CN111512166A - 用于测量电动机的功率或能量的测量方法、程序和设备 - Google Patents

用于测量电动机的功率或能量的测量方法、程序和设备 Download PDF

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CN111512166A CN201880082568.9A CN201880082568A CN111512166A CN 111512166 A CN111512166 A CN 111512166A CN 201880082568 A CN201880082568 A CN 201880082568A CN 111512166 A CN111512166 A CN 111512166A
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Abstract

本发明涉及一种用于测量电动机的功率(Pe、Pm)的方法，该方法涉及通过测量传感器(11)测量电动机的实际电流(I)，本发明的特征在于，涉及在接口(20)上输入引擎的至少一条额定功率数据(Pn)、一条额定转速数据(Wn)、一条额定电流数据(In)、一条额定电压数据(Un)、一条功率因数数据(cosφ)以及实际电流(I)；在计算机中，根据至少取决于数据(Pn、In、Un、cosφ)的第一存储函数计算电动机的空载电流；在计算机中，根据至少取决于数据(Pn、Ln)、实际电流(I)和已经计算出的空载电流(I0)的至少一第二存储函数计算有功功率(Pe)和/或机械功率(Pm)和/或有功电能和/或机械能；以及在输出接口(24)上提供已经计算出的功率。

Description

用于测量电动机的功率或能量的测量方法、程序和设备
技术领域
本发明涉及用于测量电动机的电学量的方法和设备。
本发明的领域涉及所有类型的电动机，特别是异步电动机。
背景技术
大多数电动机都带有一个铭牌，指示电动机的额定功率、电动机的额定转速、电动机的额定电压、电动机的额定电流以及电动机的功率因数。
电动机的耗电量占工业账单的70％以上。通过优化电动机的规则和尺寸，可以显着降低这一份额。实际上，节能潜力很大，因为许多电动机是通过机械方法进行调节的，这些机械方法基于其对负载下降而不是电动机转速变化的规则。但是，使用电子变速器可以节省多达30％的能耗。另外，忽略电动机提供的工作以外，制造商倾向于超大规格生产，这会降低其整体产量。
电动机的更换和/或其规则表示必须摊销的投资。但是，根据电动机负载是否高度可变，对于具有相同规则类型的两个相同电动机，所节省的电量可能完全不同。
当前，由于实现的复杂性、方法的侵入性和通常对电动机操作的不了解，因此对电动机执行相对较少的电学量测量，这些电学量例如包括有功功率和/或机械功率和/或有功电能和/或机械能。实际上，为了测量电动机在一段时间内的功率，使用瓦特表需要安装三个电流钳和三个电压探头，在不考虑接线错误风险的情况下，这样做有时会停止生产。此外，传统的瓦特表需要自己的电源(最常用的是220V)，这在行业中并不常见。
文献FR-A-2 999 326描述了一种用于监视电气设备的系统，该系统包括用于每个电气设备的相关联的传感器，该传感器具有提供该电气设备的电流的至少一个测量值的功能，该传感器与用于将传感器提供的电流测量值无线传输到与计算器相连的远程接收部件的部件相关联；该系统还包括用于根据存储器中存储的从接收部件以及从电气设备的至少一个预定特征接收的电流测量值，计算电气设备的电流以外的至少一个操作参数的装置，该特征是电流测量值的2次多项式函数。所述操作参数是电动机的有功功率和/或相对有功功率，或者是由电气设备的电动机驱动的机器的操作参数，例如使用泵时的液压流量、使用压缩机时的空气流量等等。这些参数根据电流测量值，以及根据空载电流、额定功率、额定电流、功率因数、电源电压、同步转速的特征来计算。
根据文献FR-A-2 999 326的监视系统的缺点在于，电流转换成所述参数的误差可能在一个电动机与另一电动机之间不同，如果电动机输出的功率减小，则误差会增大。
发明内容
本发明旨在获得一种用于测量电动机的有功功率和/或机械功率和/或有功电能和/或机械能的方法和设备，该方法和设备克服了现有技术的缺点，易于实现，具有最小的干扰，并且在考虑电动机多样性的情况下改进了测量。
为此，本发明的第一主题是一种用于测量电动机的有功功率和/或机械功率和/或有功电能和/或机械能的方法，其中
