CN112526343A - 一种永磁同步电机能效快速检测装置与检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于检测装置与方法技术领域，公开了一种永磁同步电机能效快速检测装置与检测方法，包括试验平台、能量循环装置和数据同步采集模块，所述试验平台下端表面四个拐角处均固定连接有支撑脚柱，且支撑脚柱与试验平台之间通过支撑杆螺纹连接，所述试验平台上端表面通过挡板围有电机安装槽，且电机安装槽外圈挡板表面贯穿有螺栓孔，所述电机安装槽一端固定的挡板表面安装有能量循环装置，所述试验平台右侧末端上表面依次安装有第二智能功率分析仪、第一智能功率分析仪和温度巡检仪，所述电机安装槽内壁一端抵靠有数据同步采集模块。本发明具有可靠性高、节能环保，通过数据同步采集模块使得检测效率高和精确度高。

Description

一种永磁同步电机能效快速检测装置与检测方法

技术领域

本发明涉及一种永磁同步电机能效快速检测装置与检测方法，属于检测装置与检测方法技术领域。

背景技术

随着经济的发展，人类社会对能源的需求也日益增加，石油、煤炭等不可再生资源也日益枯竭，能源紧张也成为了全球共同关注的话题。同时，国家也提出了推广变频永磁电动机技术的要求，广泛运用到了各个行业中，对于缓解能源紧张的问题具有重大意义。目前我国工业能耗约占总能耗的70%，其中电机能耗约占工业能耗的60%-70%，加上非工业电机能耗，电机实际能耗约占总能耗的50%以上。我国电动机保有量大，消耗电能大，其中高效节能电机应用比例低，设备老化，造成效率较低。

我国对永磁电机的研究起步晚，随着国内学者和政府的大力投入，它发展得很快。特别是在新能源汽车领域，永磁同步电机被广泛使用。根据中汽协发布的产销数据，2017年我国新能源汽车产销分别为79.4万辆和77.7万辆，同比增长分别为53.8% 和53.3%，产销量连续三年位居全球第一。新能源汽车的快速发展给永磁同步电机带来了巨大的发展机遇，永磁同步电机技术的发展成为行业关注的热点。而目前的永磁同步电机的检测效率低下，无法测试出电机的损耗情况，另外不够节能。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种永磁同步电机能效快速检测装置与检测方法，解决了电机的检测效率低下和不够节能的问题。

本发明为解决其技术问题采用如下技术方案：

本发明所述的一种永磁同步电机能效快速检测装置与检测方法，包括试验平台、能量循环装置和数据同步采集模块，所述试验平台下端表面四个拐角处均固定连接有支撑脚柱，且支撑脚柱与试验平台之间通过支撑杆螺纹连接，所述试验平台上端表面通过挡板围有电机安装槽，且电机安装槽外圈挡板表面贯穿有螺栓孔，所述电机安装槽一端固定的挡板表面安装有能量循环装置，所述试验平台右侧末端上表面依次安装有第二智能功率分析仪、第一智能功率分析仪和温度巡检仪，且第二智能功率分析仪、第一智能功率分析仪和温度巡检仪通过导线与能量循环装置电性连接，所述电机安装槽内壁一端抵靠有数据同步采集模块。

进一步，所述电机安装槽通过挡板表面贯穿的通孔与导杆螺纹连接，且导杆外圈表面固定连接有弹簧，所述导杆前段表面固定安装有限位凸缘。

进一步，所述能量循环装置包括进线控制设备、变频电源、测试系统设备及外围辅助设备，所述进线控制设备包括进线单元和整流单元，所述进线单元位于整流单元上侧并与控制器连接一起，所述变频电源为BMP1和BMP2变频电源，且BMP1和BMP2变频电源分别安装有四个，且四个所述变频电源均位于整流单元下侧，所述测试系统设备包括智能测量单元、被试电机和陪试电机，所述智能测量单元一端通过导线与电机的一端电性连接，所述电机的另一端与变频电源连接一起，所述外围辅助设备为PLC控制器，所述进线控制设备、变频电源、测试系统设备及外围辅助设备通过导线与PLC控制器电性连接。

