專利名稱：一種電動機(jī)效率檢測系統(tǒng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種裝置，具體涉及一種電動機(jī)效率檢測系統(tǒng)裝置。
技術(shù)背景電機(jī)系統(tǒng)量大面廣，節(jié)電潛力巨大?！笆晃濉逼陂g，電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能是“十大重點(diǎn)節(jié)能工程”之一，要求采用高效電動機(jī)設(shè)備替換高耗能電動機(jī)。資料顯示，全國現(xiàn)有各類電機(jī)系統(tǒng)總裝機(jī)容量約4. 2億千瓦，電機(jī)系統(tǒng)用電量約占全國用電量的60%，其中三相異步電動機(jī)的數(shù)量占各種電動機(jī)總數(shù)量的78%以上。而80%以上的電機(jī)產(chǎn)品效率比國外先進(jìn)水平平均低2-3個(gè)百分點(diǎn)。我國目前廣泛應(yīng)用的Y系列電動機(jī)效率平均值為87. 3% ；而美國高效電動機(jī)的效率平均值為90. 3%，其近幾年推出的超高效電動機(jī)的效率平均值更是高達(dá) 91.7%。據(jù)測算，如果在2012年達(dá)到美國超高效率水平，那么我國當(dāng)年新增電動機(jī)的節(jié)能潛力為84. 12億kWh，相當(dāng)于節(jié)約320萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤，約合節(jié)約449萬噸原煤，相當(dāng)于1. 7個(gè) 100萬kW電站的發(fā)電量。顯然，中國電機(jī)系統(tǒng)的能源節(jié)約存在著巨大的提升潛力。為此，建立三相異步電動機(jī)效率檢測中心和加強(qiáng)電動機(jī)效率檢測和評價(jià)是非常必要的。在電動機(jī)效率測試試驗(yàn)中，一般要進(jìn)行空載、負(fù)載、溫升等一系列試驗(yàn)，這些試驗(yàn)對電機(jī)設(shè)計(jì)、制造、使用和節(jié)能認(rèn)證非常重要。傳統(tǒng)的電機(jī)試驗(yàn)中，自動化程度較低，一般采用模擬表和數(shù)字表對電機(jī)在運(yùn)行過程中的各種參量進(jìn)行測定并記錄，通常測試數(shù)據(jù)量和計(jì)算量較大，特別是在不同電壓、負(fù)載不同時(shí)記錄全部輸入、輸出參數(shù)，讀取困難，再加以計(jì)算、曲線擬合等分析工作繁重復(fù)雜，給測試結(jié)果帶來不必要的誤差，測試周期也相對較長。 隨著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動控制技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)也有少數(shù)廠家開發(fā)具有一定自動化程度的電動機(jī)效率檢測系統(tǒng)，但是測試精度較低。
發(fā)明內(nèi)容針對上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種電動機(jī)效率檢測系統(tǒng)裝置，建立基于電能回饋技術(shù)的電動機(jī)效率檢測系統(tǒng)，最大的特點(diǎn)是精度高，節(jié)約電能，操作方便及高可靠性。本發(fā)明提供的一種電動機(jī)效率檢測系統(tǒng)裝置，其改進(jìn)之處在于，所述裝置包括供電單元、整流\逆變單元、控制單元、濾波與無功補(bǔ)償單元、測試單元、負(fù)載和升降平臺；所述濾波與無功補(bǔ)償單元依次與所述供電單元、所述負(fù)載、所述升降平臺和所述整流\逆變單元連接；所述控制單元分別與供電單元中的變頻器、所述測試單元和整流\逆變單元的交 \直流變換器連接；所述負(fù)載分別與所述測試單元和所述升降平臺連接。本發(fā)明提供的第一優(yōu)選方案的裝置，其改進(jìn)之處在于，所述供電單元還包括輸入電源開關(guān)、線路濾波器和變壓器。本發(fā)明提供的第二優(yōu)選方案的裝置，其改進(jìn)之處在于，所述整流\逆變單元還包括交\直流變換器和電流控制、過流保護(hù)裝置；所述交\直流變換器工作在整流狀態(tài)或逆變狀態(tài)。