CN111596208A - 一种永磁电机损耗在线测试装置及其方法 - Google Patents

一种永磁电机损耗在线测试装置及其方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种永磁电机损耗在线测试装置，包括定子绕组电参数测量单元、在线感应电势变送单元以及感应电势测量单元，在电机定子槽口处设置有集成印制电路，印制电路印制细导线，其印制的匝数与电机定子槽内绕组导体数呈一定的比例关系，该细导体通过一定的方式连接，还公开了测试方法，通过测量最终印制电路的电压，以反映电机绕组内感应电势情况，再测量电机绕组输入端的电压、电流等，通过功率换算，可在线计算出电机铜耗、铁耗、负载损耗等相关参数。本发明布置测量元件几乎不占用定子空间，方法简单可行，运算量小，可在线计算损耗及其组成。

Description

一种永磁电机损耗在线测试装置及其方法
技术领域
本发明属于电机参数测试技术领域，特别涉及一种永磁电机损耗在线测试装置，以及其损耗测试方法。
背景技术
在各种旋转机械工作场所，电机常伴随着自身发热，由于电机损耗组成复杂，包括铁损、铜耗、机械损耗等，在电机运行过程中，难以对电机、输出功率、效率等进行在线测量。
现有损耗、效率的测量技术是在电机出厂前通过型式试验测定，并认为某一型电机损耗和效率不变，但受材料批次和生产批次的不同，实际电机运行结果仍有差异，不能很好的反映电机损耗和效率情况。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明针对电机铜损耗和铁损耗难以分离，不能在线测量等方面的难题，提供一种永磁电机损耗在线测试装置及其方法。
为了实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种永磁电机损耗在线测试装置，包括定子绕组电参数测量单元、在线感应电势变送单元以及感应电势测量单元；所述的定子绕组电参数测量单元根据电机接线方式选择测量位置，对输入电机的线电压、电流实时采样；所述的在线感应电势变送单元，采用极细导线布置于电机定子槽口处，其匝数与电机定子槽内绕组导体数呈比例关系，该细导体端部连接方式与电机绕组端部连接一致，通过测量电压得到电机绕组内感应电势；所述的感应电势测量单元通过在线感应电势变送单元提供的电压信息实时采样感应电势。
进一步，选择测量方法和测量位置时，三线制时运用电压传感/变送器测量电机电源馈线进线端的线电压，运用电流传感/变送器测量电机电源馈线进线端的线电流。
进一步，选择测量方法和测量位置时，四线制时分别测量电机馈线端的相电压和相电流，对输入电机的线电压和电流实时采样。
更进一步，所述的定子绕组电参数测量单元由数字电压表实现，通过在线感应电势变送单元提供的电压信息实时采样感应电势。
更进一步，所述的在线感应电势变送单元为设置在电机定子槽口处的上层印制导体和下层印制导体。
再进一步，所述的上层印制导体和下层印制导体与电机的绕组接线端部接线方式完全相同，分别设置在电机定子槽楔的上下表面。
一种永磁电机损耗在线测试方法，用于三相四线制电机的损耗在线测试时，步骤如下：通过定子绕组电参数测量单元采样电机的电压Ua、Ub、Uc和电流Ia、Ib、Ic；通过在线感应电势变送单元采样感应电势Ea、Eb、Ec；通过公式P总=Ua*Ia+Ub*Ib+Uc*Ic得到电机输入总功率P总，通过公式P感=-k（Ea*Ia+Eb*Ib+Ec*Ic）得到电机电磁感应总功率P感；电机空载工况时，计P总为P总0，P感为P感0，负载工况时计P总为P总1，P感为P感1，则电机空载的铁损Pfe0为P感0；认为负载铁损Pfe1等于空载的铁损，空载铜损Pcu0=P总0-P感0，负载输出电功率P输出=P感1-P感0，可计算出电机效率=P输出/P总×100%。