通过至少一个测量传感器测量所述电动机的实际电流，
其特征在于，
在计算器的至少一个输入接口上输入至少所述电动机的额定功率数据、所述电动机的额定转速数据、所述电动机的额定电流数据、所述电动机的额定电压数据、所述电动机的功率因数数据以及所述电动机的实际电流，
根据至少取决于所述电动机的额定功率数据、所述电动机的额定电流数据、所述电动机的额定电压数据以及所述电动机的功率因数数据的第一记录函数在所述计算器中计算所述电动机的空载电流，
根据至少取决于所述电动机的额定功率数据、所述电动机的额定电流数据、所述实际电流和已经计算出的所述空载电流的至少一第二记录函数在所述计算器中计算所述有功功率和/或所述机械功率和/或所述有功电能和/或所述机械能，
在所述计算器的输出接口上提供已经计算出的所述有功功率和/或所述机械功率和/或所述有功电能和/或所述机械能。
发明人通过分析大量的电动机，已经确定在每个转速范围内的有功功率和/或机械功率和/或有功电能和/或机械能的计算由上述第一和第二函数两者控制，即空载电流取决于上述额定数据，而不取决于实际测量的电流，而功率取决于空载电流、实际测量的电流和一部分额定数据。
不同的模拟表明，根据实际测得的电流而变化的各种功率演变曲线并不直接与电动机的额定数据相关。例如，在图3中，分别称为电动机1和电动机2的两个电动机示例的演变曲线C1和C2非常相似，而这两个电动机既没有相同的功率也没有相同的旋转速度，并且没有下表1中的相同额定数据：
表1：两个电动机的数据示例
Figure BDA0002547564210000031
为了能够根据电动机消耗的电流及其铭牌估计电动机输出的功率，发明人已经在横坐标轴上的原点(零功率)和铭牌的各种数据之间建立了关联。
在物理上，随实际电流变化的每条功率演变曲线的原点代表了当电动机不输出功率时所消耗的电流部分，该特定点在下文中标记为I0。从这一点出发，计算每个电动机的演变曲线。
由于电动机铭牌上的信息不足以构建等效的电气模型来计算空载电流I0的值，因此使用遗传算法来找到铭牌与电流I0之间的关系。
根据本发明的一个实施例，根据至少取决于所述电动机的额定功率数据、所述电动机的额定电流数据、所述实际电流和已经计算出的所述空载电流，以及所述电动机的额定转速数据与所述电动机的额定转速的预定参考值的偏差的至少一第二记录函数在所述计算器中计算所述有功功率和/或所述机械功率和/或所述有功电能和/或所述机械能。
根据本发明的一个实施例，所述电动机的额定转速的预定参考值等于每分钟3000转。
发明人已经确定，可以用常数乘以由电动机的额定功率数据、电动机的额定电流数据、电动机的额定电压数据、电动机的功率因数数据，以及电动机的额定转速数据相对电动机的额定转速的预定参考值的偏差形成的因数对第一函数进行建模，每个因数具有特定相应的关联指数。
因此，根据一个实施例，所述第一函数包括相乘在一起的因数，所述因数分别取决于所述电动机的额定功率数据、所述电动机的额定电流数据、所述电动机的额定电压数据、所述电动机的功率因数数据，以及所述电动机的额定转速数据相对所述电动机的额定转速的预定参考值的偏差。
根据一个实施例，所述第一函数具有以下形式
Figure BDA0002547564210000041
其中I0是所述电动机的空载电流，
Pn是所述电动机的额定功率数据，
x1、x2、x3、x4、x5、x4、x5和x6是预定的实系数，
Pn是所述电动机的额定功率数据，
In是所述电动机的额定电流数据，
Un是所述电动机的额定电压数据，
cosφ是所述电动机的功率因数数据。
Wn是所述电动机的额定转速数据，
REF是所述电动机的额定转速的预定参考值。
根据一个实施例，
x1是严格为负的预定实系数，
x2是严格为正的预定实系数，
x3是严格为正的预定实系数，
x4是严格为负的预定实系数，
x5是严格为负的预定实系数，
x6是严格为负的预定实系数。
该算法已经过参数化，因此可以搜索方程式的指数值，以减少空载电流的总误差。
分析了一百种具有各种特征的电动机的模拟结果，以建立第二函数。
根据一个实施例，所述电动机的机械功率Pm(t)在所述计算器中通过以下第二函数来计算：
Figure BDA0002547564210000051
其中
Pn是所述电动机的额定功率数据，
Figure BDA0002547564210000052
I(t)是实际电流，
In是所述电动机的额定电流数据，
A、B、C和D是预定的实系数。
根据一个实施例，所述预定的实系数A、B、C和D是已经计算出的所述空载电流(I0)的不同函数。