进一步，所述数据同步采集模块包括控制模块、数据采集模块和数据分析模块；其中数据采集模块的原理是通过传感器将电机内部的采集数据自动输入到外部检测和分析系统内部，输出线连接在电机与检测设备之间；数据分析模块的原理是通过传输线与数据采集模块相连，然后数据采集模块采集的电机运行数据通过传输线运送至数据分析模块，当数据采集模块的采集数据传输时，数据分析模块就会接收启动信号并且将信号反馈到数据分析仪中进行数据的分析，最终实现反馈；

所述数据采集模块的数据采集过程：

步骤1，根据控制模块中的微处理器设定的运行参数，将数据采集模块与外部主站服务器建立无线连接；

步骤2，控制模块中的微处理器根据设定的任务，然后通过数据采集接口电路进行对电机参数在同一时间点下的同步采集，再将采集的数据输送至存储器中；

步骤3，通过无线通讯模块，主站服务器定时读取存储器中的数据参数；

所述数据分析模块的数据分析过程：

步骤1，通过获取数据采集模块输送至存储器中存储的数据，然后根据不同状态将转速、位置、扭矩、电压、电流、温度、振动电机参数作为数据分析矩阵，所述数据分析矩阵包括当前的精确度参数向量和当前的效率参数向量其中精确度参数向量通过电机运行数据进行获取，电机运行数据包括电压、电流、转角、转速，通过数据参数的迭代系数以及初始向量，再根据收敛方法判别该参数是否为精确度参数，从而筛选出所有参数中的精确度参数；而效率参数向量也是通过电机运行数据进行获取，电机运行数据包括电压、电流、转角、转速，通过数据参数的迭代系数以及初始向量，再根据收敛方法判别该参数效率值是否在电机参数正常值范围，从而筛选出所有参数中的效率参数；

步骤2，根据各数据分析矩阵当前的精确度参数向量和当前的效率参数向量确定出最优数据分析矩阵；

步骤3，输出所述最优数据分析矩阵。

进一步，在所述数据采集模块的数据采集过程步骤2中，将电机参数采集分为四种状态：冷态、热稳定、负载、空载状态，然后获取不同状态电机参数数据。

进一步，在所述数据分析模块的数据分析过程步骤2中，设置迭代初始参数k＝0，将当前迭代次数k进行加1处理，并将当前的精确度参数向量和当前的效率参数向量代入判断参量公式：

其中

和

分别表示当前的精确度参数向量和当前的效率参数向量，而

表示数据分析矩阵当前的判断参量，k表示当前迭代次数，

，d为预设阈值，m、n表示调节常数，i表示数据分析矩阵的行数，i＝0，1，2，…，m，j表示数据分析矩阵的列数，j＝0，1，2，…，n，根据上述判断参量公式并计算出各数据分析矩阵当前的判断参量。

进一步，所述根据当前具有最大判断参量的数据分析矩阵的精确度参数向量和效率参数向量生成当前具有最大判断参量的数据分析矩阵的评价值和评价参考值，然后根据评价值函数：

其中

表示当前具有最大判断参量的数据分析矩阵的评价值，

和

分别表示精确度参数向量和效率参数向量的调节因子；将当前具有最大判断参量的数据分析矩阵的精确度参数向量和效率参数向量代入迭代评价值函数，求得当前具有最大判断参量的数据分析矩阵的评价值，再根据迭代评价参考值函数：

其中

表示当前具有最大判断参量的数据分析矩阵的复合向量，

表示当前具有最大判断参量的数据分析矩阵的复合向量的平均值，

表示当前具有最大判断参量的数据分析矩阵的评价参考值，将精确度参数向量和效率参数向量生成的最大判断参量的数据分析矩阵的复合向量以及平均值代入至迭代评价参考值函数，最终求得最大判断参量的数据分析矩阵的评价参考值。

