CN102879142A - 电机效率测量装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电机效率测量技术领域，公开了一种电机效率测量装置及方法，该装置包括：被测电机、电源调节及计量装置、负载模拟装置、测量仪表、数据采集装置及计算机；所述电源调节及计量装置与被测电机相连，用于调节被测电机的电压和频率，以及测量被测电机的功耗；所述负载模拟装置与所述被测电机连接，用于模拟被测电机的负载；所述测量仪表与所述被测电机连接，包括位移传感器和力传感器；所述数据采集装置与所述测量仪表连接，用于将所述位移传感器和力传感器所采集的模拟信号转化为数字信号后传输给所述计算机；所述计算机与所述数据采集装置连接，用于根据所述数字信号计算出被测电机的效率。本发明能提高电机效率测量的准确度。
Description
技术领域
本发明涉及电机效率测量技术领域，尤其涉及一种电机效率测量装置及方法。
背景技术
直线振荡电机是常用于小型压缩机、扬声器、电磁泵等设备的驱动装置，其直接推动负载做往复运动。直线振荡电机的效率测试的主要难点在于需要给直线振荡电机设置一个往复运动的模拟负载，模拟负载需要可以进行调节，以模拟不同频率特性的负载条件。
目前常用的直线振荡电机效率测试方法主要有两种。一种是通过设置另一台直线振荡电机来模拟电机的负载(称为负载电机)，在被测电机和负载电机这两台电机之间的轴上设置力传感器，测定被测电机对负载电机的作用力，再通过位移传感器测定电机动子的位移的方法测量直线振荡电机的效率。Robert Redlich等人采用该方法进行了Redlich电机的效率测试(R.Redlich，R.Unger，N.Walt，Linearcompressor：moter configuration，modulation and systems)。MizunoTsutomu等人采用该方法研究电机效率与电流相位角之间的关系(C.Minas，Nonlinear Dynamics of an Oilless Linear Drive ReciprocatingCompressor)。实际上，这种电机效率测试方法是将两个电机动子通过连接件连接起来，除非两个电机运动相位完全相反，否则很难将被测电机的输出功与负载电机的输出功区分开来，而将两个电机运动相位调节到完全相反是很难实现的。另一种方法是采用间接测量法，即通过分别测试电机的铜损，铁损等损耗来计算电机的效率，而实际上，电机运行中除了这两项损失外还会存在一些其他的损耗，比如感生电动势引起的损耗等，而这些损耗很难测出，从而用这种方法所计算出的电机效率不准确。
随着直线振荡电机的应用日趋广泛，效率好坏是表征其性能的重要参数，因而直线振荡电机效率测量方法和装置对于直线振荡电机的研究发展具有重要的意义。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：如何提高电机效率测量的准确度。
(二)技术方案
为解决上述技术问题，本发明提供了一种电机效率测量装置，所述测量装置包括：
被测电机、电源调节及计量装置、负载模拟装置、测量仪表、数据采集装置及计算机；其中，
所述电源调节及计量装置与被测电机相连，用于调节被测电机的电压和频率，以及测量被测电机的功耗；
所述负载模拟装置与所述被测电机连接，用于模拟被测电机的负载；
所述测量仪表与所述被测电机连接，包括位移传感器和力传感器；
所述数据采集装置与所述测量仪表连接，用于将所述位移传感器和力传感器所采集的模拟信号转化为数字信号后传输给所述计算机；
所述计算机与所述数据采集装置连接，用于根据所述数字信号计算出被测电机的效率。
所述被测电机包括定子部件、动子部件、机身固定部件及第一连接件；所述动子部件与所述位移传感器连接；
所述负载模拟装置包括气缸、活塞、吸气阀，排气阀，排气腔，压力表，排气管及调节阀；所述活塞、吸气阀安装在气缸内，所述排气阀安装于气缸上，且与排气腔连接，所述排气腔与排气管连接；所述压力表及调节阀均设置于排气管上；
所述气缸通过第二连接件与所述机身固定件固定连接，所述定子部件固定于所述第一机身固定件和第一连接件上；所述力传感器设置于所述活塞与动子部件之间。
所述测量装置还包括减震部件和测量试验台，所述被测电机通过所述减震部件安装在所述测量试验台上。
所述被测电机为直线振荡电机。
