CN105182235B - 一种低温低压环境下电机的测试方法 - Google Patents
一种低温低压环境下电机的测试方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种低温低压环境下电机的测试方法。本发明属于低温低压环境下电机特性测试的技术领域。它的方法步骤为：被测电机与陪侍电机放入高低温低气压实验箱内；被测电机工作在电动机状态，陪侍电机工作在发电机状态；被测电机的定子电流从1.5倍额定电流逐渐变到0.5倍额定电流；工作在电动机状态的被测电机的杂散损耗PMs；被测电机工作在发电机状态，陪侍电机工作在电动机状态；陪侍电机的定子电流从1.5倍额定电流逐渐变到0.5倍额定电流；工作在发电机状态的被测电机的杂散损耗PGs；结合上述测量参数和计算结求取被测电机负载杂散损耗的平均值。本发明能对电机进行低温低压环境下各参数进行测量，采用双机对托的方法测试该环境下的电机，具有较为广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于低温低压环境下电机特性测试的技术领域。
背景技术
随着人类对外太空领域的不断探索，作为航空航天中必不可少的执行和功能部件的电机，会越来越多的应用在各种极端环境中，例如低温低压环境，在电机使用之前须对电机的性能进行相应的测试，以验证其能否正常工作在低温低压这种极端环境下，且性能满足设计需求。但现有电机的测试方法多适用于常温常压情况，并不能满足低温低压情况下电机的测试。
发明内容
本发明的目的是提供一种低温低压环境下电机的测试方法，是为了解决现有电机的测试方法多适用于常温常压情况，并不能满足低温低压情况下电机的测试的问题。
所述的目的是通过以下方案实现的：所述的一种低温低压环境下电机的测试方法，它的方法步骤为：
步骤一：选择一台与被测电机1规格相同，或与被测电机1具有相同的同步转速但功率大于被测电机1的其它规格的电机作为陪侍电机2；将被测电机1的输出转轴通过联轴器3与陪侍电机2的输出转轴传动连接，然后放入高低温低气压实验箱4内固定好，将高低温低气压实验箱4内的测试温度设置在-150℃～-200℃之间，并等间隔取温度测试点，气压压力值设置在小于0.01Mpa，使其接近外太空的真空环境的压力值；
步骤二：使被测电机1工作在电动机状态，陪侍电机2工作在发电机状态；第一驱动器5驱动被测电机1运转工作，使被测电机1在额定频率和额定电压下工作；第二驱动器6驱动陪侍电机2工作，使陪侍电机2相对于被测电机1转向上施加一个反向驱动；调节第二驱动器6使被测电机1在额定负载情况下运行到稳定状态；
步骤三：通过第二驱动器6调节陪侍电机2，使被测电机1的定子电流从1.5倍额定电流逐渐变到0.5倍额定电流，在这一过程中读取作为电动机运行的被测电机1的三相线电流IM11、输入功率PM11、定子绕组电阻值RM11，试验过程中需保持被测电机1的频率和电压始终为额定值；同时读取工作在发电机状态的陪侍电机2的三相线电流IG11、输出功率PG21、定子绕组电阻值RG11；利用上述测量得到的实验数据并结合下列公式便可计算被测电机1和陪侍电机2的定子铜耗：
步骤四：用钳式电流表测量转子一相电流的方法确定被测电机1和陪侍电机2的转差率sM1和sG1，采用该方法主要是考虑到电机测量环境制约了其他用以确定电机转差率的实验设备的使用；首先记录电流表指针的摆动次数NM1、NG1，并用秒表记录NM1、NG1次摆动的时间tM1、tG1；然后使用下列公式确定被测电机1和陪侍电机2的转差率sM1和sG1：
式中，fM1为被测电机1的额定频率；fG1为陪侍电机2的频率，该频率小于额定频率；
步骤五：工作在电动机状态的被测电机1的转子铜耗PMcu21：PMcu21＝sM1(PM11-PMcu11-Pfe1)；工作在发电机状态的陪侍电机2的转子铜耗PGcu21：PGcu21＝sG1(PG21-PGcu11-P`fe1)；其中，Pfe1为被测电机1的铁心损耗，P`fe1为陪侍电机2的铁心损耗；
步骤六：工作在电动机状态下的被测电机1的杂散损耗PMs：PMs＝∑Ps1PMcu21/(PGcu21+PMcu21)，式中，∑Ps1为被测电机1和陪侍电机2的总杂散损耗，且∑Ps1的计算公式为：
