片转动次数

n转速（r/min）

测量P时的电动机转速（r/min）

对应于实际频率时的同步转速（r/min）

P.1亘定损耗（W）

Pfe——铁耗（W）

——摩擦和风阻损耗（W）

P冋——在同步转速的摩擦和风阻损耗（W）

Pk——堵转输入功率（W）

Pn.一一附加负载损耗（W）

Pi,r——杂散损耗（W）

P”——转子绕组损耗（W）

P"——修正至25°C基准冷却介质温度的转子绕组损耗（W）

P,——定子绕组损耗（W）

P“——修正至25°C基准冷却介质温度的定子绕组损耗（W）

Pt——总损耗（W）

Po——空载输入功率（W）

?!——输入功率（W）

Pw——修正至25£基准冷却介质温度的输入功率（W）

Pz——输出功率（W）

P2e——修正后的输出功率（W）

P极对数

——法码与容器的重力（N）

R——绕组电阻

Rn.o——空载试验时（每个电压点）的插值绕组电阻（）

Ro——空载试验时的绕组电阻（）

R】——冷态绕组电阻（）

巳——温升试验时电动机停机后测得绕组电阻或带电测温法测得绕组电阻

r——滑轮与绳索的半径（m）

s——转差率

——修正至25°C基准冷却介质温度的转差率

T——转矩（N•m）

3

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Tc——转矩读数修正值（N•m）

Td——测功机转矩（N-m）

T畑——风摩耗转矩（N•m）

Tk——堵转转矩（N・m）

TkN——额定电压时的堵转转矩（N•m）

Tmnx——最大转矩（N-m）

Tmnxt试验时测得的最大转矩（N•m）

m最小转矩（N•m）

Tmi„t——试验时测得的最小转矩（N•m）

t时间（s）

U——电压（V）

uk——堵转电压（V）

uk0——测定转子等值电阻时的电压（V）

Un——额定电压（V）

U,,——谐波电压的标幺值（以额定电压为基准）

Ug,唉一一最大有效值运行电压（V）

u——空载电压（V）

0——温度（°C）

久一一环境温度（°C）

久一一冷却介质温度（°C）

九——绕组温度（°0

久——测量冷态绕组电阻时的绕组温度（°C）

02——温升试验结束时绕组温度，也称绕组工作温度（°C）

△0——绕组温升（K）

T）效率

4试验的基本要求

4.1试验环境条件

环境温度：15°C~3O°C

相对湿度：45%〜75%

大气压力：86kPa〜106kPa

温升和效率试验时的环境温度：20°C+5J对于装有温控器或热熔断休的电动机，如果有疑问

时，则温升试验时的环境温度保持在23°C±2°C。

注：工作期限试验时的环境条件在该项试验项目的要求中规定。

4.2试验电源

4.2.1交流电源

试验用交流电源的谐波电压因数（HVF）应不超过0.02。进行温升和效率试验时，谐波电压因数

（HVF）应不超过0.015。

HVF值按式（1）计算：

4

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HVF=y；—（1）

T”_2n

式中：

U”——谐波电压的标幺值（以额定电压Un为基值）；

”一一谐波次数（对三相交流电动机不包含3及3的倍数）；

怡=13。

进行温升和效率试验时，试验用交流电源的电压允差应不大于0.5%,交流电源的频率波动应在额

定频率的±0.1%范围内。平均供电频率应在试验要求频率的土0.1%。

4.2.2三相交流电源

对于三相交流电源，除满足4.2.1要求外，三相电压系统的负序分量应小于正序分量的0.5%,且零

序分量的影响应予消除。可用测量电流系统的负序分量来取代测量电压系统的负序分量。电流系统的

负序分量应不超过正序分量的2.5%。

4.2.3直流电源

试验用直流电源设备在标称源电压和每路输出在半额定负载下的输岀电压允差应不大于0.5%；对

于每路输出，在规定的负载范围内和在最不利的电源电压下负载调整率不大于0.2%。

4.3测量仪器的使用

4.3.1总则

试验时的环境条件应在设备制造商推荐的范围内。如果适用，应根据制造商的设备使用说明书对

测量值进行温度修正。

应尽可能选用数字式测量仪器。

由于模拟式测量仪器的准确度通常表示为一个满刻度的百分比数，试验时所选择的测量仪器的量

程应当尽可能像实际值那样小。观测值应该位于仪器量程的三分之一至满刻度范围。

