一種三相異步電動(dòng)機(jī)在線帶載測試裝置及測試方法
【技術(shù)領(lǐng)域】：
[0001] 本發(fā)明是針對三相異步電動(dòng)機(jī)在線拖動(dòng)負(fù)載系統(tǒng)中，需要對所帶負(fù)載的效率進(jìn)行 測試和三相異步電動(dòng)機(jī)工作特性在線測試的裝置及一種測試的方法。
【背景技術(shù)】：
[0002] 在傳統(tǒng)的三相異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的測試過程中，首先對三相異步電動(dòng)機(jī)的工作 特性進(jìn)行測試，特別是將三相異步電動(dòng)機(jī)的效率作為已知條件，再進(jìn)行拖動(dòng)系統(tǒng)的輸入功 率和所帶負(fù)載的輸出功率的測試，最后計(jì)算出被測負(fù)載的效率。例如：水栗的效率測試、油 栗的效率測試、風(fēng)機(jī)和粉碎機(jī)效率的測試。常用的三相異步電動(dòng)機(jī)效率測試方法有：電動(dòng) 機(jī)的空載及負(fù)載（短路）試驗(yàn)、加裝測功機(jī)測試、加裝轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速測試儀測試。在對三相異 步電動(dòng)機(jī)所帶負(fù)載的效率測試時(shí)，將三相異步電動(dòng)機(jī)與被測負(fù)載拆卸，首先對三相異步電 動(dòng)機(jī)的效率進(jìn)行測試，作為已知條件；再進(jìn)行拖動(dòng)系統(tǒng)的三相異步電動(dòng)機(jī)的輸入功率與所 帶負(fù)載的輸出功率的測試，計(jì)算出系統(tǒng)總的效率，從已知的三相異步電動(dòng)機(jī)的效率求出被 測負(fù)載的效率。由于同型號(hào)、同批次的三相異步電動(dòng)機(jī)工作特性有所不同，效率也存在著差 異。
[0003] 本發(fā)明就是對帶負(fù)載的三相異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的工作特性、特別是針對三相異步電 動(dòng)機(jī)拖動(dòng)負(fù)載的效率進(jìn)行測試時(shí)，設(shè)計(jì)的一種在線帶載的測試裝置和測試方法。在測試時(shí) 不必先將三相異步電動(dòng)機(jī)拆卸，可直接進(jìn)行在線帶載測試，直接求出三相異步電動(dòng)機(jī)所帶 負(fù)載的效率，同時(shí)也可求出三相異步電動(dòng)機(jī)的工作特性。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0004] 鑒于以上分析，本發(fā)明的目的是提供一種三相異步電動(dòng)機(jī)在線帶載測試裝置和測 試方法。
[0005] 本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種三相異步電動(dòng)機(jī)在線帶載測試的裝置，被測負(fù)載的輸出功率已 知時(shí)，可直接求出三相異步電動(dòng)機(jī)所帶負(fù)載的效率。
[0006] 本發(fā)明提供一種新的測試方法，不必將三相異步電動(dòng)機(jī)與被測負(fù)載拆卸后進(jìn)行測 試。
[0007] 本發(fā)明符合國家對三相異步電動(dòng)機(jī)測試的規(guī)定要求。
[0008] 本發(fā)明提供的一種三相異步電動(dòng)機(jī)在線帶載測試系統(tǒng)包括：電源（1)、測試裝置 (2)、被測三相異步電動(dòng)機(jī)（3)、被測負(fù)載（4)、負(fù)載輸出功率（5)、上位機(jī)（6)，如圖1所示。
[0009] 本發(fā)明涉及的測試裝置（2)包括：電壓互感器模塊（a)、電流互感器模塊（b)、A/D 轉(zhuǎn)換模塊（c)、速度檢測模塊（d)、CPU模（e)、顯示模塊LED/LCD(f)、直流電源模塊（g)、串 口模塊（h)、鍵盤模塊（i)組成，測試裝置結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。
[0010] 本發(fā)明涉及的測試方法及其所采取的技術(shù)方案如下：
[0011] 進(jìn)一步地，本方法以三相異步電動(dòng)機(jī)測試圓圖為測試依據(jù)；
