一種復(fù)雜工況下電機(jī)運(yùn)行效率的監(jiān)控裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)檢測領(lǐng)域，尤其涉及一種復(fù)雜工況下電機(jī)運(yùn)行效率的 監(jiān)控裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)檢測領(lǐng)域中，一個(gè)很重要的環(huán)節(jié)就是電機(jī)運(yùn)行效率的在線實(shí)時(shí)測 量，即利用科學(xué)的電機(jī)效率測量方法求出電機(jī)實(shí)時(shí)運(yùn)行效率。
[0003] 現(xiàn)有的電機(jī)效率測量裝置一般是通過安裝轉(zhuǎn)速傳感器和扭矩傳感器來得出電機(jī) 的輸出功率的，這種在線監(jiān)測方法存在的缺點(diǎn)有：
[0004] 1、需要專用的聯(lián)接工裝，安裝不當(dāng)會加大扭矩測量誤差甚至損壞扭矩儀；
[0005] 2、扭矩傳感器的測量范圍較窄，過大的扭矩，過高的轉(zhuǎn)速會導(dǎo)致扭矩儀損壞，而過 小的扭矩又會導(dǎo)致扭矩儀測量不準(zhǔn)確；
[0006] 3、某些風(fēng)機(jī)、水栗與電機(jī)采取固定連接，無法安裝扭矩傳感器。
[0007] 現(xiàn)有的電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)檢測裝置和方法一般不能適用于含有變頻器的電機(jī)運(yùn)行 系統(tǒng)，其主要原因有：
[0008] 1、變頻功率的測量存在問題:測試的波形往往不是正弦波，通常需要高速采集和 傅里葉變換，對設(shè)備要求較高；另外變頻功率測試設(shè)備量值溯源體系尚不完善，準(zhǔn)確度較 差；
[0009] 2、在含有變頻器的電機(jī)運(yùn)行系統(tǒng)中，電壓波形中含有大量的諧波，對電機(jī)的鐵耗 會產(chǎn)生較大的影響，使得現(xiàn)有測試方法造成的測量的誤差偏大。
[0010] 目前，還沒有一種用于復(fù)雜工況下電機(jī)運(yùn)行效率監(jiān)控裝置或方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 為了解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提出一種用于復(fù)雜工況下電機(jī)運(yùn)行效率的 監(jiān)控系統(tǒng)及方法，其能解決無法監(jiān)測復(fù)雜工況下電機(jī)運(yùn)行效率的問題。
[0012] 本發(fā)明技術(shù)方案是:一種復(fù)雜工況下電機(jī)運(yùn)行效率的監(jiān)控裝置，包括電源模塊、電 機(jī)、信號采集模塊、處理器模塊、電機(jī)控制模塊、顯示模塊;所述電源模塊用于為電機(jī)運(yùn)行供 電；所述電機(jī)的輸入端電連接電源模塊的輸出端;所述信號采集模塊的輸入端電連接電機(jī) 的輸出端，用于采集電機(jī)的電壓、電流、轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù);所述處理器模塊的輸入端電連接信號采 集模塊的輸出端，用于計(jì)算電機(jī)實(shí)時(shí)的運(yùn)行效率;所述電機(jī)控制模塊的輸入端電連接處理 器模塊的輸出端，電機(jī)控制模塊的輸出端電連接電源模塊的輸入端，用于改變電機(jī)的運(yùn)行 效率;所述顯示模塊的輸入端電連接處理器模塊的輸出端，用于實(shí)現(xiàn)電機(jī)效率和人機(jī)交換 功能的顯示。
[0013] 進(jìn)一步的，所述信號采集模塊包括電壓傳感器、電流傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器、聯(lián)軸器、 磁粉制動器以及數(shù)據(jù)采集卡，所述電壓傳感器、電流傳感器的輸入端電連接電機(jī)的輸入端， 電壓傳感器、電流傳感器的輸出端電連接數(shù)據(jù)采集卡的輸入端，所述轉(zhuǎn)速傳感器的輸入端 電連接電機(jī)的輸出端，轉(zhuǎn)速傳感器的輸出端電連接數(shù)據(jù)采集卡的輸入端，轉(zhuǎn)速傳感器的另 一輸出端通過聯(lián)軸器連接磁粉制動器，所述數(shù)據(jù)采集卡的輸出端電連接處理器模塊的輸入 端。
[0014] 進(jìn)一步的，所述電機(jī)控制模塊包括PLC控制器和變頻器，所述變頻器的輸入端電連 接電源模塊的輸出端，變頻器的另一輸入端電連接PLC控制器的輸出端，變頻器的輸出端電 連接電機(jī)的輸入端，所述PLC控制器的輸入端電連接處理器模塊的輸出端。
[0015] -種復(fù)雜工況下電機(jī)運(yùn)行效率的監(jiān)控裝置的監(jiān)控方法，包括以下步驟：
[0016] S1.通過在電機(jī)的接線端子前安裝的電壓傳感器、電流傳感器和轉(zhuǎn)速傳感器獲取 電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)中的電流信號iA、iB、i。、電壓信號UA、UB、UC、轉(zhuǎn)速信號；
[0017] S2.利用電機(jī)的電壓信號進(jìn)行離散傅里葉變換，得出電機(jī)定子電壓的基波周期T;
[0018] S3.通過電機(jī)的電壓和電流信號計(jì)算出電機(jī)單個(gè)周期的瞬時(shí)輸入功率Pi;
[0019] S4.由電機(jī)的電壓、電流和轉(zhuǎn)速信號，利用最小二乘法識別出電機(jī)的定子電阻匕和 轉(zhuǎn)子電阻Rr;
[0020] S5.由電機(jī)的定子電阻Rs和輸入電流iA、iB、i。計(jì)算出電機(jī)在單個(gè)周期內(nèi)的定子銅 耗 Pcui;
[0021] S6.對電機(jī)進(jìn)行不同頻率下空載試驗(yàn)，分離出電機(jī)定子鐵耗PF(3、風(fēng)摩損耗Pfw和雜 散損耗Ps;
[0022] S7.由電機(jī)的瞬時(shí)輸入功率?!、定子銅耗PCul、定子鐵耗PFe和電機(jī)轉(zhuǎn)速得出電機(jī)在 單個(gè)周期內(nèi)的轉(zhuǎn)子銅耗p Cu2;
[0023] S8.由電機(jī)的輸入功率Pi、定子銅耗PCul、定子鐵耗PFe、轉(zhuǎn)子銅耗PCu2、風(fēng)摩損耗P fw和 雜散損耗ps計(jì)算出電機(jī)的輸出功率P2;
[0024] S9.由電機(jī)的輸入功率Pi和輸出功率算出電機(jī)的瞬時(shí)效率η。
[0025] 進(jìn)一步的，所述S3中電機(jī)輸入功率丹通過(1)式求得：
[0027] 進(jìn)一步的，所述S4中定子電阻Rs和轉(zhuǎn)子電阻Rr的計(jì)算為:對電機(jī)的定子電壓UA、 UB、 UC和定子電流iA、iB、ic分別通過(2)、⑶式進(jìn)行Clark變換，得到版肩丄士:并利用最小二 乘法對電機(jī)學(xué)方程(4)式中的參數(shù)(1^、1?、1?、1^、1?)進(jìn)行識別，進(jìn)而識別出電機(jī)的定子電阻 Rs和轉(zhuǎn)子電阻Rr;
[0031]

，Lm 電機(jī)漏感、Ls 電機(jī)定子電感、Lr 電機(jī)轉(zhuǎn)子電感、Tr 電 機(jī)轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)、Rs-一電機(jī)定子電阻、Rr-一電機(jī)轉(zhuǎn)子電阻。
[0032] 進(jìn)一步的，所述S5中電機(jī)在單個(gè)周期內(nèi)的定子銅耗Pcui計(jì)算為：由定子電流iA、iB、 ic和定子電阻Rs，按(5)進(jìn)行計(jì)算，可以獲得電機(jī)的定子銅耗PCul;
[0034]進(jìn)一步的，所述S7中電機(jī)在單個(gè)周期內(nèi)的轉(zhuǎn)子銅耗PcU2計(jì)算為：由式(6)計(jì)算出電 機(jī)的轉(zhuǎn)差率s，并由（7)式求得電機(jī)的轉(zhuǎn)子銅耗PCu2;
[0036] Pcu2 = s(Pi-PFe-Pcui) (7)
[0037] 上式中，s--電機(jī)轉(zhuǎn)差率、ns--電機(jī)同步轉(zhuǎn)速、wr--電機(jī)運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)速。
[0038] 進(jìn)一步的，所述S8中電機(jī)的輸出功率P2通過(8)式求得：
[0039] P2 = Pl-PFe-Pcul-Pcu2-Pfw-Ps (8)0
[0040] 進(jìn)一步的，所述S9中電機(jī)的瞬時(shí)效率η通過(9)式求得：
[0041]
[0042] 本發(fā)明的有益效果是：
[0043] 1.本發(fā)明可以用來監(jiān)測含有變頻器的電機(jī)運(yùn)行系統(tǒng)；
[0044] 2.本發(fā)明簡單可靠，不需要安裝扭矩傳感器；
[0045] 3.本發(fā)明同樣適用電機(jī)功率較大的場合，效率監(jiān)測精度較高。
【附圖說明】
[0046] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0047] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0048] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例流程示意框圖；
[0049] 圖中：1電源模塊;2電機(jī);3信號采集模塊;31電壓傳感器;32電流傳感器;33轉(zhuǎn)速傳 感器;34聯(lián)軸器;35磁粉制動器;36數(shù)據(jù)采集卡;4處理器模塊;5電機(jī)控制模塊;51 PLC控制 器;52變頻器;6顯示模塊。
【具體實(shí)施方式】
[0050] 以下結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的描述，但本發(fā)明并不限于這些實(shí) 施例。
[0051] 結(jié)合附圖1，一種復(fù)雜工況下電機(jī)運(yùn)行效率的監(jiān)控裝置，包括電源模塊1、電機(jī)2、信 號采集模塊3、處理器模塊4、電機(jī)控制模塊5、顯示模塊6;所述電源模塊1用于為電機(jī)2運(yùn)行 供電;所述電機(jī)2的輸入端電連接電源模塊1的輸出端;所述信號采集模塊3的輸入端電連接 電機(jī)2的輸出端，用于采集電機(jī)2的電壓、電流、轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù);所述處理器模塊4的輸入端電連接 信號采集模塊3的輸出端，用于計(jì)算電機(jī)2實(shí)時(shí)的運(yùn)行效率;所述電機(jī)控制模塊5的輸入端電 連接處理器模塊4的輸出端，電機(jī)控制模塊5的輸出端電連接電源模塊1的輸入端，用于改變 電機(jī)2的運(yùn)行效率;所述顯示模塊6的輸入端電連接處理器模塊4的輸出端，用于實(shí)現(xiàn)電機(jī)效 率和人機(jī)交換功能的顯不。
[0052] 所述信號采集模塊3包括電壓傳感器31、電流傳感器32、轉(zhuǎn)速傳感器33、聯(lián)軸器34、 磁粉制動器35以及數(shù)據(jù)采集卡36,所述電壓傳感器31、電流傳感器32的輸入端電連接電機(jī)2 的輸入端，電壓傳感器31、電流傳感器32的輸出端電連接數(shù)據(jù)采集卡36的輸入端，所述轉(zhuǎn)速 傳感器33的輸入端電連接電機(jī)2的輸出端，轉(zhuǎn)速傳感器33的輸出端電連接數(shù)據(jù)采集卡36的 輸入端，轉(zhuǎn)速傳感器33的另一輸出端通過聯(lián)軸器34連接磁粉制動器35,所述數(shù)據(jù)采集卡36 的輸出端電連接處理器模塊4的輸入端。
[0053] 所述電機(jī)控制模塊5包括PLC控制器51和變頻器52，所述變頻器52的輸入端電連接 電源模塊1的輸出端，變頻器52的另一輸入端電連接PLC控制器51的輸出端，變頻器52的輸 出端電連接電機(jī)2的輸入端，所述PLC控制器51的輸入端電連接處理器模塊4的輸出端。 [0054]結(jié)合附圖2，一種復(fù)雜工況下電機(jī)運(yùn)行效率的監(jiān)控裝置的監(jiān)控方法，包括以下步 驟：
[0055] S1.通