测量仪器的量程，特别是电流传感器，应当适应被测试的电动机的功率。

在负载下测试电动机时，输出功率和其他测量量的缓慢波动难于避免。因此对于每个负载点的许

多瞬时值（通常是几百个瞬时值）应当由一个合适的数字仪表自动在几个波动周期的一段时间，但不超

过15s测得。

4.3.2电量测量

除非另有规定，采用的电气测量仪表的准确度应不低于0.5级。

在测量效率时，采用的电气测量仪表的准确度应不低于0.2级。测量设备在功率因数为1.0时读数

应达到一个0.2%的总不确定度，包括所有使用了的仪表或传感器的误差。

用于堵转试验、非正常试验和类似的大容量的试验的电量测量仪表可以降低一个精度等级。

对于三相交流电动机，除非在本文件中另有说明，应使用线电流和电压的算术平均值。

除堵转试验外，电流的测量不宜使用电流互感器。

采用电流互感器进行测量时，接入副边回路的仪表总阻抗（包括连接导线）应不超过电流互感器的

额定阻抗值。

除非另有规定，所有的电压与电流的测量值都是真有效值。

测量端电压的信号线应尽可能的连接到电动机端子，如果现场情况不允许进行这样的连接,应计算

由此引起的误差并对读数进行校正。

5

GB/T5171.21—2016

对于交流电动机使用交流功率表测量电动机的输入功率。

对于直流电动机使用直流功率表测量电动机的输入功率。也可通过相应电压和电流的测量值进行

计算。

如仪器仪表损耗影响测试结果的准确性，可按附录A对仪器仪表损耗进行修正。

4.3.3转矩测量

用于测量转矩的仪器的准确度应不低于0.5级，在测量效率时应不低于0.2级。测得的最小转矩应

至少为转矩测量仪器额定转矩的10%。如果使用了一个更好等级的测量仪器，允许的转矩范围相应地

扩展。

注：例如，0.1等级意味着转矩测量仪器额定转矩的5%。

•lUDl'L■UaMH.

a）带转矩测量仪的负载电机测量b）测功机测量

图1转矩测量示意图

转矩的测量方法有两大类，如图1所示。

当通过轴承座结构的测功机进行转矩测量时，应当进行转矩修正测试以补偿负载机器的轴承摩擦

等损失。

此时，电动机的转矩丁由式（2）计算：

T-Td+Tr（2）

式中：

Td——负载测试中测功机的转矩读数；

Tc——由于摩擦损失的转矩修正，具体修正办法参见附录B。

在被试电动机为额定转速时，测得的。应不大于被试电动机额定输出的15%。

由于转矩传感器在转子附近，转矩传感器的温度可能比环境温度更高，被公认为对总不确定度有

重大贡献。在这种情况下，温度对不确定度的贡献应该限制为满刻度的0.15%。如果这是不切实际的，

一个适当的温度校正必须应用。

寄生负载应该通过轴的校直调整和柔性的联轴器的使用而被最小化。

4.3.4转速的测量

4.3.4.1总则

转速测量仪表的示值误差应小于转速量程的±0.1%或小于1r/min,取二者误差最小者。

对于异步电动机,也可采用感应线圈法或闪光法进行转差率的测量以取代转速的测量。

电动机转速（转差率）的测量方法主要有：

——数字式转速（或转差率）测量仪；

——感应线圈法；

——转速测量仪测量转差率；

数字频率计；

6

GB/T5171.21—2016

——频闪光仪测试法。

如用感应线圈法或频闪光仪测试法直接测量转差率，其电源应为被试电动机电源。不建议采用影

响电动机运行状态的直接机械接触方法。

4.3.4.2数字式转速（或转差率）测量仪法

在旋转轴上安置一个当电动机旋转时不产生明显负载的光电反射标记、透射光栅盘或磁电感应装

置。由光电传感器或磁电感应器将转速信号变换成脉冲信号。测量仪直接显示出被试电动机的转速

（或转差率）。

4.3.4.3感应线圈法

对异步电动机，可在电动机机壳上放置一只带铁芯的多匝线圈，并与磁电式检流计或阴极示波器连

接。试验时，用秒表测定检流计指针或示波器波形全摆动N次所需的时间/（s）,转差率$按式（3）

计算。

式中：

f——被试电动机的电源频率，单位为赫兹（Hz）。

4.3.4.4转速测量仪测量转差率

试验时，用转速测量仪测量电动机的转速"，并同时用数字频率计测量被试电动机电源的频率f,

转差率s按式（4）计算：

式中：

心对应于被试电动机实际电源频率f时的同步转速，单位为转每分（r/min）。

按式（5）计算：

60X/

(5)

p

式中：

P——被试电动机的极对数。

将式（5）代入式（4）可得到式（6）：

nXP

s—1—(6)