本發(fā)明提供的第三優(yōu)選方案的裝置，其改進(jìn)之處在于，所述控制單元由PLC控制器構(gòu)成。本發(fā)明提供的第四優(yōu)選方案的裝置，其改進(jìn)之處在于，所述濾波與無功補(bǔ)償單元包括接觸器投切的濾波器。本發(fā)明提供的第五優(yōu)選方案的裝置，其改進(jìn)之處在于，所述測試單元包括電阻測試儀、溫度傳感器和高精度功率分析儀。本發(fā)明提供的第六優(yōu)選方案的裝置，其改進(jìn)之處在于，所述負(fù)載包括直流發(fā)電機(jī)。本發(fā)明提供的第七優(yōu)選方案的裝置，其改進(jìn)之處在于，所述升降平臺為液壓傳動機(jī)構(gòu)。與現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明的有益效果為本發(fā)明提高了系統(tǒng)的自動化程度，實(shí)踐證明具有精度高、結(jié)構(gòu)先進(jìn)、配置合理、設(shè)備可靠、操作簡便、測量結(jié)果處理快速等特點(diǎn)。本發(fā)明研究了國內(nèi)外電動機(jī)效率檢測標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)試驗(yàn)方法，確定以美國 IEEE-112B標(biāo)準(zhǔn)為主的電動機(jī)效率檢測方法作為測試裝置的理論計(jì)算依據(jù)。依托該成果， 可以為我國高效電動機(jī)的效率測試和驗(yàn)證提供技術(shù)支撐，為社會高效電動機(jī)的準(zhǔn)入提供依據(jù)。本發(fā)明研究了電能回饋技術(shù)，采用直流電機(jī)作為被試異步電動機(jī)的負(fù)載，通過系統(tǒng)裝置的整流/逆變單元實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)切換，即整流單元可以使直流電機(jī)以電動機(jī)運(yùn)行，而逆變單元使直流電機(jī)以發(fā)電機(jī)運(yùn)行，使得電動機(jī)效率測試系統(tǒng)裝置電能消耗基本為零，形成節(jié)能型綠色測試系統(tǒng)，為國家標(biāo)準(zhǔn)的順利實(shí)施和工業(yè)企業(yè)的節(jié)約用電做出
貝獻(xiàn)。
圖1為本發(fā)明提供的電動機(jī)效率檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；圖2為本發(fā)明提供的直流電機(jī)四象限運(yùn)行原理圖；圖3為本發(fā)明提供的電動機(jī)測試系統(tǒng)PLC控制流程圖；圖4為本發(fā)明提供的電動機(jī)效率檢測軟件結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。本實(shí)施例采用了目前國際最先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備，包括各參量(電壓、電流、頻率、 轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、溫度等)全數(shù)字化的測試系統(tǒng)、全電力電子的拖動系統(tǒng)、節(jié)能型的電能回饋技術(shù)，系統(tǒng)自帶無功補(bǔ)償兼濾波裝置。可以適用目前國際上通用的德國VDE0532、IEC61972、 加拿大CSA C390、美國IEEE 112B等國際先進(jìn)的標(biāo)準(zhǔn)和我國GB18613《中小型三相異步電動機(jī)能效限定值及節(jié)能評價(jià)值》標(biāo)準(zhǔn)。該測試系統(tǒng)采用直流電機(jī)作為被試電機(jī)的負(fù)載，可實(shí)現(xiàn)被試電動機(jī)的數(shù)字化控制，同時(shí)將直流電機(jī)作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行，將發(fā)出的電能反饋給電網(wǎng)， 形成一個(gè)閉環(huán)的節(jié)能型測試系統(tǒng)。如對一臺^kW電機(jī)進(jìn)行全負(fù)荷實(shí)驗(yàn)，實(shí)際從系統(tǒng)吸收的電流僅為21A，大部分電能通過逆變器回饋到電源。