根据一个实施例，所述预定的实系数A是已经计算出的所述空载电流(I0)的第一多项式函数的指数。
因此，根据一个实施例，发明人已经确定，通过对曲线的平方的指数进行插值，多项式函数的次数可以是次数3，并且在其系数的计算中对小误差不太敏感。
根据一个实施例，已经寻求系数A、B、C和D的值与描述性数据之间的相关性。根据一个实施例，根据空载电流对系数A进行插值，并且根据系数A对系数B、C和D进行插值。因此，根据第一实施例，
A＝exp((a1.(I0)2+a2.I0+a3)2)
B＝b1.A2+b2.A+b3
C＝c1.A2+c2.A+c3
D＝d1.A2+d2.A+d3
其中
I0是所述电动机的空载电流，
a1、a2、a3、b1、b2、b3、c1、c2、c3、d1、d2、d3是预定的实系数。这例如对应于下面所述的第一系列。
为了减小低功率和低空载电流值时的偏差，通过对系数A、B、C和D与估算的空载电流值之间的相关性进行新的插值，重新调整了第二函数的系数。该重新调整修改了系数A、B、C和D的计算。因此，根据第二实施例，
A＝exp((a1.(I0)4+a2.(I0)3+a3.(I0)2+a4.I0+a5)2)
B＝-exp((b1.(I0)4+b2.(I0)3+b3.(I0)2+b4.I0+b5)2)
C＝exp(c1.(I0)4+c2.(I0)3+c3.(I0)2+c4.I0+c5)
D＝-exp(d1.(I0)4+d2.(I0)3+d3.(I0)2+d4.I0+d5)+1
其中
I0是所述电动机的空载电流，
a1、a2、a3、a4、a5、b1、b2、b3、b4、b5、c1、c2、c3、c4、c5、d1、d2、d3、d4、d5是预定的实系数。这例如对应于下面所述的第二系列。
根据一个实施例，所述有功功率根据所述机械功率、所述实际电流、所述电动机的功率因数数据、所述电动机的额定电压数据和所述电动机的额定功率数据来计算。
根据一个实施例，所述有功功率Pactive(t)根据以下公式来计算：
Pactive(t)＝Pm(t)+Ppertes(t)
Figure BDA0002547564210000071
Figure BDA0002547564210000072
Figure BDA0002547564210000073
Figure BDA0002547564210000074
其中Pm(t)是所述机械功率，
I(t)是所述实际电流，
Pn是所述电动机的额定功率数据，
Un是所述电动机的额定电压数据，
In是所述电动机的额定电流数据，
cosφ是所述电动机的功率因数数据。
根据一个实施例，计算所述电动机的有功功率，所述电动机的有功电能通过对所述电动机的有功功率进行时间积分来计算。
根据一个实施例，计算所述电动机的机械功率，
所述电动机的机械能通过对所述电动机的机械功率进行时间积分来计算。
本发明的第二目标是一种包括代码指令的计算机程序，当在计算器上执行时，所述代码指令用于实现上面所述的测量方法。
本发明的第三目标是一种用于测量电动机的有功功率和/或机械功率和/或有功电能和/或机械能的设备，所述设备包括：
至少一个测量传感器，其用于通过以下方式测量所述电动机的实际电流：
其特征在于，所述设备还包括计算器，所述计算器包括用于输入至少所述电动机的额定功率数据、所述电动机的额定转速数据、所述电动机的额定电流数据、所述电动机的额定电压数据、所述电动机的功率因数数据以及所述电动机的实际电流的至少一个接口，
所述计算器被配置为根据至少取决于所述电动机的额定功率数据、所述电动机的额定电流数据、所述电动机的额定电压数据以及所述电动机的功率因数数据的第一记录函数计算所述电动机的空载电流，
所述计算器被配置为根据至少取决于所述电动机的额定功率数据、所述电动机的额定电流数据、所述实际电流和已经计算出的所述空载电流的至少一第二记录函数计算所述有功功率和/或所述机械功率和/或所述有功电能和/或所述机械能，
所述计算器包括用于提供已经计算出的所述有功功率和/或所述机械功率和/或所述有功电能和/或所述机械能的输出接口。
附图说明
当参考附图阅读下面仅通过非限制性示例给出的描述时，可以更好地理解本发明，其中：
图1根据本发明的示例示意性地示出了测量设备，
图2根据本发明的示例示意性地示出了测量方法的流程图，
图3示出了随着两个现有技术电动机示例的消耗电流变化的纵坐标上的功率演化曲线，
图4示出了根据本发明的第一实施例的估算的功率曲线，以及针对不同的相应电动机而输出和模拟的机械功率，