进一步，所述各数据分析矩阵当前的精确度参数向量和效率参数向量代入公式：

其中

表示第k+1次迭代时计算出的数据分析矩阵状态转移参数向量，

表示当前所有数据分析矩阵中的全局精确度参数向量，

表示当前所有数据分析矩阵中效率参数向量，计算k+1次迭代时各数据分析矩阵的状态转移参数向量，最后输出当前具有最大判断参量的数据分析矩阵，将输出的数据分析矩阵采用电机效率公式得出电机损耗情况，从而对电机参数进行快速检测。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：

通过能量循环装置内的模块化结构的电源系统和操作软件控制，实现能量的内外部循环，减小的电网的电量消耗，同时采用数据采集模块化结构，进行测量参数的同步采集，有效提高系统检测的准确性。

与现有的变频永磁同步电机相比，本发明的创新点为：通过数据采集模块的数据采集过程对电机参数进行获取，然后根据数据分析模块中的精确度参数向量和当前的效率参数向量确定出最优数据分析矩阵，主要是通过迭代初始参数进行迭代次数，然后再根据迭代评价参考值函数得到评价值和评价参考值，再将评价值和评价参考值代入迭代评价条件从而得到数据分析矩阵，再将输出的数据分析矩阵采用电机效率公式可得出电机损耗情况，从而对电机参数进行快速检测，以此能够得出电机损耗情况，采用数据采集模块化结构，进行测量参数的同步采集，有效提高系统检测的准确性。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明能量循环装置内部循环的结构示意图；

图3是本发明能量循环装置外部循环的结构示意图；

图4是本发明的数据同步采集模块的流程图。

图中：1、试验平台；2、支撑脚柱；3、温度巡检仪；4、第一智能功率分析仪；5、第二智能功率分析仪；6、能量循环装置；7、螺栓孔；8、电机安装槽；9、限位凸缘；10、弹簧；11、导杆；12、电机；13、智能测量单元；14、变频电源；15、整流单元；16、进线单元；17、转矩转速传感器；18、数据同步采集模块；19、控制模块；20、数据采集模块；21、数据分析模块。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施案例对本发明进行深入地详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施案例仅仅用以解释本发明，并不用于限定发明。

如图1所示，本发明所述的一种永磁同步电机能效快速检测装置与检测方法，包括试验平台1、能量循环装置6和数据同步采集模块18，所述试验平台1下端表面四个拐角处均固定连接有支撑脚柱2，且支撑脚柱2与试验平台1之间通过支撑杆螺纹连接，试验平台1上端表面通过挡板围有电机安装槽8，且电机安装槽8外圈挡板表面贯穿有螺栓孔7，电机安装槽8一端固定的挡板表面安装有能量循环装置6，试验平台1右侧末端上表面依次安装有第二智能功率分析仪5、第一智能功率分析仪4和温度巡检仪3，且第二智能功率分析仪5、第一智能功率分析仪4和温度巡检仪3通过导线与能量循环装置6电性连接，电机安装槽8内壁一端抵靠有数据同步采集模块18，人员首先将电机12固定在电机安装槽8内，由于外部支撑脚柱2和导杆11可对电机12在检测过程中进行固定，而弹簧10和限位凸缘9能够进一步对电机12的稳定和保护，然后能量循环装置6内的模块化结构的电源系统和操作软件控制，实现能量的内外部循环，同时第二智能功率分析仪5、第一智能功率分析仪4对电机12的电流以及电压和转矩转速传感器17的转矩和转速信号进行分析，温度巡检仪3能够对不同温度进行分析，从而能够提高检测效率和分析电机参数的准确性。

如图2-3所示，能量循环装置6包括进线控制设备、变频电源14、测试系统设备及外围辅助设备，所述进线控制设备包括进线单元16和整流单元15，所述进线单元16位于整流单元15上侧并与控制器连接一起，变频电源14为BMP1和BMP2变频电源，且变频电源14的数量为四个，且四个所述变频电源14均位于整流单元15下侧，所述测试系统设备包括智能测量单元13、被试电机和陪试电机，智能测量单元13一端通过导线与电机12的一端电性连接，电机12的另一端与变频电源14连接一起，外围辅助设备为PLC控制器，所述进线控制设备、变频电源14、测试系统设备及外围辅助设备通过导线与PLC控制器电性连接；在带动异步启动绕组及变频启动时采用共直流母线的方式，由被试电机和陪试电机两个进行能量循环，如图2，首先通过进线单元16将电能输送至整流单元15，再通过变频电源14中的BMP1变频电源将电能输送至智能测量单元13对能量的测试，最终将电能提供给被试电机，然后电能通过陪试电机进而输送至变频电源14中的BMP1和BMP2变频电源，进而以此进行内部循环，如图3，在外部永磁同步电机控制器的作用下，将进线单元16中的电能通过永磁同步电机控制器直接输送至智能测量单元13，最后输送至被试电机使用电能，然后陪试电机将电能通过变频电源14输送给整流单元15，最后到进线单元16中，以此进行外部能量循环。