∑Ps1＝PM11-PG21-PMcu11-PGcu11-PMcu21-PGcu21-Pfe1-P`fe1-PΔ1-P`Δ1；
式中，Pfe1为被测电机1的铁心损耗，P`fe1为陪侍电机2的铁心损耗，PΔ1为被测电机1的机械损耗，P`Δ1为陪侍电机2的机械损耗；
步骤七：将被测电机1和陪侍电机2停止运转工作；使被测电机1工作在发电机状态，陪侍电机2工作在电动机状态；第二驱动器6驱动陪侍电机2运转工作，使陪侍电机2在额定电压下和大于额定频率条件下工作；第一驱动器5驱动被测电机1工作，使被测电机1相对于陪侍电机2转向上施加一个反向驱动；调节第一驱动器5使陪侍电机2的负载值与被测电机1标称负载值相等情况下运行到稳定状态；
步骤八：通过第一驱动器5调节被测电机1，使陪侍电机2的定子电流从1.5倍额定电流逐渐变到0.5倍额定电流，在这一过程中读取作为电动机运行的陪侍电机2的三相线电流IM12、输入功率PM12、定子绕组电阻值RM12，试验过程中需保持被测电机1的频率和电压始终为额定值；同时读取工作在发电机状态的被测电机1的三相线电流IG12、输出功率PG22、定子绕组电阻值RG12；利用上述测量得到的实验数据并结合下列公式便可计算被测电机1和陪侍电机2的定子铜耗：
步骤九：用钳式电流表测量转子一相电流的方法确定被测电机1和陪侍电机2的转差率sG2和sM2，采用该方法主要是考虑到电机测量环境制约了其他用以确定电机转差率的实验设备的使用；首先记录电流表指针的摆动次数NG2、NM2，并用秒表记录NG2、NM2次摆动的时间tG2、tM2；然后使用下列公式确定被测电机1和陪侍电机2的转差率sG2和sM2：
式中，fG2为被测电机1的额定频率；fM2为陪侍电机2的频率，该频率大于被测电机1的额定频率；
步骤十：工作在电动机状态的陪侍电机2的转子铜耗PMcu22：PMcu22＝sM2(PM12-PMcu12-P`fe2)；工作在发电机状态的被测电机1的转子铜耗PGcu22：PGcu22＝sG2(PG22-PGcu12-Pfe2)；其中，Pfe2为被测电机1的铁心损耗，P`fe2为陪侍电机2的铁心损耗；
步骤十一：工作在发电机状态下的被测电机1的杂散损耗PGs为：PGs＝∑Ps2PGcu22/(PGcu22+PMcu22)，式中，∑Ps2为被测电机1和陪侍电机2的总杂散损耗，但此时PGcu22为被测电机1转子铜耗，PMcu22为陪侍电机2转子铜耗，且∑Ps2的计算公式为：
∑Ps2＝PM12-PG22-PMcu12-PGcu12-PMcu22-PGcu22-Pfe2-P`fe2-PΔ2-P`Δ2；
式中，Pfe2为被测电机1的铁心损耗，P`fe2为陪侍电机2的铁心损耗，PΔ2为被测电机1的机械损耗，P`Δ2为陪侍电机2的机械损耗；
步骤十二：结合上述步骤中的测量参数和计算结求取被测电机1负载杂散损耗的平均值为：被测电机1在电动机和发电机状态中转子电流的近似平均值为：式中，I1为负载试验时被测电机1在上述步骤中的定子电流，即被测电机1在电动机状态和发电机状态下的定子电流，I0为被测电机1空载试验时，额定电压对应的定子电流。
本发明方法能对电机进行低温低压环境下各参数进行测量，采用双机对托的方法测试该环境下的电机，这样就避免了该环境下某些设备不能正常工作的缺点，且采用本发明的方法可以较为准确方便的确定电机的各项损耗，具有较为广泛的应用前景。
附图说明
图1是本发明方法涉及的装置的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1所示，说明本具体实施方式的技术方案，它的方法步骤为：
步骤一：选择一台与被测电机1规格相同，或与被测电机1具有相同的同步转速但功率大于被测电机1的其它规格的电机作为陪侍电机2；将被测电机1的输出转轴通过联轴器3与陪侍电机2的输出转轴传动连接，然后放入高低温低气压实验箱4内固定好，将高低温低气压实验箱4内的测试温度设置在-150℃～-200℃之间，并等间隔取温度测试点，气压压力值设置在小于0.01Mpa，使其接近外太空的真空环境的压力值；