图5示出了根据本发明的第二实施例的估算的功率曲线，以及针对不同的相应电动机输出和模拟的机械功率。
具体实施方式
在图1中，根据本发明的测量设备1实现了一种包括下面所述的一个或多个步骤的测量方法。
测量设备1包括一个或多个测量传感器11，其安装在一个或多个电动机M上并且测量电动机M的实际电流I，该实际电流也被标记为I(t)，并且还被称为实测电流。该测量的电流I或I(t)可以是瞬时实际电流。电动机M可以是异步电动机，尤其是三相异步电动机。电动机M可以是直接进给的电动机，也就是说没有变速器。电动机M可以具有例如每分钟1500或3000转的同步转速。电动机M可以是例如小于或等于1000V的低压电动机。实际测量电流I的值被发送到计算器2的输入接口20的第一输入21。例如，实际测量的电流I的值是电动机电流的有效值(RMS电流)，可以是准时的，也可以是一段时间的。第一输入21可以是电动机M的测量电流I的实时输入。第一输入21通过连接构件连接到传感器11，该连接构件可以是有线连接构件或无线连接构件(也就是说，包括接收器，该接收器连接到第一输入21，并且接收由连接到传感器11的发射器通过无线链路发送的测量电流值I)。
此外，在接口20的第二输入22上输入电动机的额定功率数据Pn和电动机的额定转速数据Wn。电动机的额定转速数据Wn例如以每分钟转数表示。接口20的第二输入22例如是人机接口，其可以是用于输入数据的手动接口，也可以是例如计算机键盘和/或手动键和/或触摸屏等。根据实施例，还在接口20的第二输入22上输入电动机的额定电压数据Un、电动机的额定电流数据In和电动机的功率因数数据cosφ(也表示为cos_Phi)。例如，这些数据由用户在输入22上输入，该用户为此已经在电动机M的铭牌上读取了该数据并且操作了人机接口。因此，上述数据被称为电动机M的额定数据或电动机M的描述性数据。测量设备1和测量方法可以使用包括用于执行所描述的步骤的代码指令的计算机程序。
计算器2包括计算模块23，该计算模块23连接到接口20并且被配置为根据至少取决于电动机的额定功率数据Pn、电动机的额定电流数据In、电动机的额定电压数据Un以及电动机的功率因数数据cosφ的第一记录函数计算电动机的空载电流I0。电动机的额定转速数据Wn不同于电动机M的同步转速，该电动机的额定转速数据Wn小于电动机M的同步转速。
计算模块23被配置为根据至少实际电流I计算电动机M的有功功率Pe(也表示为Pe(t)或Pactive(t))和/或机械功率Pm(也表示为Pm(t)或Pm(t))和/或电动机M的有功电能Eactive和/或电动机M的机械能Em的值。该计算根据取决于至少电动机的额定功率数据Pn、电动机的额定电流数据In、已经测量的实际电流I以及已经计算出的空载电流I0的至少一第二记录函数执行。该第二记录函数还可以另外取决于电动机的额定转速数据Wn相对电动机的额定转速的预定参考值REF的偏差。电动机的额定转速的预定参考值REF可以在接口20上输入，或预先记录在计算器2或计算模块23中。电动机的额定转速数据Wn大于零，并且可以小于电动机的额定转速的预定参考值REF。例如，电动机的额定转速的预定参考值REF为每分钟3000转，而且不受此限制。在这种情况下，电动机Wn的额定转速数据可以小于每分钟3000转。
计算模块23连接到计算器2的输出接口24，在该接口上提供已经计算出的有功功率Pe和/或机械功率Pm和/或有功电能Eactive和/或机械能Em的值。该输出接口24可以例如是屏幕或显示器等。
下面参考图2描述由计算器2的计算模块23执行的计算的实施例。
根据一个实施例，第一函数包括相乘在一起的因数，这些因素分别取决于电动机的额定功率数据Pn、电动机的额定电流数据In、电动机的额定电压数据Un、电动机的功率因数数据cosφ，以及电动机的额定转速数据Wn相对电动机的额定转速的预定参考值REF的偏差。
根据一个实施例，每个第一函数具有以下形式
Figure BDA0002547564210000111
其中I0是电动机的空载电流，
Pn是电动机的额定功率数据，
x1、x2、x3、x4、x5、x4、x5和x6是预定的实系数。
根据一个实施例：
x1是严格为负的预定实系数，
x2是严格为正的预定实系数，
x3是严格为正的预定实系数，
x4是严格为负的预定实系数，
x5是严格为负的预定实系数，
x6是严格为负的预定实系数。
根据一个实施例，
-2<x1<-1，
和/或1<x2<2，
和/或1<x3<2，
和/或-2<x4<-1，
和/或-1<x5<0，
和/或-1<x6<0。
根据一个实施例，