在電動機(jī)測試中，首先通過直流電機(jī)控制器調(diào)節(jié)直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速，帶動被試電機(jī)運(yùn)行到額定轉(zhuǎn)速，以免被測電機(jī)直接啟動產(chǎn)生較大的電流沖擊，提高測試工作的安全性。電動機(jī)效率測試系統(tǒng)示意圖詳見圖1。本實(shí)施例特點(diǎn)主要包括以下幾個(gè)部分(1)供電單元由輸入電源開關(guān)、線路濾波器、頻率變換器(50/60HZ)、濾波器、變壓器設(shè)備組成，輸出頻率50Hz或60Hz，輸出電壓的調(diào)整范圍為40V 600V。(2)整流/逆變單元整流/逆變單元由交/直流變換器和相應(yīng)的控制、保護(hù)裝置組成。變換器可以根據(jù)需要工作在整流狀態(tài)(直流電機(jī)以電動機(jī)運(yùn)行)或逆變狀態(tài)(直流電機(jī)以發(fā)電機(jī)運(yùn)行)；(3) PLC控制單元完成全套設(shè)備的邏輯和保護(hù)功能；(4)濾波與無功補(bǔ)償單元采用接觸器投切的濾波器，根據(jù)實(shí)驗(yàn)過程中所需無功功率的大小進(jìn)行補(bǔ)償?shù)耐肚校ＷC輸入功率因數(shù)在0. 9以上。(5)測試系統(tǒng)單元測試系統(tǒng)單元包括電阻測量、溫度測量、功率測量(電壓、電流、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩)和綜合數(shù)據(jù)處理。其中，綜合數(shù)據(jù)處理由兩臺工業(yè)控制計(jì)算機(jī)(M-PC和 Α-PC)以及相應(yīng)的測試軟件組成，完成測試數(shù)據(jù)的存儲、測試結(jié)果的分析、報(bào)告生成與打印等功能。(6)電機(jī)負(fù)載單元被試電機(jī)的負(fù)載由直流發(fā)電機(jī)構(gòu)成，在測試狀態(tài)下，直流發(fā)電機(jī)發(fā)出的直流電經(jīng)逆變器逆變成380V、50Hz后反饋給系統(tǒng)，最大限度減少測試系統(tǒng)的電能損耗。(7)升降平臺升降平臺采用液壓傳動機(jī)構(gòu)，用于被試電機(jī)的安裝和軸中心位置調(diào)整?？刂朴?jì)算機(jī)分別采集電阻測試儀，溫度傳感器，高精度功率分析儀測量儀器的測試數(shù)據(jù)，根據(jù)不同的電動機(jī)效率試驗(yàn)方法進(jìn)行電動機(jī)效率計(jì)算，完成測試數(shù)據(jù)的存儲、測試結(jié)果的分析、報(bào)告生成與打印等功能。供電電源經(jīng)過輸入電源開關(guān)、濾波與無功補(bǔ)償單元、頻率變換器(50/60HZ)，為電動機(jī)效率檢測系統(tǒng)提供輸出頻率50Hz或60Hz，輸出電壓范圍為 40V 600V的電源供應(yīng)，其中，濾波器主要濾除3次、5次、7次諧波，以防止實(shí)驗(yàn)室電源諧波超標(biāo)問題，且可以滿足國外60Hz電源頻率的電動機(jī)效率檢測需求。PLC控制器實(shí)現(xiàn)整套系統(tǒng)裝置的控制邏輯和保護(hù)功能設(shè)計(jì)。被試電機(jī)的負(fù)載由直流發(fā)電機(jī)構(gòu)成，被試電動機(jī)與直流發(fā)電機(jī)進(jìn)行聯(lián)軸，在聯(lián)軸上安裝轉(zhuǎn)矩傳感器，轉(zhuǎn)矩傳感器測得數(shù)據(jù)給測量單元，被試電動機(jī)多余的機(jī)械能通過聯(lián)軸直流發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化成直流電能，直流電能通過逆變器回饋給電網(wǎng)，負(fù)載大小通過自動調(diào)節(jié)直流電機(jī)的勵磁實(shí)現(xiàn)。電能的回饋實(shí)現(xiàn)如下在測試狀態(tài)下，直流發(fā)電機(jī)發(fā)出的直流電經(jīng)逆變器逆變成380V、50Hz后返回系統(tǒng)，最大限度減少測試系統(tǒng)的電能損耗。整流/逆變單元由交/直流變換器和相應(yīng)的控制、保護(hù)裝置組成。