CN103964312B - 电动葫芦能效测试装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动葫芦能效测试装置及测试方法，用于对电动葫芦进行能效测试和能效等级评价，通过测量电动葫芦在若干个循环运行周期内完成起升动作所输入的能量，电动葫芦在规定的工作周期内完成起升动作所产生的势能变化值，根据电动葫芦的工作级别，得到电动葫芦的耗能、能效和能效等级。装置便捷灵活，可不依赖于电动葫芦试验台，可在电动葫芦试验室的试验台上以及在用起重机上进行测试，对电动葫芦的节能审查和监管、推广电动葫芦节能技术、建立资源节约型社会具有重要意义。

Description

电动葫芦能效测试装置及测试方法

技术领域

本发明涉及电动葫芦，尤其涉及一种电动葫芦能效测试装置以及相应的测试方法。

背景技术

电动葫芦因其结构紧凑、制造方便、安装简易、维修简单、价格低廉以及操作灵活等特点，已经广泛应用于起重机的起升机构。自20世纪50年代中期，我国起重葫芦行业经过几十年的发展，无论是企业数量、规模还是就业人数都已经位居世界前列，据不完全统计，2013年底我国有电动葫芦生产企业近400家，年产量90余万台，未来几年，我国电动葫芦市场仍将保持超过40％的平均增速。按照目前我国使用电动葫芦的平均时间计算，使用节能30％的变频电动葫芦，8年至少可节约2000元左右，全国都使用可节省4000亿元，而若使用节能50％以上的直流变频电动葫芦，全国至少可节省6600亿人民币。据国内电力环境专家核算：每节约1度电，就可以减少0.272千克的炭粉尘、0.997千克的二氧化碳、0.03千克的二氧化硫、0.015千克的碳氧等污染物的排放，可见做好电动葫芦行业的节能工作具有极其重要的现实意义。

作为特种设备重要组成部分的起重机械，至今还没有一个关于能效测试、评价方面的专用设备和详细方法，这与全国都在兴起的节能热潮的形势不相符。对于电动葫芦而言，目前国内外尚无明确的电动葫芦能效测试方法，市场上更没有电动葫芦能效测试装置。目前的电动葫芦型式试验和产品质量检验试验台仅能控制电动葫芦动作和对电参数的简单采集，没有数据积分处理等功能，不能满足电动葫芦能效测试需要，对电动葫芦生产和使用的节能监管以及节能监测都带来了困难，因此，亟需一种简单可行的电动葫芦能效测试仪器和测试方法。

发明内容

针对目前电动葫芦的能效测试没有科学可行的能效测试方法和测试仪器的问题，申请人经验研究改进，提供一种电动葫芦能效测试装置及测试方法。

本发明的技术方案如下：

本发明提供一种电动葫芦能效测试装置，包括电压电流转换模块、电压电流采样模块、电能计量模块、微处理器模块、起升速度测量模块、通信模块和人机交互模块；

所述电压电流转换模块，由互感器组成，互感器的一次侧接入电动葫芦供电回路，互感器的二次侧接入电压电流采样模块，将电动葫芦主电路的大电流、电压信号转换为等效的小电流、电压信号，并实现供电回路和测量回路的隔离；

所述电压电流采样模块，由智能电表组成，通过对互感器的二次侧的电压、电流回路的交流采样，经处理后实现对电网中三相电压、三相电流、有功功率、无功功率、功率因数、频率和四象限电能的高精度测量；

所述电能计量模块，用于将电压电流采样模块采样后的电压、电流转换成随功率变换的脉冲信号；

所述微处理器模块，接收到电能计量模块的功率脉冲信号后，计算电压、电流、功率参数，并根据设置的参数控制电能计量模块的工作方式，同时显示测量值，并通过RS485总线和上位计算机进行通信；

所述起升速度测量模块，由起重机速度位移测量仪组成，用于感测电动葫芦起升和下降速度，兼有距离测量的功能，完成起升高度、吊钩限位高度等距离指标的检测，起升速度的测量结果输入人机交互模块；

所述通讯模块，用于微处理器模块与人机交互模块之间的数据交换和控制；

所述人机交互模块，用于参数输入、测试控制、数据处理、数据显示和系统设置。

本发明还提供一种基于上述装置的电动葫芦能效测试方法，包括如下步骤：

1)计算电动葫芦在规定的工作周期内完成升降动作所消耗的能量，即输入能；计算公式为：E＝3.6×10⁶D；式中，E表示输入能，单位为焦耳；D表示智能电表的测量值，单位为千瓦时；测量值为负值时，为测试对象向电网反馈能量；

