CN108776303A - 成组变频异步电机信号动态分时采集装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种成组变频异步电机信号动态分时采集装置，本装置中若干电机分别依次通过控制开关、上端子和下端子连接变频器控制母线，信号采集分析单元电压信号输入端连接变频器控制母线、电流信号输入端连接切换单元信号输出端，信号采集分析单元与控制单元通讯连接，切换单元包括若干电流互感器和若干继电器双常开触点，若干电流互感器一次侧两端分别连接上端子和下端子、二次侧两端分别经若干继电器双常开触点连接切换单元输出端，若干继电器双常开触点由控制单元顺序控制闭合和断开。本装置降低信号采集成本，提高信号采集精度，且采集信号可用于电机谐波分析、谱分析、参数分析等智能化的电机运行状态多角度分析。
Description
技术领域
本发明涉及电气设备自动控制领域，尤其涉及一种成组变频异步电机信号动态分时采集装置。
背景技术
随着变频技术广泛应用于工业生产，提高了生产效率与产品质量。为了提高效率，降低成本，工业生产一般采用成组变频器驱动电机，如热轧产线中成组辊道电机的变频驱动，其由公共整流器集中给该区域的变频器供电，每台变频器根据工艺要求，可以驱动多台电机。但变频驱动也带来一些负面影响，变频器输出的PWM脉冲电压上升率很高，在电机绕组上产生不均匀的电压分布，在电机侧可能产生近两倍高频振荡的过电压，输出的谐波电流增加了电机的铁耗和铜耗，使电机温度上升，对电机绝缘构成严重威胁；而且对周围电气设备产生电磁干扰，影响其正常运行。
因此，对于电机电信号高速数据采集，特别对于成组辊道电机的信号动态采集非常重要。目前电机信号动态采集通常对供电回路采用CT和/或PT检测电机负载电压、电流值，转换成4～20mA的模拟量信号接入控制系统（如PLC控制器等），对有效值进行趋势分析。该方法采集信号为有效值信号，对于频谱分析而言不适用，且对于数量大、功率小的辊道电机而言，存在成本很高、需要安装空间等问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种成组变频异步电机信号动态分时采集装置，本装置克服传统成组电机信号动态采集的缺陷，降低信号采集成本，提高信号采集精度，且采集信号可用于电机谐波分析、谱分析、参数分析等智能化的电机运行状态多角度分析。
为解决上述技术问题，本发明成组变频异步电机信号动态分时采集装置包括由变频器控制的若干电机、信号采集分析单元、控制单元和切换单元，所述若干电机分别依次通过控制开关、上端子和下端子连接所述变频器的控制母线，所述信号采集分析单元的电压信号输入端连接所述变频器的控制母线、电流信号输入端连接所述切换单元信号输出端，所述信号采集分析单元与控制单元双向通讯连接，所述切换单元包括若干电流互感器和若干继电器双常开触点，所述若干电流互感器一次侧两端分别连接所述上端子和下端子，所述若干电流互感器二次侧两端分别经所述若干继电器双常开触点连接所述切换单元的输出端，所述若干继电器双常开触点由所述控制单元顺序控制闭合和断开。
进一步，本装置还包括若干继电器常闭触点和若干采样电阻，所述若干继电器常闭触点与若干采样电阻串联后分别连接所述若干电流互感器二次侧两端。
进一步，所述采样电阻阻值是0.1欧姆。
进一步，本装置还包括上位机，所述信号采集分析单元与上位机通过有线网络或无线网络通讯连接。
由于本发明成组变频异步电机信号动态分时采集装置采用了上述技术方案，即本装置中若干电机分别依次通过控制开关、上端子和下端子连接变频器的控制母线，信号采集分析单元的电压信号输入端连接变频器的控制母线、电流信号输入端连接切换单元信号，信号采集分析单元与控制单元双向通讯连接，切换单元包括若干电流互感器和若干继电器双常开触点，若干电流互感器一次侧两端分别连接上端子和下端子若干电流互感器二次侧圈两端分别经若干继电器双常开触点连接切换单元的输出端，若干继电器双常开触点由控制单元顺序控制闭合和断开。本装置克服传统成组电机信号动态采集的缺陷，降低信号采集成本，提高信号采集精度，且采集信号可用于电机谐波分析、谱分析、参数分析等智能化的电机运行状态多角度分析。
附图说明
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明：
图1为本发明成组变频异步电机信号动态分时采集装置示意图。
具体实施方式
实施例如图1所示，本发明成组变频异步电机信号动态分时采集装置包括由变频器1控制的若干电机2、信号采集分析单元3、控制单元4和切换单元5，所述若干电机2分别依次通过控制开关21、上端子22和下端子23连接所述变频器1的控制母线11，所述信号采集分析单元3的电压信号输入端U连接所述变频器1的控制母线11、电流信号输入端I连接所述切换单元5信号输出端，所述信号采集分析单元3与控制单元4双向通讯连接，所述切换单元5包括若干电流互感器CT和若干继电器双常开触点K1，所述若干电流互感器CT一次侧两端分别连接所述上端子22和下端子23，所述若干电流互感器CT二次侧两端分别经所述若干继电器双常开触点K1连接所述切换单元5的输出端，所述若干继电器双常开触点K1由所述控制单元4顺序控制闭合和断开。