變換器可以根據(jù)需要工作在整流狀態(tài)(直流電機(jī)以電動機(jī)運(yùn)行)或逆變狀態(tài)(直流電機(jī)以發(fā)電機(jī)運(yùn)行)。直流變換器基本原理是利用品閘管可控整流(逆變)特性，通過改變晶閘管導(dǎo)通角(逆變角)的大小來改變輸出電壓的大小，從而達(dá)到改變速度的目的。該變換器由兩組反并聯(lián)晶閘管橋堆組成，采用邏輯無環(huán)流控制方式，可控制直流電機(jī)四象限運(yùn)行。運(yùn)行示意圖見圖2。其中T為轉(zhuǎn)矩，I為電流， η為轉(zhuǎn)速，V為電壓。具體工作原理如下第一象限為正向電動，A組晶閘管為整流狀態(tài)，B 組晶閘管封鎖，直流電機(jī)為正向電動運(yùn)行狀態(tài)，即帶動被試電機(jī)正向運(yùn)行。第二象限為正向
5回饋制動，A組晶閘管封鎖，B組晶閘管處于逆變狀態(tài)，直流電機(jī)為正向發(fā)電運(yùn)行狀態(tài)，即被試電機(jī)帶動直流電機(jī)正向運(yùn)行。第三象限為反向電動，A組晶閘管封鎖，B組晶閘管處于整流狀態(tài)，直流電機(jī)為反向電動運(yùn)行狀態(tài)，即帶動被試電機(jī)反向運(yùn)行。第四象限為反向回饋制動，B組晶閘管封鎖，A組晶閘管處于逆變狀態(tài)，直流電機(jī)為反向發(fā)電運(yùn)行狀態(tài)，即被試電機(jī)帶動直流電機(jī)反向運(yùn)行。整流逆變單元變換器完成直流電機(jī)的控制和保護(hù)，根據(jù)需要工作在整流狀態(tài)(直流電機(jī)以電動機(jī)運(yùn)行)或逆變狀態(tài)(直流電機(jī)以發(fā)電機(jī)運(yùn)行)，實(shí)現(xiàn)檢測系統(tǒng)裝置的電能回饋功能。直流電機(jī)負(fù)載作為被測電動機(jī)的負(fù)載，在測試狀態(tài)下，直流電機(jī)以發(fā)電機(jī)方式運(yùn)行，發(fā)出直流電經(jīng)整流逆變單元變換器逆變成380V、50Hz后返回系統(tǒng)，最大限度減少測試系統(tǒng)的損耗。升降平臺采用液壓傳動機(jī)構(gòu)，用于被測電動機(jī)的安裝和位置調(diào)整。計(jì)算機(jī)與PLC之間的通信一般是通過和RS485和RS232端口進(jìn)行的，信息交換的方式為字符串方式，通過計(jì)算機(jī)改變PLC設(shè)備的初始值和設(shè)定值，從而實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與PLC的直接控制，一旦確定了 PLC的控制指令，就能很方便地與計(jì)算機(jī)連接。西門子PLC支持多種通信方式，如點(diǎn)對點(diǎn)(PPP)方式、多點(diǎn)接口協(xié)議(MPI)、Profibus的DP通信方式、自由端口通信方式等。在自由端口通信模式下，可由用戶控制串行通信接口，實(shí)現(xiàn)用戶自定義的通信協(xié)議。用戶可以用梯形圖程序調(diào)用接收中斷、發(fā)送中斷、發(fā)送指令、接受指令來接受操作。在自由端口模式下，通信模式完全由梯形圖控制。本系統(tǒng)采用自由端口模式通信。PLC程序的主要流程框圖見圖3，其實(shí)現(xiàn)步驟是首先設(shè)置端口參數(shù)、通信格式和狀態(tài)字，然后把采集的數(shù)據(jù)按照發(fā)送格式進(jìn)行處理發(fā)送給計(jì)算機(jī)，當(dāng)PLC發(fā)送完成后延時(shí)，處于數(shù)據(jù)接收狀態(tài)， 最后把接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)，并進(jìn)行其他控制操作(例如頻率不對，要根據(jù)結(jié)果改變頻率，使電機(jī)達(dá)到要求)。該測試系統(tǒng)主要結(jié)合五個(gè)軟件模塊，分別適用于不同的試驗(yàn)類型，主要包括冷態(tài)電阻測試、空載試驗(yàn)、溫升試驗(yàn)和負(fù)載試驗(yàn)，并通過GPIB總線實(shí)時(shí)采集各分立儀表的數(shù)據(jù)， 并形成數(shù)據(jù)報(bào)告，軟件結(jié)構(gòu)示意圖見圖4。