2)根据电动葫芦的测试起重载荷和测试起升行程，计算电动葫芦在规定的工作周期内完成升降动作所产生的势能的变化，即有效能；计算公式为：W_z＝1000m·h；式中，m表示测试砝码的质量，单位为吨；h表示测试砝码的行程，单位为米；

3)根据规定工作周期内输入能和有效能之比，计算电动葫芦的能效值；计算公式为：

$\mathrm{\δ}=\frac{\underset{i=1}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}{E}_i}{\underset{i=1}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}{W}_{\mathrm{zi}}}\×100\%;$

4)根据电动葫芦的工作级别和能效值，通过查表对电动葫芦进行能效等级划分和评价。

所述测试起重载荷为电动葫芦的额定起重载荷，测试起重载荷偏差不大于1％；对于载荷受限的情况，测试起重载荷可最小降至额定起重载荷的80％，测试结果不受影响。

所述测试起升行程为电动葫芦的额定起升行程；对于起升行程受限的情况，所述测试起升行程可最小降至额定起升行程的25％，测试结果不受影响。

本发明的有益技术效果是：

本发明的电动葫芦能效测试装置是对电动葫芦进行能效测试和能效等级评价的重要设备，通过测量电动葫芦在若干个循环运行周期内完成起升动作所输入的能量，电动葫芦在规定的工作周期内完成起升动作所产生的势能变化值，根据电动葫芦的工作级别，得到电动葫芦的耗能、能效和能效等级。装置便捷灵活，可不依赖于电动葫芦试验台，可在电动葫芦试验室的试验台上以及在用起重机上进行测试，对电动葫芦的节能审查和监管、推广电动葫芦节能技术、建立资源节约型社会具有重要意义。

附图说明

图1是电动葫芦能效测试装置结构图。

图2是三相三线制电动葫芦能效测试接线图。

图3是三相四线制电动葫芦能效测试接线图。

图4是电流互感器的工作原理图。

图5是电动葫芦能效测试流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。

如图1所示，本发明的电动葫芦能效测试装置，包括：电压电流转换模块1、电压电流采样模块2、电能计量模块3、微处理器模块4、起升速度测量模块5、通信模块6以及人机交互模块7。

电压电流转换模块1由互感器组成，互感器的一次侧接入电动葫芦主供电回路，互感器的二次侧接入电压电流采样模块2，将电动葫芦主电路的大电流、电压信号转换为等效的小电流、电压信号，实现了高电压、大电流信号至小信号的转换，同时实现了供电回路和测量回路的隔离，提高了装置的抗干扰能力。

电压电流采样模块2由智能电表组成，通过对电压、电流回路的交流采样，经运算处理后实现对电网中三相电压、三相电流、有功功率、无功功率、功率因数、频率和四象限电能的高精度测量。

电能计量模块3，用于计量电压、电流，并计算视在功率(VA)、功率因素()、有功功率等参数。采样后的电压、电流经由电能计量模块3转换成随功率变换的脉冲信号。

微处理器模块4，微处理器模块4接收到功率脉冲信号后计算电压、电流、功率等参数，并根据设置的参数控制电能计量模块3的工作方式，同时显示测量值，并通过RS485总线和上位计算机进行通信。

起升速度测量模块5，采用CSDM-1起重机速度位移测量仪，用于感测电动葫芦起升和下降速度，同时兼有距离测量的功能，能够完成起升高度、吊钩限位高度等距离指标的检测。起升速度的测量结果输入人机交互模块7。

通讯模块6，用于微处理器模块4与人机交互模块7之间的数据交换和控制。

人机交互模块7，用于参数输入、测试控制、数据处理、数据显示和系统设置。

图2、图3为本装置集成在机箱内后的测试接线图。其中，三相三线制的电动葫能效测试接线如图2所示，三相四线制的电动葫芦能效测试接线如图3所示。

a.测量电压信号输入，A、B、C三相电压直接接入本装置。对于三相三线制，三根火线分别直接接入本装置机箱后盖的Ua、Un、Uc三个接线端；对于三相四线制，三根火线分别直接接入本装置机箱后盖的Ua、Ub、Uc三个接线端，中性线接Un接线端。

b.测量电流信号输入，A、B、C三相电流通过各自的电流互感器接入本装置。接线时每根相线均从电流互感器的P1端穿入，P2端穿出。对于三相三线制，将两个电流互感器的S1端分别接入本装置机箱后盖的Ia*和Ic*接线端，S2端分别接入本装置机箱后盖的Ia和Ic接线端，同时S2端接地；对于三相四线制，将三个电流互感器的S1端分别接入本装置机箱后盖的Ia*、Ib*和Ic*接线端，S2端分别接入本装置机箱后盖的Ia、Ib和Ic接线端，同时S2端接地。电流互感器的工作原理如图4所示。