[0012] 進(jìn)一步地，本方法在三相異步電動(dòng)機(jī)的額定電壓、額定頻率下進(jìn)行測試；
[0013] 進(jìn)一步地，本方法首先對二相異步電動(dòng)機(jī)的二相直流電阻進(jìn)彳丁測試，取二相電阻 的平均值，作為已知數(shù)據(jù)；
[0014] 進(jìn)一步地，本方法對三相異步電動(dòng)機(jī)帶載運(yùn)行時(shí)的相電壓U、相電流I及轉(zhuǎn)速η進(jìn) 行3次測試，作為已知數(shù)據(jù)；
[0015] 進(jìn)一步地，本方法根據(jù)所測數(shù)據(jù)建立三相異步電動(dòng)機(jī)的圓圖數(shù)學(xué)模型；
[0016] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，根據(jù)圓圖如圖3所示，求出三相異步電動(dòng)機(jī)軸上輸出功 率P2，即線段Bf的大小，計(jì)算出軸上輸出轉(zhuǎn)矩T2，見式①所示。

【附圖說明】：
[0018] 圖1為本發(fā)明設(shè)計(jì)的三相異步電動(dòng)機(jī)在線帶載測試系統(tǒng)框圖。
[0019] 圖2為本發(fā)明設(shè)計(jì)的三相異步電動(dòng)機(jī)在線帶載測試裝置結(jié)構(gòu)框圖。
[0020] 圖3為本發(fā)明設(shè)計(jì)的被試三相異步電動(dòng)機(jī)的圓圖。
[0021] 圖4為本發(fā)明設(shè)計(jì)的測試流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】：
[0022] 為了更清楚地描述本發(fā)明的技術(shù)方案，以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行 詳細(xì)的說明。
[0023] 三相異步電動(dòng)機(jī)在線帶載測試系統(tǒng)如圖1所示：電源（1)、測試裝置（2)、被測三相 異步電動(dòng)機(jī)（3)、被測負(fù)載（4)、負(fù)載輸出功率（5)、上位機(jī)（6);電源（1)連接測試裝置（2)， 測試裝置（2)連接三相異步電動(dòng)機(jī)（3)，被測負(fù)載（4)與三相異步電動(dòng)機(jī)同軸連接，負(fù)載輸 出功率（5)連接被測負(fù)載（4)，上位機(jī)（6)連接測試裝置⑵；電源⑴是三相對稱電源，電 壓、頻率與被測三相異步電動(dòng)機(jī)銘牌數(shù)據(jù)一致，在測試過程中，電壓、頻率保持不變。
[0024] 測試裝置⑵包括：電壓互感器模塊（a)、電流互感器模塊（b)、A/D轉(zhuǎn)換模塊（c)、 速度檢測模塊（d)、CPU模塊（e)、顯示模塊LED/LCD (f)、直流電源模塊（g)、串口模塊（h)、 鍵盤模塊（i)組成，測試裝置結(jié)構(gòu)如圖2所示：
[0025] (1)電壓互感器（a)接入三相電路中，測試U相、V相、W相的電壓值；
[0026] (2)電流互感器（b)接入三相電路中，測試U相、V相、W相的電流值；
[0027] (3)A/D轉(zhuǎn)換模塊（c)進(jìn)行電壓、電流模擬信號(hào)至數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換；電壓互感器 (a)、電流互感器（b)的輸出進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換模塊（c)，A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸出接入CPU (e);
[0028] (4)速度檢測模塊（d)由數(shù)字編碼器和輸出整形電路組成，輸出接入CPU(e);
[0029] (5) CPU模塊（e)可由16位或32位嵌入式智能模塊構(gòu)成；
[0030] (6)顯示模塊（f)可由LED或LCD構(gòu)成，由CPU (e)控制；
[0031] (7)直流電源模塊（g)所供給的直流電源與測試裝置需求的電源一致；
[0032] (8)串口模塊（h)采用232/485通信模式，輸入接CPU (e)的串行接口，輸出與上位 機(jī)⑶連接。
[0033] 建立三相異步電動(dòng)機(jī)圓圖的方法，如圖3所示：
[0034] 靜態(tài)對三相異步電動(dòng)機(jī)三相直流電阻的進(jìn)行測試，取三相平均值，作為三相異步 電動(dòng)機(jī)定子繞組一相直流電阻r1;