一种永磁电机损耗在线测试方法，用于三相三线制电机的损耗在线测试时，步骤如下：通过定子绕组电参数测量单元采样电机的线电压Uab、Ubc、Ucd和线电流Ia、Ib、Ic；通过在线感应电势变送单元采样感应电势Ea、Eb、Ec；通过公式P总=Uab*Ia-Ubc*Ib或P总=-Uac*Ic+Ubc*Ib或P总=Ubc*Ia+Uac*Ic得到电机输入总功率P总，通过公式P感=-k（Ea*Ia+Eb*Ib+Ec*Ic）得到电机电磁感应总功率P感；电机空载工况时，计P总为P总0，P感为P感0，负载工况时计P总为P总1，P感为P感1，则电机空载的铁损Pfe0为P感0；认为负载铁损Pfe1等于空载的铁损，空载铜损Pcu0=P总0-P感0，负载输出电功率P输出=P感1-P感0，可计算出电机效率=P输出/P总×100%。
一种永磁电机损耗在线测试方法，应用于多相电机损耗测试，用于m相m线制电机的损耗在线测试时，步骤如下：通过定子绕组电参数测量单元采样电机的线电压与线电流，通过每相的电压与电流乘积计算电机输入总功率P总：P感=-k（Ea*Ia+Eb*Ib+Ec*Ic+……），或直接采用数字功率表测量电机输入总功率P总；电机空载工况时，计P总为P总0，P感为P感0，负载工况时计P总为P总1，P感为P感1，则电机空载的铁损Pfe0为P感0；认为负载铁损Pfe1等于空载的铁损，空载铜损Pcu0=P总0-P感0，负载输出电功率P输出=P感1-P感0，可计算出电机效率=P输出/P总×100%。
本发明的有益效果是：通过在定子槽口中设置在线感应电势变送单元，以及通过实时的电压电流简化运算方法，实现电机铜耗、铁耗、输入功率、有功功率、效率等的实时测量和计算。
附图说明
图1是本发明损耗测试原理图（以三相四线制绕组为例）；
图2是本发明电机印制电路板制成的定子槽楔图；
图3是本发明定子绕组接线图（以三相四线制绕组为例）。
图示说明：1—上层印制导体，2—下层印制导体，3—定子绕组电参数测量单元，4—定子绕组，5—在线感应电势变送单元，6—感应电势测量单元。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步说明。
本发明公开的一种永磁电机损耗在线测试装置，包括定子绕组电参数测量单元3、在线感应电势变送单元5以及感应电势测量单元6，定子绕组电参数测量单元3由数字电压表实现，通过在线感应电势变送单元5提供的电压信息实时采样感应电势，定子绕组电参数测量单元3根据电机接线方式（如三线制或四线制以及测量方法）选择测量位置，三线制时，运用电压传感/变送器测量电机电源馈线进线端的线电压，运用电流传感/变送器测量电机电源馈线进线端的线电流；四线制时，分别测量电机馈线端的相电压和相电流，对输入电机的线电压和电流实时采样；达到的最终效果为通过定子绕组电参数测量单元3测量输入电机的总功率，对输入电机的线电压、电流实时采样；所述的在线感应电势变送单元5，采用极细导线布置于电机定子槽口处（导线较细，使占用槽内空间较小），其匝数与电机定子槽内绕组导体数呈比例关系，该细导体端部连接方式与电机绕组端部连接一致，通过测量电压得到电机绕组内感应电势；所述的感应电势测量单元6通过在线感应电势变送单元5提供的电压信息实时采样感应电势；所述的在线感应电势变送单元5为设置在电机定子槽口处的上层印制导体1和下层印制导体2，上层印制导体1和下层印制导体2与电机的绕组接线端部接线方式完全相同，分别设置在电机定子槽楔的上下表面。