-1.3≤x1≤-1.2，
和/或1.2≤x2≤1.3，
和/或1.2≤x2≤1.3，
和/或-2≤x4≤-1.9，
和/或-0.1≤x5<0，
和/或-0.4≤x6≤-0.3。
根据一个实施例，-1.24≤x1≤-1.23，
和/或1.26≤x2≤1.27，
和/或1.22≤x2≤1.23，
和/或-1.91≤x4≤-1.9，
和/或-0.02≤x5≤-0.01，
和/或-0.33≤x6≤-0.32。
在一个非限制性示例中，可以获得x1、x2、x3、x4、x5、x4、x5和x6的以下值：
x1＝-1.23，
x2＝1.27，
x3＝1.23，
x4＝-1.9，
x5＝-0.01，
x6＝-0.33。
根据一个实施例，测量的电流I(t)的值通过除以额定电流数据In来简化，以根据等式
Figure BDA0002547564210000121
获得简化的电流Ired(t)。因此，简化的电流Ired(t)的值可以例如包含在零和一之间的间隔中。
根据一个实施例，计算模块23被配置为通过以下第二函数计算电动机的机械功率Pm(t)：
A、B、C和D是非零的预定实系数，预先记录在计算模块23或计算器2中。
预定的实系数A、B、C和D是已经计算出的空载电流(I0)的不同函数。
下面描述第二函数Pm(t)的第一实施例系列。
根据一个实施例，
A＝exp((a1.(I0)2+a2.I0+a3)2)
B＝b1.A2+b2.A+b3
C＝c1.A2+c2.A+c3
D＝d1.A2+d2.A+d3
其中
I0是电动机的空载电流，
a1、a2、a3、b1、b2、b3、c1、c2、c3、d1、d2、d3是非零的预定实系数。
在以下公式中，exp指定指数。
根据一个实施例，
2≤a1≤3，-2≤a2≤-1，1≤a3≤2，
-1≤b1<0，-3≤b2≤-2，3≤b3≤4，
0<c1≤1，1≤c2≤2，-3≤c3≤-2，
-1≤d1<0，-1≤d2<0，1≤d3≤2。
根据一个实施例，
2.9≤a1≤3，-1.2≤a2≤-1.1，1≤a3≤1.1，
-0.1≤b1<0，-2.1≤b2≤-2，3.5≤b3≤3.6，
0<c1≤0.1、1.4≤c2≤1.5，-2.9≤c3≤-2.8，
-0.1≤d1<0，-0.5≤d2≤-0.4，1.9≤d3≤2。
根据一个实施例，
2.93≤a1≤2.94，-1.15≤a2≤-1.14，1.06≤a3≤1.07，
-0.02≤b1≤-0.01，-2.01≤b2≤-2、3.51≤b3≤3.52，
0.02≤c1≤0.03、1.47≤c2≤1.48，-2.83≤c3≤-2.82，
-0.01≤d1<0，-0.46≤d2≤-0.45，1.95≤d3≤1.96。
在非限制性示例中，可以获得以下值
a1＝2.94，a2＝-1.15，a3＝1.06，
b1＝-0.02，b2＝-2.01，b3＝3.51，
c1＝0.03，c2＝1.48，c3＝-2.82，
d1＝-0.01，d2＝-0.046，d3＝1.96。
如图4所示，该第一系数系列已经允许获得相对于模拟功率，相对接近根据该第二函数计算出的功率的轮廓形状，该图针对不同的相应电动机示出了由电动机输出的机械功率的相应曲线D1′、D2′、D3′、D4'、D5'、D6'、D7'、D8'、D9'、D10'、D11'、D12'，该机械功率是相对于横坐标上由电动机消耗的电流根据该第二函数计算(估算)的，同时还示出了由电动机输出的模拟机械功率的相应曲线D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8、D9、D10、D11、D12。
下面描述第二函数Pm(t)的第二实施例系列。
根据一个实施例，预定的实系数A是已经计算出的空载电流I0的递增函数，
预定的实系数B是已经计算出的空载电流I0的递减函数，
预定的实系数C是已经计算出的空载电流I0的递增函数，
预定的实系数D是已经计算出的空载电流I0的递减函数。
根据一个实施例，预定的实系数A是已经计算出的空载电流I0的第一多项式函数的指数。
根据一个实施例，预定的实系数B等于已经计算出的空载电流I0的第二多项式函数的指数的对数。
根据一个实施例，预定的实系数C是已经计算出的空载电流I0的第三多项式函数的指数。
根据一个实施例，预定的实系数D等于已经计算出的空载电流I0的第四多项式函数的指数的对数与一的和。
根据一个实施例，空载电流I0的第一和第二多项式函数的次数均小于或等于8。
根据一个实施例，空载电流I0的第一和第二多项式函数的次数均等于8。