例如控制計(jì)算機(jī)通過GPIB總線與電阻測試儀、溫度傳感器、高精度功率分析儀相連接，讀取冷態(tài)電阻、電機(jī)溫度、電壓、電流、電功率和轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩等參數(shù)的測試數(shù)據(jù)，分析計(jì)算，得出被測電動機(jī)的效率。最后應(yīng)該說明的是結(jié)合上述實(shí)施例僅說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其限制。所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解到本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
進(jìn)行修改或者等同替換，但這些修改或變更均在申請待批的權(quán)利要求保護(hù)范圍之中。
權(quán)利要求1.一種電動機(jī)效率檢測系統(tǒng)裝置，其特征在于，所述裝置包括供電單元、整流\逆變單元、控制單元、濾波與無功補(bǔ)償單元、測試單元、負(fù)載和升降平臺；所述濾波與無功補(bǔ)償單元依次與所述供電單元、所述負(fù)載、所述升降平臺和所述整流 \逆變單元連接；所述控制單元分別與供電單元中的變頻器、所述測試單元和整流\逆變單元的交\直流變換器連接；所述負(fù)載分別與所述測試單元和所述升降平臺連接。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述供電單元還包括輸入電源開關(guān)、線路濾波器和變壓器。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述整流\逆變單元還包括交\直流變換器和電流控制、過流保護(hù)裝置；所述交\直流變換器工作在整流狀態(tài)或逆變狀態(tài)。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述控制單元由PLC控制器構(gòu)成。
5.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述濾波與無功補(bǔ)償單元包括接觸器投切的濾波器。
6.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述測試單元包括電阻測試儀、溫度傳感器和高精度功率分析儀。
7.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述負(fù)載包括直流發(fā)電機(jī)。
8.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述升降平臺為液壓傳動機(jī)構(gòu)。
專利摘要本實(shí)用新型為一種電動機(jī)效率檢測系統(tǒng)裝置，通過將濾波與無功補(bǔ)償單元與所述供電單元、負(fù)載、升降平臺和整流\逆變單元連接；控制單元分別與供電單元中的變頻器、所述測試單元和整流\逆變單元的交\直流變換器連接；負(fù)載分別與測試單元和升降平臺連接，實(shí)現(xiàn)了精度高、結(jié)構(gòu)先進(jìn)、配置合理、設(shè)備可靠、操作簡便、測量結(jié)果處理快速等特點(diǎn)。本實(shí)用新型研究了電能回饋技術(shù)，采用直流電機(jī)作為被試異步電動機(jī)的負(fù)載，通過系統(tǒng)裝置的整流/逆變單元實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)切換，即整流單元可以使直流電機(jī)以電動機(jī)運(yùn)行，而逆變單元使直流電機(jī)以發(fā)電機(jī)運(yùn)行，使得電動機(jī)效率測試系統(tǒng)裝置電能消耗基本為零，為國家標(biāo)準(zhǔn)的順利實(shí)施和工業(yè)企業(yè)的節(jié)約用電做出貢獻(xiàn)。
文檔編號G01R31/34GK202102089SQ20112015707
公開日2012年1月4日 申請日期2011年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月17日
發(fā)明者徐英輝, 曾海鷗, 李濤永, 楊湘江, 王鶴, 章欣, 范瀅, 閆華光 申請人:中國電力科學(xué)研究院