优选的，本装置还包括若干继电器常闭触点K2和若干采样电阻R，所述若干继电器常闭触点K2与若干采样电阻R串联后分别连接所述若干电流互感器CT二次侧两端。
优选的，所述采样电阻R阻值是0.1欧姆。
优选的，本装置还包括上位机6，所述信号采集分析单元3与上位机6通过有线网络或无线网络通讯连接。
本装置以信号采集分析单元为核心，该单元具有电机三相电流信号输入端口、电压信号输入端口、数字量信号输入和输出端口以及通信接口；电流互感器采样穿心式电流互感器，其一次侧串接于电机控制回路、二次侧经继电器双常开触点依次顺序切换采集电机电流。鉴于热轧产线中辊道电机由于变工况运行时转速不稳定、负荷变化等状况而产生非平稳信号, 对于非平稳的信号，难点在于用小波分析的方法进行特征的提取，对产生的信号进行监测和分析，并将分析后的数据进行传输，因此，该单元具有响应快、稳定性好的特点，用于变频器控制母线电压、多台电机三相电流等信号的检测采集，同时实现与控制单元之间的通讯连接，对电机编码信号进行传输，将采集的电机三相电流信号与电机编码信号进行匹配后，并对采集的电流信号和电压信号进行处理和特征提取，处理结果通过网络与上位机之间进行信息传递。
控制单元实现多台电机三相电流信号的动态分时采集，具有顺序切换控制，防抖功能，同时实现电机电流信号与电机编码信号的匹配。
（1）顺序切换控制功能：根据信号采集分析单元和控制单元间的握手信号，正常启动顺序切换功能，若干电流互感器的初级线圈连接若干电机的电流回路，控制单元通过控制继电器双常开触点的闭合或断开，将若干电流互感器次级线圈顺序切入切换单元的输出端，通过信号采集分析单元采集各电机的三相电流信号，经循环切换，实现多台电机电流信号的动态循环采集。
（2）防抖功能：电流互感器次级线圈采用继电器双常开触点进行切换控制，继电器的触点作为反馈状态信号，通过延时1分钟后进行数据采集，去除切换过程中的干扰信号。
同时，控制单元与切换单元配合，具有防止电流互感器二次回路开路功能，为防止电机三相电流通道扫描切换过程中出现电流互感器二次侧开路的情况，控制单元与切换单元设计中采用“先通后断”的保护电路设计，每组通道中采用继电器双常开触点进行切换控制，测量切入时，先将继电器双常开触点闭合，待系统稳定后再将继电器常闭触点断开；测量切出时，先将继电器常闭触点闭合，待系统稳定后再将继电器双常开触点断开；通过该“先通后断”的切换控制消除传统电流互感器二次侧开路的风险。
切换单元由多台电流测试二次回路并联而成，在某一时段只能有一路电流回路接入，每个回路由一组测试回路和保护回路组成，测试回路在测试时通过控制单元对测试回路和保护回路的顺序控制来实现多通道切换，切换回路和保护回路的状态信号反馈给控制单元，以确保在某一时刻只有一路电流信号接入，实现分时采集。保护电路由串联的继电器常闭触点和采样电阻构成，其主要作用是用于状态自检，在“先通后断”过程中，当继电器双常开触点和继电器常闭触点均闭合的时刻，电流互感器二次侧电流会分流流过采样电阻，通过确定电流的分流状态，可以实现对电机运行状态的自检。
本装置适用于周期性变载、成组变频控制电机的动态信号分时采集，通过控制单元和切换单元实现电机电流信号的切换，并由信号采集分析单元采集电机的电压、电流信号，采集的数据可用于电机信号的多角度分析，如智能化的谐波分析、谱分析、参数分析等，提高电机运行状态检测的准确性，减少成组电机运行参数采集的成本，实现数据的精确、可靠采集分析，为分析成组电机系统的健康状态及运行维修提供依据。
Claims (4)
1.一种成组变频异步电机信号动态分时采集装置，包括由变频器控制的若干电机，其特征在于：还包括信号采集分析单元、控制单元和切换单元，所述若干电机分别依次通过控制开关、上端子和下端子连接所述变频器的控制母线，所述信号采集分析单元的电压信号输入端连接所述变频器的控制母线、电流信号输入端连接所述切换单元信号输出端，所述信号采集分析单元与控制单元双向通讯连接，所述切换单元包括若干电流互感器和若干继电器双常开触点，所述若干电流互感器一次侧两端分别连接所述上端子和下端子，所述若干电流互感器二次侧两端分别经所述若干继电器双常开触点连接所述切换单元的输出端，所述若干继电器双常开触点由所述控制单元顺序控制闭合和断开。
2.根据权利要求1所述的成组变频异步电机信号动态分时采集装置，其特征在于：本装置还包括若干继电器常闭触点和若干采样电阻，所述若干继电器常闭触点与若干采样电阻串联后分别连接所述若干电流互感器二次侧两端。
3.根据权利要求2所述的成组变频异步电机信号动态分时采集装置，其特征在于：所述采样电阻阻值是0.1欧姆。
4.根据权利要求1、2或3所述的成组变频异步电机信号动态分时采集装置，其特征在于：本装置还包括上位机，所述信号采集分析单元与上位机通过有线网络或无线网络通讯连接。
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