根据一个实施例，空载电流I0的第三和第四多项式函数的次数均小于或等于4。
根据一个实施例，空载电流I 0的第三和第四多项式函数的次数均等于4。
为了减小图4出现的低功率和低空载电流值时的偏差(其中可以注意到存在这样的偏差，如果功率减小，则偏差增加，并且偏差越大，空载电流越小)，通过对系数A、B、C和D与估算的空载电流值之间的相关性进行新的插值，重新调整了第二函数的系数。该重新调整修改了系数A、B、C和D的计算，如下所示。
根据一个实施例，
A＝exp((a1.(I0)4+a2.(I0)3+a3.(I0)2+a4.I0+a5)2)。
根据一个实施例，
B＝-exp((b1.(I0)4+b2.(I0)3+b3.(I0)2+b4.I0+b5)2)
C＝exp(c1.(I0)4+c2.(I0)3+c3.(I0)2+c4.I0+c5)
D＝-exp(d1.(I0)4+d2.(I0)3+d3.(I0)2+d4.I0+d5)+1
其中
I0是电动机的空载电流，
a1、a2、a3、a4、a5、b1、b2、b3、b4、b5、c1、c2、c3、c4、c5、d1、d2、d3、d4、d5是非零的预定实系数。
根据一个实施例，
29≤a1≤31，-59≤a2≤-57、41≤a3≤43，-13≤a4≤-11、1≤a5≤3，
36≤b1≤38，-63≤b2≤-61、35≤b3≤37，-6≤b4≤-4、0<b5≤2，
171≤c1≤173，-311≤c2≤-309、207≤c3≤209，-55≤c4≤-53、3≤c5≤5，
160≤d1≤162，-284≤d2≤-282，181≤d3≤183，-43≤d4≤-41，0<d5≤2。
在非限制性示例中，可以获得a1、a2、a3、a4、a5、b1、b2、b3、b4、b5、c1、c2、c3、c4、c5、d1、d2、d3、d4、d5的以下值：
a1＝31，a2＝-58，a3＝42，a4＝-12，a5＝2
b1＝37，b2＝-62，b3＝36，b4＝-5，b5＝0，
c1＝172，c2＝-310，c3＝208，c4＝-54，c5＝4
d1＝161，d2＝-283，d3＝182，d4＝-42，d5＝1。
如图5所示，该第二系数系列已经允许根据该第二函数计算出的功率相对忠实于模拟功率，该图针对不同的相应电动机表示由电动机输出的机械功率的相应曲线F1、F2、F3、F4、F5、F6、F7、F8、F9、F10、F11、F12，该机械功率是相对于横坐标上由电动机消耗的电流根据该第二函数计算(估算)的，同时还示出了由电动机输出的模拟机械功率的相应曲线D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8、D9、D10、D11、D12。
根据一个实施例，有功功率Pactive(t)根据机械功率Pm、实际电流I、电动机的功率因数数据cosφ、电动机的额定电压数据Un以及电动机的额定功率数据Pn来计算。
根据一个实施例，有功功率Pactive(t)根据以下公式来计算：
Pactive(t)＝Pm(t)+Ppertes(t)
Figure BDA0002547564210000161
Figure BDA0002547564210000162
Figure BDA0002547564210000163
其中Rendnom表示电动机M的效率，
Ppertesnom表示电动机M标称点的损耗，
Ppertes(t)表示计算出的电动机M的损耗。
根据一个实施例，可以通过根据以下等式对已经计算出的有功功率Pe进行时间积分来计算电动机M的有功电能Eactive：
Figure BDA0002547564210000171
其中t表示时间。
根据一个实施例，可以通过根据以下等式对已经计算出的机械功率Pm进行时间积分来计算电动机M的机械能Em：
Figure BDA0002547564210000172
其中t表示时间。
根据一个实施例，计算器2采用以下算法：
-在步骤E1中，计算空载电流I0，
-在步骤E2中，计算系数A、B、C和D，
-在步骤E3中，测量实际电流I或I(t)，
-在步骤E4中，简化电流I以计算简化的电流Ired(t)，
-在步骤E5中，根据至少在步骤E4中已经计算出的简化的电流Ired(t)以及在步骤E2中计算出的系数A、B、C、D，计算有功功率Pe和/或机械功率Pm和/或有功电能Eactive和/或机械能Em。
该算法仅可用于同步转速为每分钟1500和3000转的异步电机。
已经计算出的机械功率Pm可以由分析设备使用，例如审计分析软件。