如图3所述，数据同步采集模块18包括控制模块19、数据采集模块20和数据分析模块21；其中数据采集模块20的原理是通过传感器将电机内部的采集数据自动输入到外部检测和分析系统内部，输出线连接在电机与检测设备之间；数据分析模块21的原理是通过传输线与数据采集模块20相连，然后数据采集模块20采集的电机运行数据通过传输线运送至数据分析模块21，当数据采集模块20的采集数据传输时，数据分析模块21就会接收启动信号并且将信号反馈到数据分析仪中进行数据的分析，最终实现反馈；

数据采集模块20的数据采集过程：

步骤1，根据控制模块19中的微处理器设定的运行参数，将数据采集模块20与外部主站服务器建立无线连接；

步骤2，控制模块19中的微处理器根据设定的任务，然后通过数据采集接口电路进行对电机参数在同一时间点下的同步采集，再将采集的数据输送至存储器中；

步骤3，通过无线通讯模块，主站服务器定时或者随时读取存储器中的数据参数。

数据采集模块20的数据采集过程步骤2中，将电机参数采集分为四种状态：冷态、热稳定、负载、空载状态，然后获取不同状态电机参数数据。

数据分析模块21的数据分析过程：

步骤1，通过获取数据采集模块20输送至存储器中存储的数据，然后将转速、位置、扭矩、电压、电流、温度、振动参数作为数据分析矩阵，所述数据分析矩阵包括当前的精确度参数向量和当前的效率参数向量；

步骤2，根据各数据分析矩阵当前的精确度参数向量和当前的效率参数向量确定出最优数据分析矩阵；

步骤3，输出所述最优数据分析矩阵；

在所述步骤2中，设置迭代初始参数k＝0，将当前迭代次数k进行加1处理，并将当前的精确度参数向量和当前的效率参数向量代入判断参量公式：

其中

和

分别表示当前的精确度参数向量和当前的效率参数向量，而

表示数据分析矩阵当前的判断参量，k表示当前迭代次数，

，d为预设阈值，m、n表示调节常数，i表示数据分析矩阵的行数，i＝0，1，2，…，m，j表示数据分析矩阵的列数，j＝0，1，2，…，n，根据上述判断参量公式并计算出各数据分析矩阵当前的判断参量。

进一步，所述根据当前具有最大判断参量的数据分析矩阵的精确度参数向量和效率参数向量生成当前具有最大判断参量的数据分析矩阵的评价值和评价参考值，然后根据评价值函数：

其中

表示当前具有最大判断参量的数据分析矩阵的评价值，

和

分别表示精确度参数向量和效率参数向量的调节因子，将当前具有最大判断参量的数据分析矩阵的精确度参数向量和效率参数向量代入迭代评价值函数，求得当前具有最大判断参量的数据分析矩阵的评价值，再根据迭代评价参考值函数：

其中

表示当前具有最大判断参量的数据分析矩阵的复合向量，

表示当前具有最大判断参量的数据分析矩阵的复合向量的平均值，

表示当前具有最大判断参量的数据分析矩阵的评价参考值，将精确度参数向量和效率参数向量生成的最大判断参量的数据分析矩阵的复合向量以及平均值代入至迭代评价参考值函数，最终求得最大判断参量的数据分析矩阵的评价参考值。