[0035] 進(jìn)一步地，將三相異步電動(dòng)機(jī)在額定電壓、額定頻率下帶負(fù)載運(yùn)行，在3種不同大 小的負(fù)載狀態(tài)下，測試對應(yīng)的有效電流值I1U2U3、相電壓與相電流之間相位角Φρ Φ2、Φ3及對應(yīng)的三個(gè)轉(zhuǎn)速Ii1、η2、η3 (換算出電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率Sk S2、S3)及對應(yīng)的三相異步電動(dòng)機(jī)的 輸入功率P1，作為已知數(shù)據(jù)；
[0036] 進(jìn)一步地，通過已知的電流和相位角的大小，確定3個(gè)相對應(yīng)的相電流相量頂點(diǎn) 的座標(biāo)點(diǎn)xl、x2、x3。以電流相量頂點(diǎn)xl、x2、x3三點(diǎn)為已知點(diǎn)，確定一個(gè)圓心點(diǎn)N ;
[0037] 進(jìn)一步地，以N為圓心，線段Nx3為半徑畫圓；圓周的軌跡就是三相異步電動(dòng)機(jī)定 子電流相量的軌跡；圓的直徑為〇 z D，0(Κ就是三相異步電動(dòng)機(jī)空載實(shí)驗(yàn)時(shí)的空載電流的 大小；
[0038] 進(jìn)一步地，根據(jù)三相異步電動(dòng)機(jī)的圓圖，就能確定了三相異步電動(dòng)機(jī)鐵心損耗的 大小hg ;
[0039] 進(jìn)一步地，線段bh乘以功率比例系數(shù)代表三相異步電動(dòng)機(jī)的定子銅損耗的大小， 由定子電流I1與定子繞組被測直流電阻r i求出，即
[0041] 分別用3次測試的電流確定定子繞組的銅損耗的大小，作出轉(zhuǎn)差率S = 土 m的線 段，即O7C/;
[0042] 進(jìn)一步地，計(jì)算轉(zhuǎn)子繞組的銅損耗，確定轉(zhuǎn)差率S = 1的線段。將輸入功率與定子 銅損耗和鐵損耗的差與轉(zhuǎn)差率S相乘就可得出轉(zhuǎn)子銅損耗，再除以功率比例系數(shù)，可得到 轉(zhuǎn)子銅損耗比例大小ab，即
[0043] pCU2 - (P「（pcm+pFE)) X S ③
[0044] 式中：ρευι、ρευ2為定、轉(zhuǎn)子繞組的銅損耗；P 電動(dòng)機(jī)的輸入功率；p FE為電動(dòng)機(jī)的 鐵心損耗；S為電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率；
[0045] 進(jìn)一步地，連接0,a并延長至圓周A點(diǎn)，就是三相異步電動(dòng)機(jī)短路（堵轉(zhuǎn)）實(shí)驗(yàn)的 電流工作點(diǎn)；連接0A，交于虛線于f，線段af大小即表示機(jī)械損耗和附加損耗的值，這樣就 可確定三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械損耗和附加損耗，線段fB的大小就是三相異步電動(dòng)機(jī)軸上 的輸出功率P2;
[0046] 進(jìn)一步地，三相異步電動(dòng)機(jī)的效率計(jì)算可用式④計(jì)算，即
[0048] 以上述圓圖為已知條件，進(jìn)行三相異步電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型的建立，用逼近法找出定 子電流為額定電流時(shí)的對應(yīng)點(diǎn)，作垂線交圓的直徑，就是被測三相異步電動(dòng)機(jī)的額定時(shí)的 功率及對應(yīng)的功率數(shù)據(jù)，繪出異步電動(dòng)機(jī)的效率特性，進(jìn)一步地繪出被測三相異步電動(dòng)機(jī) 的工作特性。
[0049] 圖4所示是為本發(fā)明設(shè)計(jì)的系統(tǒng)測試流程示意圖，包括如下步驟：
[0050] (1)靜態(tài)測試三相異步電動(dòng)機(jī)定子繞組的直流電阻，取三相電阻的平均值；
[0051] (2)輸入三相異步電動(dòng)機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)，包括：額定功率、額定電壓、額定電流、額定 轉(zhuǎn)速、額定效率；
[0052] (3)在不拆卸被測負(fù)載的情況下，