已经计算出的有功功率Pe和有功电能Eactive可以被一个或多个操作设备使用。因此，本发明允许将测量的电流I转换为有功功率Pe和/或机械功率Pm和/或有功电能Eactive和/或机械能Em的值。
当然，以上实施例、可能性、特征和示例可以彼此组合或彼此独立地选择。

Claims (17)

1.一种用于测量电动机的有功功率(Pe)和/或机械功率(Pm)和/或有功电能和/或机械能的方法，其中
通过至少一个测量传感器测量所述电动机的实际电流(I)，
其特征在于，
在计算器的至少一个输入接口(20)上输入至少所述电动机的额定功率数据(Pn)、所述电动机的额定转速数据(Wn)、所述电动机的额定电流数据(In)、所述电动机的额定电压数据(Un)、所述电动机的功率因数数据(cosφ)以及所述电动机的实际电流(I)，
根据至少取决于所述电动机的额定功率数据(Pn)、所述电动机的额定电流数据(In)、所述电动机的额定电压数据(Un)以及所述电动机的功率因数数据(cosφ)的第一记录函数在所述计算器中计算所述电动机的空载电流(I0)，
根据至少取决于所述电动机的额定功率数据(Pn)、所述电动机的额定电流数据(In)、所述实际电流(I)和已经计算出的所述空载电流(I0)的至少一第二记录函数在所述计算器中计算所述有功功率(Pe)和/或所述机械功率(Pm)和/或所述有功电能和/或所述机械能，
在所述计算器的输出接口(24)上提供已经计算出的所述有功功率(Pe)和/或所述机械功率(Pm)和/或所述有功电能和/或所述机械能。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据至少取决于所述电动机的额定功率数据(Pn)、所述电动机的额定电流数据(In)、所述实际电流(I)和已经计算出的所述空载电流(I0)，以及所述电动机的额定转速数据(Wn)相对所述电动机的额定转速的预定参考值(REF)的偏差的至少一第二记录函数在所述计算器中计算所述有功功率(Pe)和/或所述机械功率(Pm)和/或所述有功电能和/或所述机械能。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一函数包括相乘在一起的因数，所述因数分别取决于所述电动机的额定功率数据(Pn)、所述电动机的额定电流数据(In)、所述电动机的额定电压数据(Un)、所述电动机的功率因数数据(cosφ)，以及所述电动机的额定转速数据(Wn)相对所述电动机的额定转速的预定参考值(REF)的偏差。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述电动机的额定转速的预定参考值(REF)等于每分钟3000转。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一函数具有以下形式：
Figure FDA0002547564200000021
其中I0是所述电动机的空载电流，
Pn是所述电动机的额定功率数据，
x1、x2、x3、x4、x5、x4、x5和x6是预定的实系数，
Pn是所述电动机的额定功率数据，
In是所述电动机的额定电流数据，
Un是所述电动机的额定电压数据，
cosφ是所述电动机的功率因数数据，
Wn是所述电动机的额定转速数据，
REF是所述电动机的额定转速的预定参考值。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，
x1是严格为负的预定实系数，
x2是严格为正的预定实系数，
x3是严格为正的预定实系数，
x4是严格为负的预定实系数，
x5是严格为负的预定实系数，
x6是严格为负的预定实系数。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，所述电动机的机械功率Pm(t)在所述计算器中通过以下第二函数来计算：
Figure FDA0002547564200000031
其中
Pn是所述电动机的额定功率数据，
Figure FDA0002547564200000032
I(t)是实际电流，
In是所述电动机的额定电流数据，
A、B、C和D是预定的实系数。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述预定的实系数A、B、C和D是已经计算出的所述空载电流(I0)的不同函数。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，