进一步，所述各数据分析矩阵当前的精确度参数向量和效率参数向量代入公式：

其中

表示第k+1次迭代时计算出的数据分析矩阵状态转移参数向量，

表示当前所有数据分析矩阵中的全局精确度参数向量，

表示当前所有数据分析矩阵中效率参数向量，计算k+1次迭代时各数据分析矩阵的状态转移参数向量，最后输出当前具有最大判断参量的数据分析矩阵，将输出的数据分析矩阵采用电机效率公式得出电机损耗情况，从而对电机参数进行快速检测。

通过对电机参数源数据的获取，并对源数据进行分析，得到精确度参数向量和效率参数向量，确定出最优的数据分析矩阵对应的最优参数，最后输出该最优的参数数据分析矩阵，通过效率参数判断电机损耗，如果效率高，说明电机损耗小，效率低，损耗大，然后可根据效率和损耗关系式来推导出损耗情况，最终完成检测结果，实现了数据分析的精确度高、效率高和质量好的优势。

Claims (8)

1.一种永磁同步电机能效快速检测装置与检测方法，其特征在于，包括试验平台（1）、能量循环装置（6）和数据同步采集模块（18），所述试验平台（1）下端表面四个拐角处均固定连接有支撑脚柱（2），且支撑脚柱（2）与试验平台（1）之间通过支撑杆螺纹连接，所述试验平台（1）上端表面通过挡板围有电机安装槽（8），且电机安装槽（8）外圈挡板表面贯穿有螺栓孔（7），所述电机安装槽（8）一端固定的挡板表面安装有能量循环装置（6），所述试验平台（1）右侧末端上表面依次安装有第二智能功率分析仪（5）、第一智能功率分析仪（4）和温度巡检仪（3），且第二智能功率分析仪（5）、第一智能功率分析仪（4）和温度巡检仪（3）通过导线与能量循环装置（6）电性连接，所述电机安装槽（8）内壁一端抵靠有数据同步采集模块（18）。

2.根据权利要求1所述的永磁同步电机能效快速检测装置与检测方法，其特征在于，所述电机安装槽（8）通过挡板表面贯穿的通孔与导杆（11）螺纹连接，且导杆（11）外圈表面固定连接有弹簧（10），所述导杆（11）前段表面固定安装有限位凸缘（9）。

3.根据权利要求1所述的永磁同步电机能效快速检测装置与检测方法，其特征在于，所述能量循环装置（6）包括进线控制设备、变频电源（14）、测试系统设备及外围辅助设备，所述进线控制设备包括进线单元（16）和整流单元（15），所述进线单元（16）位于整流单元（15）上侧并与控制器连接一起， 所述变频电源（14）为BMP1和BMP2变频电源，且BMP1和BMP2变频电源分别安装有四个，且四个所述变频电源（14）均位于整流单元下侧，所述测试系统设备包括智能测量单元（13）、被试电机和陪试电机，所述智能测量单元（13）一端通过导线与电机（12）的一端电性连接，所述电机（12）的另一端与变频电源（14）连接一起，所述外围辅助设备为PLC控制器，所述进线控制设备、变频电源（14）、测试系统设备及外围辅助设备通过导线与PLC控制器电性连接。

4.根据权利要求1所述的永磁同步电机能效快速检测装置与检测方法，其特征在于，所述数据同步采集模块（18）包括控制模块（19）、数据采集模块（20）和数据分析模块（21）；其中数据采集模块（20）的原理是通过传感器将电机内部的采集数据自动输入到外部检测和分析系统内部，输出线连接在电机与检测设备之间；数据分析模块（21）的原理是通过传输线与数据采集模块（20）相连，然后数据采集模块（20）采集的电机运行数据通过传输线运送至数据分析模块（21），当数据采集模块（20）的采集数据传输时，数据分析模块（21）就会接收启动信号并且将信号反馈到数据分析仪中进行数据的分析，最终实现反馈；