步骤二：使被测电机1工作在电动机状态，陪侍电机2工作在发电机状态；第一驱动器5驱动被测电机1运转工作，使被测电机1在额定频率和额定电压下工作；第二驱动器6驱动陪侍电机2工作，使陪侍电机2相对于被测电机1转向上施加一个反向驱动；调节第二驱动器6使被测电机1在额定负载情况下运行到稳定状态；
步骤三：通过第二驱动器6调节陪侍电机2，使被测电机1的定子电流从1.5倍额定电流逐渐变到0.5倍额定电流，在这一过程中读取作为电动机运行的被测电机1的三相线电流IM11、输入功率PM11、定子绕组电阻值RM11，试验过程中需保持被测电机1的频率和电压始终为额定值；同时读取工作在发电机状态的陪侍电机2的三相线电流IG11、输出功率PG21、定子绕组电阻值RG11；利用上述测量得到的实验数据并结合下列公式便可计算被测电机1和陪侍电机2的定子铜耗：
步骤四：用钳式电流表测量转子一相电流的方法确定被测电机1和陪侍电机2的转差率sM1和sG1，采用该方法主要是考虑到电机测量环境制约了其他用以确定电机转差率的实验设备的使用；首先记录电流表指针的摆动次数NM1、NG1，并用秒表记录NM1、NG1次摆动的时间tM1、tG1；然后使用下列公式确定被测电机1和陪侍电机2的转差率sM1和sG1：
式中，fM1为被测电机1的额定频率；fG1为陪侍电机2的频率，该频率小于额定频率；
步骤五：工作在电动机状态的被测电机1的转子铜耗PMcu21：PMcu21＝sM1(PM11-PMcu11-Pfe1)；工作在发电机状态的陪侍电机2的转子铜耗PGcu21：PGcu21＝sG1(PG21-PGcu11-P`fe1)；其中，Pfe1为被测电机1的铁心损耗，P`fe1为陪侍电机2的铁心损耗；
步骤六：工作在电动机状态下的被测电机1的杂散损耗PMs：PMs＝∑Ps1PMcu21/(PGcu21+PMcu21)，式中，∑Ps1为被测电机1和陪侍电机2的总杂散损耗，且∑Ps1的计算公式为：
∑Ps1＝PM11-PG21-PMcu11-PGcu11-PMcu21-PGcu21-Pfe1-P`fe1-PΔ1-P`Δ1；
式中，Pfe1为被测电机1的铁心损耗，P`fe1为陪侍电机2的铁心损耗，PΔ1为被测电机1的机械损耗，P`Δ1为陪侍电机2的机械损耗；
步骤七：将被测电机1和陪侍电机2停止运转工作；使被测电机1工作在发电机状态，陪侍电机2工作在电动机状态；第二驱动器6驱动陪侍电机2运转工作，使陪侍电机2在额定电压下和大于额定频率条件下工作；第一驱动器5驱动被测电机1工作，使被测电机1相对于陪侍电机2转向上施加一个反向驱动；调节第一驱动器5使陪侍电机2的负载值与被测电机1标称负载值相等情况下运行到稳定状态；
步骤八：通过第一驱动器5调节被测电机1，使陪侍电机2的定子电流从1.5倍额定电流逐渐变到0.5倍额定电流，在这一过程中读取作为电动机运行的陪侍电机2的三相线电流IM12、输入功率PM12、定子绕组电阻值RM12，试验过程中需保持被测电机1的频率和电压始终为额定值；同时读取工作在发电机状态的被测电机1的三相线电流IG12、输出功率PG22、定子绕组电阻值RG12；利用上述测量得到的实验数据并结合下列公式便可计算被测电机1和陪侍电机2的定子铜耗：
步骤九：用钳式电流表测量转子一相电流的方法确定被测电机1和陪侍电机2的转差率sG2和sM2，采用该方法主要是考虑到电机测量环境制约了其他用以确定电机转差率的实验设备的使用；首先记录电流表指针的摆动次数NG2、NM2，并用秒表记录NG2、NM2次摆动的时间tG2、tM2；然后使用下列公式确定被测电机1和陪侍电机2的转差率sG2和sM2：
式中，fG2为被测电机1的额定频率；fM2为陪侍电机2的频率，该频率大于被测电机1的额定频率；
步骤十：工作在电动机状态的陪侍电机2的转子铜耗PMcu22：PMcu22＝sM2(PM12-PMcu12-P`fe2)；工作在发电机状态的被测电机1的转子铜耗PGcu22：PGcu22＝sG2(PG22-PGcu12-Pfe2)；其中，Pfe2为被测电机1的铁心损耗，P`fe2为陪侍电机2的铁心损耗；
步骤十一：工作在发电机状态下的被测电机1的杂散损耗PGs为：PGs＝∑Ps2PGcu22/(PGcu22+PMcu22)，式中，∑Ps2为被测电机1和陪侍电机2的总杂散损耗，但此时PGcu22为被测电机1转子铜耗，PMcu22为陪侍电机2转子铜耗，且∑Ps2的计算公式为：