如图1所示，测量输入电机的线电压（本图为三相四线制为：Ua、Ub、Uc）、电流（Ia、Ib、Ic）实时采样，感应电势测量单元6由数字电压表实现，通过在线感应电势变送单元5实时采样感应电势（以三相四线制为例为：Ea、Eb、Ec）。电机输入总功率P总等于实时电压乘以电流之和（以三相四线制为例为：P总=Ua*Ia+Ub*Ib+Uc*Ic）。
电机电磁感应总功率P感等于实时感应电势乘以电流之和取负并乘以测量匝数比例k，（以三相四线制为例为：P感=-k（Ea*Ia+Eb*Ib+Ec*Ic）。
电机空载工况时，计P总为P总0，P感为P感0，负载工况时计P总为P总1，P感为P感1，则电机空载的铁损Pfe0为P感0，并可认为负载铁损Pfe1等于空载的铁损，空载铜损(Pcu0等于P总0减去P感0，负载输出电功率P输出等于P感1减去P感0，并可计算出效率等于P输出除以P总乘以100%。
在线感应电势变送单元5如图2所示，采用双层印制电路板实现，上层印制一条导体，下层印制一条导体，即上层印制导体1和下层印制导体2，分别设置在电机定子槽楔的上下表面，使其每槽导体数为2，该印制电路板加工成型后，作为槽楔安装布置于槽口。
由于双层印制电路每槽导体数为2，与电机定子槽内绕组导体呈固定的比例关系（假定为k），该导体端部与电机绕组端部连接，如图3所示，与电机定子绕组4连接（定子槽楔接线图与定子绕组接线图相同）比较来看，是完全一致的，使该变送单元能反映槽内绕组的磁链关系，通过测量最终印制电路的电压，可反映电机绕组内感应电势情况。
本发明的在线测试装置用于三相三线制电机的损耗在线测试时，步骤如下：
通过定子绕组电参数测量单元3采样电机的线电压Uab、Ubc、Ucd和线电流Ia、Ib、Ic；
通过在线感应电势变送单元5采样感应电势Ea、Eb、Ec；
通过公式P总=Uab*Ia-Ubc*Ib或P总=-Uac*Ic+Ubc*Ib或P总=Ubc*Ia+Uac*Ic得到电机输入总功率P总，通过公式P感=-k（Ea*Ia+Eb*Ib+Ec*Ic）得到电机电磁感应总功率P感；
电机空载工况时，计P总为P总0，P感为P感0，负载工况时计P总为P总1，P感为P感1，则电机空载的铁损Pfe0为P感0；
认为负载铁损Pfe1等于空载的铁损，空载铜损Pcu0=P总0-P感0，负载输出电功率P输出=P感1-P感0，可计算出电机效率=P输出/P总×100%。
本发明的在线测试装置还可应用于多相电机损耗测试，用于m相m线制电机的损耗在线测试时，步骤如下：
通过定子绕组电参数测量单元3采样电机的线电压与线电流，通过每相的电压与电流乘积计算电机输入总功率P总：P感=-k（Ea*Ia+Eb*Ib+Ec*Ic+……），或直接采用数字功率表测量电机输入总功率P总；
电机空载工况时，计P总为P总0，P感为P感0，负载工况时计P总为P总1，P感为P感1，则电机空载的铁损Pfe0为P感0；
认为负载铁损Pfe1等于空载的铁损，空载铜损Pcu0=P总0-P感0，负载输出电功率P输出=P感1-P感0，可计算出电机效率=P输出/P总×100%。
本发明不局限于上述最佳实施方式，任何本领域技术人员在本发明的启示下都可以得出其它变形及改进的产品，但不论在其形状或结构上做任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种永磁电机损耗在线测试装置，其特征在于：包括定子绕组电参数测量单元（3）、在线感应电势变送单元（5）以及感应电势测量单元（6）；
所述的定子绕组电参数测量单元（3）根据电机接线方式选择测量位置，对输入电机的线电压、电流实时采样；
所述的在线感应电势变送单元（5）采用细导线布置于电机定子槽口处，其匝数与电机定子槽内绕组导体数呈比例关系，该细导体端部连接方式与电机绕组端部连接一致，通过测量电压得到电机绕组内感应电势；