所述预定的实系数A是已经计算出的所述空载电流(I0)的第一多项式函数的指数。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的方法，其特征在于，
A＝exp((a1.(I0)2+a2.I0+a3)2)
B＝b1.A2+b2.A+b3
C＝c1.A2+c2.A+c3
D＝d1.A2+d2.A+d3
其中
I0是所述电动机的空载电流，
a1、a2、a3、b1、b2、b3、c1、c2、c3、d1、d2、d3是预定的实系数。
11.根据权利要求7至9中任一项所述的方法，其特征在于，
A＝exp((a1.(I0)4+a2.(I0)3+a3.(I0)2+a4.I0+a5)2)
B＝-exp((b1.(I0)4+b2.(I0)3+b3.(I0)2+b4.I0+b5)2)
C＝exp(c1.(I0)4+c2.(I0)3+c3.(I0)2+c4.I0+c5)
D＝-exp(d1.(I0)4+d2.(I0)3+d3.(I0)2+d4.I0+d5)+1
其中
I0是所述电动机的空载电流，
a1、a2、a3、a4、a5、b1、b2、b3、b4、b5、c1、c2、c3、c4、c5、d1、d2、d3、d4、d5是预定的实系数。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述有功功率(Pactive(t))根据所述机械功率(Pm)、所述实际电流(I)、所述电动机的功率因数数据(cosφ)、所述电动机的额定电压数据(Un)和所述电动机的额定功率数据(Pn)来计算。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述有功功率Pactive(t)根据以下公式来计算：
Pactive(t)＝Pm(t)+Ppertes(t)
Figure FDA0002547564200000041
Figure FDA0002547564200000042
Figure FDA0002547564200000043
Figure FDA0002547564200000044
其中Pm(t)是所述机械功率，
I(t)是所述实际电流，
Pn是所述电动机的额定功率数据，
Un是所述电动机的额定电压数据，
In是所述电动机的额定电流数据，
cosφ是所述电动机的功率因数数据。
14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，计算所述电动机的有功功率(Pe)，
通过对所述电动机的有功功率(Pe)进行时间积分来计算所述电动机的有功电能。
15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，计算所述电动机的机械功率(Pm)，
通过对所述电动机的机械功率(Pm)进行时间积分来计算所述电动机的机械能。
16.一种包括代码指令的计算机程序，当在计算器上执行时，所述代码指令用于实现根据前述权利要求中任一项所述的测量方法。
17.一种用于测量电动机的有功功率(Pe)和/或机械功率(Pm)和/或有功电能和/或机械能的设备，所述设备包括：
至少一个测量传感器(11)，其用于通过以下方式测量所述电动机的实际电流(I)：
其特征在于，所述设备还包括计算器(2)，所述计算器(2)包括用于输入至少所述电动机的额定功率数据(Pn)、所述电动机的额定转速数据(Wn)、所述电动机的额定电流数据(In)、所述电动机的额定电压数据(Un)、所述电动机的功率因数数据(cosφ)以及所述电动机的实际电流(I)的至少一个接口(20)，
所述计算器(2)被配置为根据至少取决于所述电动机的额定功率数据(Pn)、所述电动机的额定电流数据(In)、所述电动机的额定电压数据(Un)以及所述电动机的功率因数数据(cosφ)的第一记录函数计算所述电动机的空载电流(I0)，
所述计算器(2)被配置为根据至少取决于所述电动机的额定功率数据(Pn)、所述电动机的额定电流数据(In)、所述实际电流(I)和已经计算出的所述空载电流(I0)的至少一第二记录函数计算所述有功功率(Pe)和/或所述机械功率(Pm)和/或所述有功电能和/或所述机械能，
所述计算器(2)包括用于提供已经计算出的所述有功功率(Pe)和/或所述机械功率(Pm)和/或所述有功电能和/或所述机械能的输出接口(24)。
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