∑Ps2＝PM12-PG22-PMcu12-PGcu12-PMcu22-PGcu22-Pfe2-P`fe2-PΔ2-P`Δ2；
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步骤十二：结合上述步骤中的测量参数和计算结求取被测电机1负载杂散损耗的平均值为：被测电机1在电动机和发电机状态中转子电流的近似平均值为：式中，I1为负载试验时被测电机1在上述步骤中的定子电流，即被测电机1在电动机状态和发电机状态下的定子电流，I0为被测电机1空载试验时，额定电压对应的定子电流。
工作原理：实验所需的低温低压测试环境可直接利用高低温低气压实验箱完成，只需将被测电机连同测量设备放入该实验箱内即可，由于某些测量设备在低温低压环境下不能正常工作，为此本发明提出利用双机对托的方法测量被测电机的性能参数，即选用与测试电机规格相同，或与被测电机具有相同的同步转速、功率大于被测电机的其他规格的电机作为陪试电机。
首先对被测电机和陪试电机进行空载试验以确定其铁耗和机械损耗。其测试方法是将被测电机和陪试电机分别放入高低温低压试验箱内并固定，然后被测电机和陪试电机分别在额定电压和额定频率下空载运行，达到机械损耗稳定后，通过控制施加在电机定子绕组上的电压，完成空载试验，并计算得到所需的被测电机的铁心损耗和机械损耗。为确定电机的空载定子铜耗，每次读取测量参数的同时需读取电机定子绕组的阻值。
采用在低温低压情况下，仍能正常工作的联轴器联结被测电机和陪试电机，然后将联结好后的被测电机和陪试电机一同放入高低温低气压实验箱中，将被测电机与可以输出额定频率的交流电源相连，陪试电机与频率可调的交流电源相连。再将一些必要的设备与被测电机和陪试电机联结好后，便可对其进行相关的测量。
首先对电机进行空载试验，用以确定被测电机和陪试电机的铁心损耗和机械损耗。测量过程中让被测电机和陪试电机在额定电压和额定频率下空载运行到机械损耗稳定，调节施加在定子绕组上的电压，并在这一过程中测量所需的电机性能参数，完成电机的空载试验。空载试验主要确定被测电机的铁心损耗和机械损耗Pfe和PΔ，陪试电机的铁心损耗和机械损耗和P`Δ。由于工作在低温低压状态的电机，其定子绕组的阻值会受到温度和压强的共同影响，所以通常计算阻值的公式再次并不适用，因此必须每次读取所测参数的同时读取该值。
双机对托的方法由两个过程组成，为避免测量结果出现较大的误差，需对测量用仪表进行校准。
Claims (1)
1.一种低温低压环境下电机的测试方法，其特征在于它的方法步骤为：
步骤一：选择一台与被测电机(1)规格相同，或与被测电机(1)具有相同的同步转速但功率大于被测电机(1)的其它规格的电机作为陪侍电机(2)；将被测电机(1)的输出转轴通过联轴器(3)与陪侍电机(2)的输出转轴传动连接，然后放入高低温低气压实验箱(4)内固定好，将高低温低气压实验箱(4)内的测试温度设置在-150℃～-200℃之间，并等间隔取温度测试点，气压压力值设置在小于0.01Mpa，使其接近外太空的真空环境的压力值；
步骤二：使被测电机(1)工作在电动机状态，陪侍电机(2)工作在发电机状态；第一驱动器(5)驱动被测电机(1)运转工作，使被测电机(1)在额定频率和额定电压下工作；第二驱动器(6)驱动陪侍电机(2)工作，使陪侍电机(2)相对于被测电机(1)转向上施加一个反向驱动；调节第二驱动器(6)使被测电机(1)在额定负载情况下运行到稳定状态；
步骤三：通过第二驱动器(6)调节陪侍电机(2)，使被测电机(1)的定子电流从1.5倍额定电流逐渐变到0.5倍额定电流，在这一过程中读取作为电动机运行的被测电机(1)的三相线电流IM11、输入功率PM11、定子绕组电阻值RM11，试验过程中需保持被测电机(1)的频率和电压始终为额定值；同时读取工作在发电机状态的陪侍电机(2)的三相线电流IG11、输出功率PG21、定子绕组电阻值RG11；利用上述测量得到的实验数据并结合下列公式便可计算被测电机(1)和陪侍电机(2)的定子铜耗：