所述的感应电势测量单元（6）通过在线感应电势变送单元（5）提供的电压信息实时采样感应电势。
2.根据权利要求1所述的一种永磁电机损耗在线测试装置，其特征在于，选择测量方法和测量位置时，三线制时运用电压传感/变送器测量电机电源馈线进线端的线电压，运用电流传感/变送器测量电机电源馈线进线端的线电流。
3.根据权利要求1所述的一种永磁电机损耗在线测试装置，其特征在于，选择测量方法和测量位置时，四线制时分别测量电机馈线端的相电压和相电流，对输入电机的线电压和电流实时采样。
4.根据权利要求1所述的一种永磁电机损耗在线测试装置，其特征在于，所述的定子绕组电参数测量单元（3）由数字电压表实现，通过在线感应电势变送单元（5）提供的电压信息实时采样感应电势。
5.根据权利要求1所述的一种永磁电机损耗在线测试装置，其特征在于，所述的在线感应电势变送单元（5）为设置在电机定子槽口处的上层印制导体（1）和下层印制导体（2）。
6.根据权利要求5所述的一种永磁电机损耗在线测试装置，其特征在于，所述的上层印制导体（1）和下层印制导体（2）与电机的绕组接线端部接线方式相同，分别设置在电机定子槽楔的上下表面。
7.一种如权利要求1所述在线测试装置的永磁电机损耗测试方法，其特征在于，用于三相四线制电机的损耗在线测试时，步骤如下：
通过定子绕组电参数测量单元（3）采样电机的电压Ua、Ub、Uc和电流Ia、Ib、Ic；
通过在线感应电势变送单元（5）采样感应电势Ea、Eb、Ec；
通过公式P总=Ua*Ia+Ub*Ib+Uc*Ic得到电机输入总功率P总，通过公式P感=-k（Ea*Ia+Eb*Ib+Ec*Ic）得到电机电磁感应总功率P感；
电机空载工况时，计P总为P总0，P感为P感0，负载工况时计P总为P总1，P感为P感1，则电机空载的铁损Pfe0为P感0；
定义负载铁损Pfe1等于空载的铁损，空载铜损Pcu0=P总0-P感0，负载输出电功率P输出=P感1-P感0，计算出电机效率=P输出/P总×100%。
8.一种如权利要求1所述在线测试装置的永磁电机损耗测试方法，其特征在于，用于三相三线制电机的损耗在线测试时，步骤如下：
通过定子绕组电参数测量单元（3）采样电机的线电压Uab、Ubc、Ucd和线电流Ia、Ib、Ic；
通过在线感应电势变送单元（5）采样感应电势Ea、Eb、Ec；
通过公式P总=Uab*Ia-Ubc*Ib或P总=-Uac*Ic+Ubc*Ib或P总=Ubc*Ia+Uac*Ic得到电机输入总功率P总，通过公式P感=-k（Ea*Ia+Eb*Ib+Ec*Ic）得到电机电磁感应总功率P感；
电机空载工况时，计P总为P总0，P感为P感0，负载工况时计P总为P总1，P感为P感1，则电机空载的铁损Pfe0为P感0；
定义负载铁损Pfe1等于空载的铁损，空载铜损Pcu0=P总0-P感0，负载输出电功率P输出=P感1-P感0，计算出电机效率=P输出/P总×100%。
9.一种如权利要求1所述在线测试装置的永磁电机损耗测试方法，其特征在于，用于m相m线制电机的损耗在线测试时，步骤如下：
通过定子绕组电参数测量单元（3）采样电机的线电压与线电流，通过每相的电压与电流乘积计算电机输入总功率P总：P感=-k（Ea*Ia+Eb*Ib+Ec*Ic+……），或直接采用数字功率表测量电机输入总功率P总；
电机空载工况时，计P总为P总0，P感为P感0，负载工况时计P总为P总1，P感为P感1，则电机空载的铁损Pfe0为P感0；
定义负载铁损Pfe1等于空载的铁损，空载铜损Pcu0=P总0-P感0，负载输出电功率P输出=P感1-P感0，计算出电机效率=P输出/P总×100%。
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