c.电源输入，220V交流电接入本装置机箱前面板的L和N接线端。

d.输出至上位计算机，PC机连接本装置机箱前面板485通讯接口的A+和B-接线端。

基于上述装置，本发明提供了一种电动葫芦能效测试方法，该方法包括：

1、电动葫芦能效测试条件

1.1、测试项目和数据

为了计算电动葫芦的能效值，需要测试以下项目与数据：

1)起升高度。

2)稳态和瞬态三相电压、三相电流、有功功率、无功功率、功率因数、频率和四象限电能。

1.2、测试所用仪器

测试所用仪器包括：互感器、智能电表、起重机速度位移测量仪、标准砝码、万用表及常用电工工具等，测试装置精度见表1。

表1测试仪器与精度要求

1.3、测试条件与准备工作

电参数采集时，电量测量同时对电压、电流、功率同时进行。

互感器或电能表的接入位置应为电动葫芦的电气控制箱输入端。

输入电压、输入电流、输入功率应采用数字式采样记录，采样频率不应低于10次/ms。

试验过程中，试验砝码应保持平稳，不应有抖动、摇摆现象。

试验载荷的允许偏差为±1％。

测试时供电系统在起重机馈电线接入出的电压波动不应超过±10％；三相电压不平衡率不大于1.5％。

2、电动葫能效测试步骤

测试流程如图5所示，包括参数记录和获取、准备测试载荷、测试仪器接线及参数设置、按照测试方法规定工况重复测试10次、采集记录数据、计算能效、查表确定能效等级。

2.1、基本参数获取

测试并记录电动葫芦起升高度、起升运行速度。记录电动葫芦出厂编号、设备名称、使用单位、工作级别、额定起重量、电机型号(工作制、接电持续率、额定功率、额定电压、额定电流)。

2.2、准备测试载荷

加载标准砝码，加载额定起重量的砝码。本发明测试时如果砝码重量不能满足额定起重量，不小于80％额定起重量也能得出正确结果。

2.3、测试仪器接线及参数设置

在测试前，如图2和图3所示。三相电压直接接入测试装置智能电表。对于三相三线制，三根火线分别直接接入测试装置机箱后盖Ua、Un、Uc三接线端；对于三相四线制，三根火线分别直接接入测试装置机箱后盖Ua、Ub、Uc三接线端，中性线接Un端。三相电流通过各自的电流互感器接入测试装置电表。接线时每根相线均从电流互感器的P1端穿入，P2端穿出。对于三相三线制，将两个电流互感器的S1端分别接测试装置机箱后盖的Ia*和Ic*接线端，S2端分别接测试装置机箱的Ia和Ic接线端，同时S2端需接地；对于三相四线制，将三个电流互感器的S1端分别接机箱后盖的Ia*、Ib*和Ic*接线端，S2端分别接电表的Ia、Ib和Ic接线端，同时S2端需接地。通过测试装置机箱前面板的485通讯接口与上位计算机连接；测试装置接220V交流电。

设置智能电表测试参数，电压、电流，视在功率(VA)、功率因素()、有功功率等参数。

设置CSDM-1起重机速度位移测量仪初始位移，测速度、侧位移模式。

2.4、运行测试

根据不同的电动葫芦起升机构工作级别和速度模式，按照GB/T30028-2013《电动葫芦能效测试方法》附录A规定的工作周期和运行方式运行。重复10次。

2.5、采集记录数据

测量电动葫芦起升机构在规定的工作周期内，完成起升及下降动作能量的消耗(输入能)、运行速度和运行距离。

根据电动葫芦的起重载荷和起升行程，计算电动葫在规定的工作周期内，完成起升及下降动作所产生的势能的变化(有效能)。

输入能指电动葫芦在规定作业周期内，完成升降动作所消耗的能量。计算公式为E＝3.6×10⁶D，E表示输入能，单位为焦耳(J)；D表示数字式电能表(仪)测量值，单位为千瓦时(kW·h)。测量值为负值时，为测试对象向电网反馈能量。

有效能指电动葫芦在规定作业周期内，完成升降动作所产生的势能变化。计算公式为W_z＝1000m·h，m表示测试砝码的质量，单位为吨(t)；h表示砝码的行程，单位为米(m)。

测试载荷为额定起重量，试验载荷偏差不大于1％；测试行程按电动葫芦的额定起升行程。对于载荷和起升行程受限的情况下，测试载荷可最小以降至额定载荷的80％，起升测试行程最小也可以降至额定起升行程的25％，这样测试结果不受影响。

