CN104965174B - 交流电机能效及运行性能综合测试系统 - Google Patents

交流电机能效及运行性能综合测试系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种交流电机能效及运行性能综合测试系统，其包括，调压器，其与供电装置的输出端连接；待测交流电机，其与所述调压器连接；所述待测交流电机的输出轴与一测试组件连接；所述测试组件，其用于测试所述待测交流电机输出端的瞬态转矩值和转速值，测量通过所述待测交流电机的电流值和待测交流电机两端的电压值；计算模块，其利用所述瞬间转矩值和所述转速值计算所述待测交流电机的机械能功率，还并利用所述电流值和所述电压值计算输入所述待测交流电机的电能的总功率。本发明同时检测交流电机能量转化率、机械功功率、铜损率、铁损率和额外功功率，并通过上述因数综合分析交流电机的能效情况。

Description

交流电机能效及运行性能综合测试系统
技术领域
本发明属于交流电机领域，特别涉及一种交流电机能效及运行性能综合测试系统。
背景技术
随着节能成为全球范围关注的焦点，电机设计的能效也成为一个引人关注的问题。由于各国政府相继出台各种法规来要求提高能效，为了应对能效挑战，电机驱动电路变得越来越复杂。在电机能效评估中，现在普遍使用的效率测试方法是IEEE112B法，这是标准中推荐的电机能效判定方法，在电机能效判定或试验时通常采用该方法，其特点是在实验过程中，通过在电机和负载之间安装的扭矩转速传感器，实现对转矩和转速的精确测量，进而求得电机效率。
但是电机在运转过程中影响其功率的因素有很多，如电机运转过程中产生的热量、铁损耗、铜损耗和电机运转的环境均影响电机的功率，因此，需要更全面对交流电机进行能效检测。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。
本发明还有一个目的是通过本交流电机能效及运行性能综合测试系统完成对交流电机能量转化率、机械功功率、铜损率、铁损率和额外功功率，以及交流电机在运转过程中产生的热量进行检测，并通过上述因数综合分析交流电机的能效情况以及影响交流电机能效的主要因素，为提高交流电机能效提供依据。
本发明另一个目的是运用交流电机能效及运行性能综合测试系统，在低温环境下，检测交流电机的综合能效，研究环境对交流电机能效的影响。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种停交流电机能效及运行性能综合测试系统，包括：
调压器，其与供电装置的输出端连接；所述调压器用于稳定所述供电装置输出的电压；
待测交流电机，其与所述调压器连接；所述待测交流电机的输出轴与一测试组件连接；
测试组件，其包括转矩转速测试装置；所述转矩转速测试装置用于测试所述待测交流电机输出端的瞬态转矩值和转速值，并将所述瞬间转矩值和转速值上传至所述数据库；
计算模块，所述计算模块从所述数据库中调取所述瞬间转矩值和所述转速值，并利用所述瞬间转矩值和所述转速值计算所述待测交流电机的机械能功率P1；
数据库，其预先存贮有待测交流电机线圈导线电阻值R1和铁芯电阻值R2；
其中，所述测试组件还包括一电流与电压测试装置，所述电流与电压测试装置用于测量通过所述待测交流电机的电流值I和待测交流电机两端的电压值U，同时将所述电流值I和电压值U上传至数据库；
且所述计算模块从所述数据库中调取所述电流值I和所述电压值U，并利用所述电流值I和所述电压值U计算输入所述待测交流电机的电能的总功率P；所述计算模块利用所述总功率P和所述机械能功率P1计算所述待测交流电机的能量转化率。
优选的是，所述的交流电机能效及运行性能综合测试系统中，所述测试组件还包括一检温装置；所述检温装置设置在所述待测交流电机内部；