所述数据采集模块（20）的数据采集过程：

步骤1，根据控制模块（19）中的微处理器设定的运行参数，将数据采集模块（20）与外部主站服务器建立无线连接；

步骤2，控制模块（19）中的微处理器根据设定的任务，然后通过数据采集接口电路进行对电机参数在同一时间点下的同步采集，再将采集的数据输送至存储器中；

步骤3，通过无线通讯模块，主站服务器定时读取存储器中的数据参数；

所述数据分析模块（21）的数据分析过程：

步骤1，通过获取数据采集模块（20）输送至存储器中存储的数据，然后根据不同状态将转速、位置、扭矩、电压、电流、温度、振动电机参数作为数据分析矩阵，所述数据分析矩阵包括当前的精确度参数向量和当前的效率参数向量其中精确度参数向量通过电机运行数据进行获取，电机运行数据包括电压、电流、转角、转速，通过数据参数的迭代系数以及初始向量，再根据收敛方法判别该参数是否为精确度参数，从而筛选出所有参数中的精确度参数；而效率参数向量也是通过电机运行数据进行获取，电机运行数据包括电压、电流、转角、转速，通过数据参数的迭代系数以及初始向量，再根据收敛方法判别该参数效率值是否在电机参数正常值范围，从而筛选出所有参数中的效率参数；

步骤2，根据各数据分析矩阵当前的精确度参数向量和当前的效率参数向量确定出最优数据分析矩阵；

步骤3，输出所述最优数据分析矩阵。

5.根据权利要求4所述的永磁同步电机能效快速检测装置与检测方法，其特征在于，在所述数据采集模块（20）的数据采集过程步骤2中，将电机参数采集分为四种状态：冷态、热稳定、负载、空载状态，然后获取不同状态电机参数数据。

6.根据权利要求4所述的永磁同步电机能效快速检测装置与检测方法，其特征在于，在所述数据分析模块（21）的数据分析过程步骤2中，设置迭代初始参数k＝0，将当前迭代次数k进行加1处理，并将当前的精确度参数向量和当前的效率参数向量代入判断参量公式：

其中

和

分别表示当前的精确度参数向量和当前的效率参数向量，而

表示数据分析矩阵当前的判断参量，k表示当前迭代次数，

，d为预设阈值，m、n表示调节常数，i表示数据分析矩阵的行数，i＝0，1，2，…，m，j表示数据分析矩阵的列数，j＝0，1，2，…，n，根据上述判断参量公式并计算出各数据分析矩阵当前的判断参量。

7.根据权利要求6所述的永磁同步电机能效快速检测装置与检测方法，其特征在于，所述根据当前具有最大判断参量的数据分析矩阵的精确度参数向量和效率参数向量生成当前具有最大判断参量的数据分析矩阵的评价值和评价参考值，然后根据评价值函数：

其中

表示当前具有最大判断参量的数据分析矩阵的评价值，

和

分别表示精确度参数向量和效率参数向量的调节因子；将当前具有最大判断参量的数据分析矩阵的精确度参数向量和效率参数向量代入迭代评价值函数，求得当前具有最大判断参量的数据分析矩阵的评价值，再根据迭代评价参考值函数：

其中

表示当前具有最大判断参量的数据分析矩阵的复合向量，表示

当前具有最大判断参量的数据分析矩阵的复合向量的平均值，

表示当前具有最大判断参量的数据分析矩阵的评价参考值，将精确度参数向量和效率参数向量生成的最大判断参量的数据分析矩阵的复合向量以及平均值代入至迭代评价参考值函数，最终求得最大判断参量的数据分析矩阵的评价参考值。

8.根据权利要求7所述的永磁同步电机能效快速检测装置与检测方法，其特征在于，所述评价值和评价参考值代入迭代评价条件：

，用于判断该评价值和参考值是否满足迭代条件，所述各数据分析矩阵当前的精确度参数向量和效率参数向量代入公式：

其中

表示第k+1次迭代时计算出的数据分析矩阵状态转移参数向量，

表示当前所有数据分析矩阵中的全局精确度参数向量，

表示当前所有数据分析矩阵中效率参数向量，计算k+1次迭代时各数据分析矩阵的状态转移参数向量，最后输出当前具有最大判断参量的数据分析矩阵，将输出的数据分析矩阵采用电机效率公式得出电机损耗情况，从而对电机参数进行快速检测，以此能够得出电机损耗情况。

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