2.6、计算能效值

根据规定工作周期内输入能和势能变化，计算电动葫芦的能效值。

能效是指电动葫芦在规定作业周期内，有效能与输入能之比，计算公式为：

$\mathrm{\δ}=\frac{\underset{i=1}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}{E}_i}{\underset{i=1}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}{W}_{\mathrm{zi}}}\×100\%$

2.7、查表确定能效等级

根据电动葫芦的工作级别和能效值，通过查表对电动葫芦进行能效等级划分和评价。

根据起重机的工作特点，对于不同工作级别M1—M8的电动葫芦能效分别考核，遵守《能源效率标识管理办法》的规定，能效划分为5级(1级、2级、3级、4级、5级)和3档(能耗低，包括1级能效和2级能效；中等，指3级能效；能耗高，包括4级能效和5级能效)。分级表格如下：

表2能效分级表

说明：M1-M8：电动葫芦起升机构工作级别；

1级：表示产品达到国际先进水平，最节电，即耗能最低；

2级：表示比较节电；

3级：表示产品的能源效率为我国市场的平均水平；

4级：表示产品能源效率低于市场平均水平；

5级：是市场准入指标，低于该等级要求的产品不允许生产和销售。

其中1级和2级为节能电动葫芦，能耗低；3级为中等能耗电动葫芦；4级和5级为能耗高电动葫芦；能效大于5级的为高能耗电动葫芦。

综上所述，本发明的核心是采用电流互感器将信号放大，然后采集电动葫芦在上升和下降整个运行循环过程中电参数的变化，通过智能电表计算、存储和显示，通过计算机程序进行后处理。具有如下优点：

一、经过测试，计算出电动葫芦能效值，判断电动葫芦能效等级，有利于电动葫芦的节能审查和监管。

二、自动测试，测试效率高，误差小，有利于提高测量和评价的可缓行和公正性。

三、集成度高，便携式，方便现场测试和试验室测试。

四、测试过程记录电动葫芦上升和下降所有过程的能好和电参数变化，可适用于变频电动葫芦和带能量反馈的电动葫芦测试，为今后电动葫芦技术的进步留有测试余地。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种电动葫芦能效测试装置，其特征在于：包括电压电流转换模块、电压电流采样模块、电能计量模块、微处理器模块、起升速度测量模块、通讯模块和人机交互模块；

所述电压电流转换模块，由互感器组成，互感器的一次侧接入电动葫芦主电路，互感器的二次侧接入电压电流采样模块，将电动葫芦主电路的大电流、电压信号转换为等效的小电流、电压信号，并实现供电回路和测量回路的隔离；

所述电压电流采样模块，由智能电表组成，通过对互感器的二次侧的电压、电流回路的交流采样，经处理后实现对电网中三相电压、三相电流、有功功率、无功功率、功率因数、频率和四象限电能的高精度测量；

所述电能计量模块，用于将电压电流采样模块采样后的电压、电流转换成随功率变换的脉冲信号；

所述微处理器模块，接收到电能计量模块的随功率变换的脉冲信号后，计算电压、电流、功率参数，并根据设置的参数控制电能计量模块的工作方式，同时显示测量值，并通过RS485总线和上位计算机进行通信；

所述起升速度测量模块，由起重机速度位移测量仪组成，用于感测电动葫芦起升和下降速度，兼有距离测量的功能，完成起升高度、吊钩限位高度的检测，起升速度的测量结果输入人机交互模块；

所述通讯模块，用于微处理器模块与人机交互模块之间的数据交换和控制；

所述人机交互模块，用于参数输入、测试控制、数据处理、数据显示和系统设置；

三相电压直接接入测试装置智能电表；对于三相三线制，三根火线分别直接接入测试装置机箱后盖Ua、Un、Uc三接线端；对于三相四线制，三根火线分别直接接入测试装置机箱后盖Ua、Ub、Uc三接线端，中性线接Un端；三相电流通过各自的电流互感器接入测试装置智能电表；接线时每根相线均从电流互感器的P1端穿入，P2端穿出；对于三相三线制，将两个电流互感器的S1端分别接测试装置机箱后盖的Ia*和Ic*接线端，S2端分别接测试装置机箱后盖的Ia和Ic接线端，同时S2端需接地；对于三相四线制，将三个电流互感器的S1端分别接测试装置机箱后盖的Ia*、Ib*和Ic*接线端，S2端分别接测试装置机箱后盖的Ia、Ib和Ic接线端，同时S2端需接地；通过测试装置机箱前面板的RS485通讯接口与上位计算机连接；测试装置接220V交流电。