'60X

4.3.4.5数字频率计

使用同步机型测功机进行负载试验时，将数字频率计接至该测功机的定子绕组出线端上，测出测功

机的频率，按式（7）换算成被试电动机的转速"：

P

式中：

ft测得的同步测功机的频率；

P——同步测功机的极对数。

4.3.4.6频闪光仪测试法

对于异步电动机，在电动机转轴的端面上，画出与电动机极数相同数量的扇形片，并用荧光灯或氛

7

GB/T5171.21—2016

灯照明。供给闪光灯具的电源频率应与被试电动机的电源频率相同。试验时，用秒表测定扇形片转动

N次所需的时间/（s）,转差率s按式（8）计算：

4.3.5频率的测量

频率表的准确度等级应不低于0.1级。

4.3.6温度的测量

4.3.6.1总则

温度测量仪器的示值误差限为±1°C。

测量温度的方法主要有：

温度计法；

——热电偶法；

电阻法。

电动机部件表面温度的测量应选取温升最高部位进行测量，温升最高部位不确定时,应适当多布设

若干个点，或使用红外测温仪器予以确定。

4.3.6.2温度计法

温度计包括膨胀式温度计（例如水银温度计和酒精温度计）、半导体温度计及非埋置的热电偶或电

阻温度计。

当用于测量电动机的部件温度时，温度计应紧贴在被测点表面。为测出接触点表面的温度，从被测

点至温度计的热传导应尽可能良好，并用绝热材料覆盖好温度计的测温部分，以免受周围冷却介质的

影响。

当用于测量存在强交变或移动磁场的部位的温度时不应采用水银温度计。

4.3.6.3热电偶法

本方法建议使用在电动机部件表面温度的测量，不建议使用本方法测量绕组的温度。

在采用热电偶测量绕组的温度时应考虑：由于热电偶的读数滞后于绕组的温度变化，当电动机断电

后，热电偶的温度可能还会继续上升，因此电动机绕组的温度应记录其最高温度，该温度可能是断电以

后才能达到。

热电偶的选择、制备、布置、安装、连接的规范见附录C。

4.3.6.4电阻法

电阻法是以绕组的电阻在温度升高后电阻值相应增大的关系来确定绕组的温度，其所测得的是绕

组的平均温度。

电阻法包括直接测量法和带电测量法（参见6.5.3和6.5.4）。

4.3.7绕组电阻的测定

4.3.7.1总则

绕组电阻R可采用双臂电桥、单臂电桥或直流电压表-电流表法等适当的方法确定欧姆值。

对于永磁直流电动机，尺是所有负载电枢电流的线圈的总电阻（电枢、换向片）。

8

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对于多相交流电动机，R是定子或电枢绕组的端电阻。

对于带抽头绕组的电动机，应分别测取主接线端与各抽头接线端之间的电阻。

必要时，温升试验结束时使用直接测量法测得的绕组电阻应以6.5.3规定的外推法确定。

4.3.7.2注意事项

如绕组电阻在1及以下时，应采用双臂电桥进行测量，并应注意消除测量用导线和接触电阻的

影响。

当采用自动检测装置或直流电压表-电流表法测量绕组的电阻时，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%,通电时间应不超过1min。

测量时，电动机的转子静止不动。在电动机的出线端测量各绕组的电阻。

采用直流电压表-电流表法进行测量时，有两种接线方式。图2a）中为调节限流电阻,R为被测

绕组电阻，V为电压表，A为电流表。图2a）适用于电压表内阻与被测电阻之比大于200,图2b）适用于

电压表内阻与被测电阻之比小于200。

图2电压表-电流表法原理接线图

4.3.8其他测量仪器

为确保试验结果的准确，试验过程中用到其他测量仪器也应有足够的准确度，如：

——测力计的准确度应不低于1级；

——確码的准确度应不低于M3等级；

——双臂电桥或单臂电桥的准确度应不低于0.2级；

——兆欧表的准确度应不低于10级；

——电气强度测试仪的输出电压和输岀电流准确度等级应不低于5级；

——泄漏电流测试仪的泄漏电流示值的准确度等级应不低于5级。

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,应分别在实际冷态下和热稳定状态（温升试验后）下进行。出厂试

验时,如无其他规定，允许在实际冷态下进行测量。测量绝缘电阻时应同时测量并记录绕组温度，在实

际冷态下测量时可取周围介质温度作为绕组温度。