本发明还提供了一种利用所述的测量装置进行电机效率测量的方法，包括以下步骤：
S1、开启电源调节及计量装置，运行被测电机，调节电源调节及计量装置的电源电压的大小和调节阀的开度，使得被测电机的行程和负载模拟装置的排气压力达到预设值；
S2、被测电机运行预设的一定时间后，记录某一时刻被测电机的输入功率Pi、一段时间T内被测电机运动的位移x随时间的变化值x1，...，xt，...，xT，以及由力传感器所测得的、作用在负载模拟装置上的负载力F1随时间的变化值F11，...，F1t，...，F1T，并根据位移传感器的测量值计算速度值v随时间的变化值v1，...vt，...，vT，以及计算Fltvt随时间的变化值，然后根据
计算得到被测电机的输出功率；同时电源调节及计量装置测量被测电机的输入功率Pi，从而根据输入功率和输出功率计算得到其工作效率。
(三)有益效果
本发明通过气体负载法进行电机效率测试，可以通过调节阀的开度调节压缩腔的排气压力，从而可实现模拟不同的电机负载调节，装置可调节性强。相比于通过分别测试电机的铜损，铁损等损耗来计算直线振荡电机效率的间接测量方法，本发明的测量方法是电机作用给负载的输出功，输入功与输出功的差值包括了电机的所有损耗(除铜损、铁损外还包括了如磁场损耗，摩擦损耗等不易测量的损耗)，因此本方法测量的电机效率结果更准确。
附图说明
图1是本发明实施例的装置结构示意图；
图2是作用在图1中负载模拟装置上的负载力F1随时间变化示例图；
图3是电机运动的位移x随时间变化示例图；
图4是电机运动的速度v随时间变化示例图；
图5是Fltvt随时间变化示例图。
其中：1、定子部件；2、动子部件；3、4机身固定部件；5、气缸；6、活塞；7、吸气阀；8、排气阀；9、排气腔；10、第一连接件；11、第二连接件；12、减震部件；13、压力表；14、排气管；15、调节阀；16、电源调节及计量装置；17、位移传感器；18、力传感器；19、数据采集装置；20、计算机；21、被测电机。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图1所示，本发明实施例的直线振荡电机效率测量装置包括：被测电机21、电源调节及计量装置16、负载模拟装置、测量仪表、数据采集装置19及计算机20，图1中虚线框内为被测电机21，其包括定子部件1、动子部件2、机身固定部件3、4，第一连接件10。
所述电源调节及计量装置16与被测电机21相连，作为被测电机的驱动电源，其具有电压和频率调节功能，并能够测量被测电机的功耗。
所述负载模拟装置包括气缸5、活塞6、吸气阀7、排气阀8、排气腔9、压力表13、排气管14及调节阀15。所述气缸5通过第二连接件11与被测电机的机身固定件3、4固定连接，被测电机21的机身固定件3、4用于固定被测电机的定子部件1，所述活塞6与被测电机的动子部件2之间设置力传感器18，三者之间通过连接件固结。所述活塞6安装在气缸5内。活塞6在气缸5内往复运动，当活塞6向一侧运动时，排气阀8关闭，吸气阀7打开吸入气体，当活塞6向相反方向运动时，吸气阀7关闭，排气阀8打开向排气腔9经排气管14排出气体，如此往复运行，通过调节设置在排气管上的调节阀15的开度改变负载模拟装置的排气压力，从而改变模拟负载的大小。
所述测量仪表包括位移传感器17和力传感器18。所述被测电机通过减震部件12安装在测量实验台上，其动子部件2的位移由所述位移传感器17测量。
所述的数据采集装置19将测量仪表所采集的模拟信号通过数据采集装置转化为数值信号后传输给所述计算机处理系统20。
本发明测试方法的原理如下：根据电机的效率计算公式
需要分别得到电机运行时的输入功率Pi和输出功率Po，其中输入功率
(f为电机的运行频率)，可以通过电源调节及计量装置16直接测得，而对于输出功率，根据功率的物理意义P＝FV，直线运动的输出功率可以表达为
其中F1为电机给负载的作用力，v为运动速度，进一步离散化为而对于直线振荡电机，运动的位移x和速度v均可以近似的看成是周期性弦函数，因而根据
只需测得负载力F1和运动位移x就可以通过计算得到直线振荡电机输出功。