所述检温装置间隔一定时间检测所述待测交流电机中转子线圈的温度值，并将所述温度值传至所述数据库中。
所述数据库接收所述温度值，并将所述温度值与接收该温度值的时间绑定存储。在电机运转过程中，测量电机内的温度变化情况，一方面可以说明电机的运转状况，另一方面还可以用于计算电机运转过程中消耗的热量情况。
优选的是，所述的交流电机能效及运行性能综合测试系统中，所述计算模块还用于热量计算；
所述计算模块从所述数据库的所有所述温度值中调取最高热量值T1和最低热量值T2，并利用所述最高热量值T1和所述最低热量值T2计算热量值Q。
在本交流电机能效及运行性能综合测试系统中，还检测待测交流电机其运转过程中产生的热量，用于确定电机热量能耗情况。
优选的是，所述的交流电机能效及运行性能综合测试系统中，所述计算模块还用于计算铁损耗功率和铜损耗功率；
所述计算模块从所述数据库中调取所述电流值I、所述线圈导线电阻值R1和所述铁芯电阻值R2，利用下述公式计算铜损耗功率值P2和铁损耗功率值P3，并将所述铜损耗功率值P2和所述铁损耗功率值P3上传至所述数据库中；
P2＝I2R1；
P3＝I2R2。
铁损失和铜损失是电机运转过程中，消耗能量的组成部分。因此本交流电机能效及运行性能综合测试系统中，给电机以一定的电流，检测出工作状态下的铁损失和铜损失。
优选的是，所述的交流电机能效及运行性能综合测试系统中，所述计算模块还用于计算额外功功率P4；
所述计算模块从所述数据库中调取所述总功率P、所述机械能功率P1、所述热量值Q、所述最高温度值T1对应的第一时间t1和所述最低温度值T2对应的第二时间t2，并利用下述公式计算额外功功率值。
P4＝[P*(t1-t2)-P1*(t1-t2)-Q]/t1-t2
本交流电机能效及运行性能综合测试系统对电机运转过程中的额外功进行检测，例如由于摩擦、空气助力等因素产生一些无用的额外功。
优选的是，所述的交流电机能效及运行性能综合测试系统中，还包括一控制模块；
所述控制模块用于控制所述交流电机能效及运行性能综合测试系统。
优选的是，所述的交流电机能效及运行性能综合测试系统中，还包括一能量回馈模块；
当所述控制器控制所述供电装置停止向所述待测交流电机供电时，所述能量回馈模块将所述待测交流电机产生的负载势能转化为回馈电能，并将所述回馈电能返还至所述供电装置中。
当对待测交流电机完成检测后，停止向其供电，但是，待测交流电机内仍然存在很多机械能，能量回馈模块用于回收这部分机械能，并将该机械能在转化为电能，返还值至供电装置中，以达到解决能源的功效。
优选的是，所述的交流电机能效及运行性能综合测试系统中，所述能量回馈模块包括一变频电动机；
所述控制模块控制所述供电装置停止向所述待测交流电机供电的同时，控制所述变频电动机开启；
所述变频电动机将所述待测交流电机产生的负载势能转化为回馈电能，并将所述回馈电能返还至所述供电装置中。
优选的是，所述的交流电机能效及运行性能综合测试系统中，还包括一检测室；
所述检测室用于容纳所述待测交流电机，并且向所述待测交流电机提供低温条件。为了检测不同运转环境下，交流电机的能效情况，本系统中提供一具有低温条件的检测室，使得交流电机在低温下运转。这样，既可以确定交流电机在低温环境下的能效，有可以确定温度对交流电机能效的影响。
优选的是，所述的交流电机能效及运行性能综合测试系统中，所述低温条件为-10摄氏度-5摄氏度。
本发明至少包括以下有益效果：利用测试模块对待测交流电机的电流、电压、瞬态转矩、转速和交流电机内部温度进行检测，并通过计算模块对待测交流电机的综合能效进行检验。此外，为待测交流电机提供低温环境，在低温环境下检测待测交流电机的综合能效。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为本发明所述的交流电机能效及运行性能综合测试系统的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
本发明公开了一种交流电机能效及运行性能综合测试系统，如图1所示，该系统至少包括：
供电装置与调压器连接，调压器稳定所述供电装置输出的电压，向待测交流电机提供稳电电压；
所述待测交流电机的输入端接收稳定的电压，同时所述待测交流电机的输出端连接测试组件的转矩转速测试装置，所述转矩转速测试装置用于测试所述待测交流电机输出端的瞬态转矩值和转速值，并将所述瞬间转矩值和转速值上传至所述数据库；
同时所述测试组件的电流与电压测试装置所述电流与电压测试装置用于测量通过所述待测交流电机的电流值I和待测交流电机两端的电压值U，同时将所述电流值I和电压值U上传至数据库；
数据库，其预先存贮有待测交流电机线圈导线电阻值R1和铁芯电阻值R2；
计算模块，所述计算模块从所述数据库中调取所述瞬间转矩值和所述转速值，并利用所述瞬间转矩值和所述转速值计算所述待测交流电机的机械能功率P1；
且所述计算模块从所述数据库中调取所述电流值I和所述电压值U，并利用所述电流值I和所述电压值U计算输入所述待测交流电机的电能的总功率P；所述计算模块利用所述总功率P和所述机械能功率P1计算所述待测交流电机的能量转化率。
上述方案中的所述测试组件还包括一检温装置；所述检温装置设置在所述待测交流电机内部；
所述检温装置间隔一定时间检测所述待测交流电机中转子线圈的温度值，并将所述温度值传至所述数据库中。
所述数据库接收所述温度值，并将所述温度值与接收该温度值的时间绑定存储。
上述方案中的所述计算模块还用于热量计算；
所述计算模块从所述数据库的所有所述温度值中调取最高热量值T1和最低热量值T2，并利用所述最高热量值T1和所述最低热量值T2计算热量值Q。
Q＝CM(T2-T1) (1)
其中，C表示铜线线圈的比热容，M表示铜线线圈的重量。
在上述方案中的所述计算模块还用于计算铁损耗功率和铜损耗功率；
所述计算模块从所述数据库中调取所述电流值I、所述线圈导线电阻值R1和所述铁芯电阻值R2，利用下述公式计算铜损耗功率值P2和铁损耗功率值P3，并将所述铜损耗功率值P2和所述铁损耗功率值P3上传至所述数据库中；
P2＝I2R1 (2)；
P3＝I2R2 (3)；
上述方案中的所述计算模块还用于计算额外功功率P4；
所述计算模块从所述数据库中调取所述总功率P、所述机械能功率P1、所述热量值Q、所述最高温度值T1对应的第一时间t1和所述最低温度值T2对应的第二时间t2，并利用下述公式计算额外功功率值。
P4＝[P*(t1-t2)-P1*(t1-t2)-Q]/t1-t2 (4)
上述方案中所述交流电机能效及运行性能综合测试系统还包括一控制模块；
所述控制模块用于控制所述交流电机能效及运行性能综合测试系统。
上述方案中所述交流电机能效及运行性能综合测试系统还包括一能量回馈模块；
当所述控制器控制所述供电装置停止向所述待测交流电机供电时，所述能量回馈模块将所述待测交流电机产生的负载势能转化为回馈电能，并将所述回馈电能返还至所述供电装置中。
上述方案中的所述能量回馈模块包括一变频电动机；
所述控制模块控制所述供电装置停止向所述待测交流电机供电的同时，控制所述变频电动机开启；
所述变频电动机将所述待测交流电机产生的负载势能转化为回馈电能，并将所述回馈电能返还至所述供电装置中。
上述方案中的所述交流电机能效及运行性能综合测试系统还包括一检测室；
所述检测室用于容纳所述待测交流电机，并且向所述待测交流电机提供低温条件，所述低温条件为-10摄氏度-5摄氏度。
尽管本发明的实施例已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。

Claims (9)

1.交流电机能效及运行性能综合测试系统，其特征在于，包括：
调压器，其与供电装置的输出端连接；所述调压器用于稳定所述供电装置输出的电压；
待测交流电机，其与所述调压器连接；所述待测交流电机的输出轴与一测试组件连接；
所述测试组件，其包括转矩转速测试装置；所述转矩转速测试装置用于测试所述待测交流电机输出端的瞬间转矩值和转速值，并将所述瞬间转矩值和转速值上传至数据库；
计算模块，所述计算模块从所述数据库中调取所述瞬间转矩值和所述转速值，并利用所述瞬间转矩值和所述转速值计算所述待测交流电机的机械能功率P1；
数据库，其预先存贮有待测交流电机线圈导线电阻值R1和铁芯电阻值R2；
其中，所述测试组件还包括一电流与电压测试装置，所述电流与电压测试装置用于测量通过所述待测交流电机的电流值I和待测交流电机两端的电压值U，同时将所述电流值I和电压值U上传至数据库；
且所述计算模块从所述数据库中调取所述电流值I和所述电压值U，并利用所述电流值I和所述电压值U计算输入所述待测交流电机的电能的总功率P；所述计算模块利用所述总功率P和所述机械能功率P1计算所述待测交流电机的能量转化率；
所述计算模块还用于计算铁损耗功率和铜损耗功率；
所述计算模块从所述数据库中调取所述电流值I、所述线圈导线电阻值R1和所述铁芯电阻值R2，利用下述公式计算铜损耗功率值P2和铁损耗功率值P3，并将所述铜损耗功率值P2和所述铁损耗功率值P3上传至所述数据库中，
P2＝I2R1
P3＝I2R2。
2.如权利要求1所述的交流电机能效及运行性能综合测试系统，其特征在于，所述测试组件还包括一检温装置；所述检温装置设置在所述待测交流电机内部；
所述检温装置间隔一定时间检测所述待测交流电机中转子线圈的温度值，并将所述温度值传至所述数据库中；
所述数据库接收所述温度值，并将所述温度值与接收该温度值的时间绑定存储。
3.如权利要求2所述的交流电机能效及运行性能综合测试系统，其特征在于，所述计算模块还用于热量计算；
所述计算模块从所述数据库的所有所述温度值中调取最高热量值T1和最低热量值T2，并利用所述最高热量值T1和所述最低热量值T2计算热量值Q。
4.如权利要求3所述的交流电机能效及运行性能综合测试系统，其特征在于，所述计算模块还用于计算额外功功率P4；
所述计算模块从所述数据库中调取所述总功率P、所述机械能功率P1、所述热量值Q、所述最高温度值T1对应的第一时间t1和所述最低温度值T2对应的第二时间t2，并利用下述公式计算额外功功率值：
P4＝[P*(t1-t2)-P1*(t1-t2)-Q]/(t1-t2)。
5.如权利要求4所述的交流电机能效及运行性能综合测试系统，其特征在于，还包括一控制模块；
所述控制模块用于控制所述交流电机能效及运行性能综合测试系统。
6.如权利要求5所述的交流电机能效及运行性能综合测试系统，其特征在于，还包括一能量回馈模块；
当所述控制器控制所述供电装置停止向所述待测交流电机供电时，所述能量回馈模块将所述待测交流电机产生的负载势能转化为回馈电能，并将所述回馈电能返还至所述供电装置中。
7.如权利要求6所述的交流电机能效及运行性能综合测试系统，其特征在于，所述能量回馈模块包括一变频电动机；
所述控制模块控制所述供电装置停止向所述待测交流电机供电的同时，控制所述变频电动机开启；
所述变频电动机将所述待测交流电机产生的负载势能转化为回馈电能，并将所述回馈电能返还至所述供电装置中。
8.如权利要求1所述的交流电机能效及运行性能综合测试系统，其特征在于，还包括一检测室；
所述检测室用于容纳所述待测交流电机，并且向所述待测交流电机提供低温条件。
9.如权利要求8所述的交流电机能效及运行性能综合测试系统，其特征在于，所述低温条件为-10摄氏度到-5摄氏度。
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