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步骤四：用钳式电流表测量转子一相电流的方法确定被测电机(1)和陪侍电机(2)的转差率sM1和sG1，采用该方法主要是考虑到电机测量环境制约了其他用以确定电机转差率的实验设备的使用；首先记录电流表指针的摆动次数NM1、NG1，并用秒表记录NM1、NG1次摆动的时间tM1、tG1；然后使用下列公式确定被测电机(1)和陪侍电机(2)的转差率sM1和sG1：
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步骤五：工作在电动机状态的被测电机(1)的转子铜耗PMcu21：PMcu21＝sM1(PM11-PMcu11-Pfe1)；工作在发电机状态的陪侍电机(2)的转子铜耗PGcu21：其中，Pfe1为被测电机(1)的铁心损耗，为陪侍电机(2)的铁心损耗；
步骤六：工作在电动机状态下的被测电机(1)的杂散损耗PMs：PMs＝∑Ps1PMcu21/(PGcu21+PMcu21)，式中，∑Ps1为被测电机(1)和陪侍电机(2)的总杂散损耗，且∑Ps1的计算公式为：
式中，Pfe1为被测电机(1)的铁心损耗，为陪侍电机(2)的铁心损耗，PΔ1为被测电机(1)的机械损耗，为陪侍电机(2)的机械损耗；
步骤七：将被测电机(1)和陪侍电机(2)停止运转工作；使被测电机(1)工作在发电机状态，陪侍电机(2)工作在电动机状态；第二驱动器(6)驱动陪侍电机(2)运转工作，使陪侍电机(2)在额定电压下和大于额定频率条件下工作；第一驱动器(5)驱动被测电机(1)工作，使被测电机(1)相对于陪侍电机(2)转向上施加一个反向驱动；调节第一驱动器(5)使陪侍电机(2)的负载值与被测电机(1)标称负载值相等情况下运行到稳定状态；
步骤八：通过第一驱动器(5)调节被测电机(1)，使陪侍电机(2)的定子电流从1.5倍额定电流逐渐变到0.5倍额定电流，在这一过程中读取作为电动机运行的陪侍电机(2)的三相线电流IM12、输入功率PM12、定子绕组电阻值RM12，试验过程中需保持被测电机(1)的频率和电压始终为额定值；同时读取工作在发电机状态的被测电机(1)的三相线电流IG12、输出功率PG22、定子绕组电阻值RG12；利用上述测量得到的实验数据并结合下列公式便可计算被测电机(1)和陪侍电机(2)的定子铜耗：
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步骤九：用钳式电流表测量转子一相电流的方法确定被测电机(1)和陪侍电机(2)的转差率sG2和sM2，采用该方法主要是考虑到电机测量环境制约了其他用以确定电机转差率的实验设备的使用；首先记录电流表指针的摆动次数NG2、NM2，并用秒表记录NG2、NM2次摆动的时间tG2、tM2；然后使用下列公式确定被测电机(1)和陪侍电机(2)的转差率sG2和sM2：
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式中，fG2为被测电机(1)的额定频率；fM2为陪侍电机(2)的频率，该频率大于被测电机(1)的额定频率；
步骤十：工作在电动机状态的陪侍电机(2)的转子铜耗PMcu22：工作在发电机状态的被测电机(1)的转子铜耗PGcu22：PGcu22＝sG2(PG22-PGcu12-Pfe2)；其中，Pfe2为被测电机(1)的铁心损耗，为陪侍电机(2)的铁心损耗；
步骤十一：工作在发电机状态下的被测电机(1)的杂散损耗PGs为：PGs＝∑Ps2PGcu22/(PGcu22+PMcu22)，式中，∑Ps2为被测电机(1)和陪侍电机(2)的总杂散损耗，但此时PGcu22为被测电机(1)转子铜耗，PMcu22为陪侍电机(2)转子铜耗，且∑Ps2的计算公式为：
式中，Pfe2为被测电机1的铁心损耗，为陪侍电机2的铁心损耗，PΔ2为被测电机1的机械损耗，为陪侍电机2的机械损耗；
步骤十二：结合上述步骤中的测量参数和计算结求取被测电机(1)负载杂散损耗的平均值为：被测电机(1)在电动机和发电机状态中转子电流的近似平均值为：式中，I1为负载试验时被测电机(1)在上述步骤中的定子电流，即被测电机(1)在电动机状态和发电机状态下的定子电流，I0为被测电机(1)空载试验时，额定电压对应的定子电流。
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