具体的实施方法如下：开启电源，运行直线振动电机，调节电源调节及计量装置16的电源电压和调节阀15的开度，使得被测电机的行程和排气压力达到某一设定值，工作稳定后，记录某一时刻被测电机的输入功率Pi、一段时间(记为T，比如一个周期，单位为秒)内电机运动的位移x随时间的变化值x1，...，xt，...，xT(如图2)，以及作用在负载模拟装置上的负载力F1随时间的变化值F11，...，F1t，...，F1T(如图3)，根据位移测量值计算速度值v随时间的变化值v1，...vt，...，vT(如图4)，同时计算F1tvt随时间变化值(如图5)，根据
计算得到直线振荡电机的输出功率，从而得到其工作效率。
上述气体负载直线振荡电机效率测试方法可以通过改变供电频率或改变排气压力来改变被测电机的运行工况，重复上述方法测出被测电机在不同工况条件下的工作效率。
以上所述仅是本发明的实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种电机效率测量装置，其特征在于，所述测量装置包括：
被测电机(21)、电源调节及计量装置(16)、负载模拟装置、测量仪表、数据采集装置(19)及计算机(20)；其中，
所述电源调节及计量装置(16)与被测电机(21)相连，用于调节被测电机(21)的电压和频率，以及测量被测电机(21)的功耗；
所述负载模拟装置与所述被测电机(21)连接，用于模拟被测电机(21)的负载；
所述测量仪表与所述被测电机(21)连接，包括位移传感器(17)和力传感器(18)；
所述数据采集装置(19)与所述测量仪表连接，用于将所述位移传感器(17)和力传感器(18)所采集的模拟信号转化为数字信号后传输给所述计算机(20)；
所述计算机(20)与所述数据采集装置(19)连接，用于根据所述数字信号计算出被测电机(21)的效率。
2.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，
所述被测电机(21)包括定子部件(1)、动子部件(2)、机身固定部件(3、4)及第一连接件(10)；所述动子部件(2)与所述位移传感器(17)连接；
所述负载模拟装置包括气缸(5)、活塞(6)、吸气阀(7)，排气阀(8)，排气腔(9)，压力表(13)，排气管(14)及调节阀(15)；所述活塞(6)、吸气阀(7)安装在气缸(5)内，所述排气阀(8)安装于气缸(5)上，且与排气腔(9)连接，所述排气腔(9)与排气管(14)连接；所述压力表(13)及调节阀(15)均设置于排气管(14)上；
所述气缸(5)通过第二连接件(11)与所述机身固定件(3、4)固定连接，所述定子部件(1)固定于所述第一机身固定件(3、4)和第一连接件(10)上；所述力传感器(18)设置于所述活塞(6)与动子部件(2)之间。
3.如权利要求2所述的测量装置，其特征在于，所述测量装置还包括减震部件(12)和测量试验台，所述被测电机(21)通过所述减震部件(12)安装在所述测量试验台上。
4.如权利要求3所述的测量装置，其特征在于，所述被测电机(21)为直线振荡电机。
5.一种利用权利要求2～4中任一项所述的测量装置进行电机效率测量的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、开启电源调节及计量装置(16)，运行被测电机(21)，调节电源调节及计量装置(16)的电源电压的大小和调节阀(15)的开度，使得被测电机(21)的中活塞(6)的行程和负载模拟装置的排气压力达到预设值；
S2、被测电机(21)运行预设的一定时间后，记录某一时刻被测电机(21)的输入功率Pi、一段时间T内被测电机(21)运动的位移x随时间的变化值x1，...，xt，...，xT，以及由力传感器(18)所测得的、作用在负载模拟装置上的负载力F1随时间的变化值F11，...，F1t，...，F1T，并根据位移传感器(17)的测量值计算速度值v随时间的变化值v1，...vt，...，vT，以及计算F1tvt随时间的变化值，然后根据
计算得到被测电机(21)的输出功率；同时电源调节及计量装置(16)测量被测电机(21)的输入功率Pi，从而根据输入功率和输出功率计算得到其工作效率。
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| PB01 | Publication | ||
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |