CN202102089U

CN202102089U - 一种电动机效率检测系统装置

Info

Publication number: CN202102089U
Application number: CN2011201570771U
Authority: CN
Inventors: 范滢; 章欣; 杨湘江; 闫华光; 徐英辉; 曾海鸥; 王鹤; 李涛永
Original assignee: China Electric Power Research Institute Co Ltd CEPRI
Current assignee: State Grid Corp of China SGCC; China Electric Power Research Institute Co Ltd CEPRI
Priority date: 2011-05-17
Filing date: 2011-05-17
Publication date: 2012-01-04
Anticipated expiration: 2021-05-17

Abstract

本实用新型为一种电动机效率检测系统装置，通过将滤波与无功补偿单元与所述供电单元、负载、升降平台和整流\逆变单元连接；控制单元分别与供电单元中的变频器、所述测试单元和整流\逆变单元的交\直流变换器连接；负载分别与测试单元和升降平台连接，实现了精度高、结构先进、配置合理、设备可靠、操作简便、测量结果处理快速等特点。本实用新型研究了电能回馈技术，采用直流电机作为被试异步电动机的负载，通过系统装置的整流/逆变单元实现直流电机的运行状态切换，即整流单元可以使直流电机以电动机运行，而逆变单元使直流电机以发电机运行，使得电动机效率测试系统装置电能消耗基本为零，为国家标准的顺利实施和工业企业的节约用电做出贡献。

Description

一种电动机效率检测系统装置

技术领域：

本发明涉及一种装置，具体涉及一种电动机效率检测系统装置。

背景技术：

电机系统量大面广，节电潜力巨大。“十一五”期间，电机系统节能是“十大重点节能工程”之一，要求采用高效电动机设备替换高耗能电动机。资料显示，全国现有各类电机系统总装机容量约4.2亿千瓦，电机系统用电量约占全国用电量的60％，其中三相异步电动机的数量占各种电动机总数量的78％以上。而80％以上的电机产品效率比国外先进水平平均低2-3个百分点。我国目前广泛应用的Y系列电动机效率平均值为87.3％；而美国高效电动机的效率平均值为90.3％，其近几年推出的超高效电动机的效率平均值更是高达91.7％。据测算，如果在2012年达到美国超高效率水平，那么我国当年新增电动机的节能潜力为84.12亿kWh，相当于节约320万吨标准煤，约合节约449万吨原煤，相当于1.7个100万kW电站的发电量。显然，中国电机系统的能源节约存在着巨大的提升潜力。为此，建立三相异步电动机效率检测中心和加强电动机效率检测和评价是非常必要的。

在电动机效率测试试验中，一般要进行空载、负载、温升等一系列试验，这些试验对电机设计、制造、使用和节能认证非常重要。传统的电机试验中，自动化程度较低，一般采用模拟表和数字表对电机在运行过程中的各种参量进行测定并记录，通常测试数据量和计算量较大，特别是在不同电压、负载不同时记录全部输入、输出参数，读取困难，再加以计算、曲线拟合等分析工作繁重复杂，给测试结果带来不必要的误差，测试周期也相对较长。随着现代计算机技术和自动控制技术的发展，国内也有少数厂家开发具有一定自动化程度的电动机效率检测系统，但是测试精度较低。

发明内容：

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种电动机效率检测系统装置，建立基于电能回馈技术的电动机效率检测系统，最大的特点是精度高，节约电能，操作方便及高可靠性。

本发明提供的一种电动机效率检测系统装置，其改进之处在于，所述装置包括供电单元、整流\逆变单元、控制单元、滤波与无功补偿单元、测试单元、负载和升降平台；

所述滤波与无功补偿单元依次与所述供电单元、所述负载、所述升降平台和所述整流\逆变单元连接；

所述控制单元分别与供电单元中的变频器、所述测试单元和整流\逆变单元的交\直流变换器连接；

所述负载分别与所述测试单元和所述升降平台连接。

本发明提供的第一优选方案的装置，其改进之处在于，所述供电单元还包括输入电源开关、线路滤波器和变压器。

本发明提供的第二优选方案的装置，其改进之处在于，所述整流\逆变单元还包括交\直流变换器和电流控制、过流保护装置；所述交\直流变换器工作在整流状态或逆变状态。

本发明提供的第三优选方案的装置，其改进之处在于，所述控制单元由PLC控制器构成。

本发明提供的第四优选方案的装置，其改进之处在于，所述滤波与无功补偿单元包括接触器投切的滤波器。

本发明提供的第五优选方案的装置，其改进之处在于，所述测试单元包括电阻测试仪、温度传感器和高精度功率分析仪。

本发明提供的第六优选方案的装置，其改进之处在于，所述负载包括直流发电机。

本发明提供的第七优选方案的装置，其改进之处在于，所述升降平台为液压传动机构。

与现有技术比，本发明的有益效果为：

本发明提高了系统的自动化程度，实践证明具有精度高、结构先进、配置合理、设备可靠、操作简便、测量结果处理快速等特点。

本发明研究了国内外电动机效率检测标准和相关试验方法，确定以美国IEEE-112B标准为主的电动机效率检测方法作为测试装置的理论计算依据。依托该成果，可以为我国高效电动机的效率测试和验证提供技术支撑，为社会高效电动机的准入提供依据。

本发明研究了电能回馈技术，采用直流电机作为被试异步电动机的负载，通过系统装置的整流/逆变单元实现直流电机的运行状态切换，即整流单元可以使直流电机以电动机运行，而逆变单元使直流电机以发电机运行，使得电动机效率测试系统装置电能消耗基本为零，形成节能型绿色测试系统，为国家标准的顺利实施和工业企业的节约用电做出贡献。

附图说明

图1为本发明提供的电动机效率检测系统结构框图；

图2为本发明提供的直流电机四象限运行原理图；

图3为本发明提供的电动机测试系统PLC控制流程图；

图4为本发明提供的电动机效率检测软件结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

本实施例采用了目前国际最先进的技术和设备，包括：各参量(电压、电流、频率、转矩、转速、温度等)全数字化的测试系统、全电力电子的拖动系统、节能型的电能回馈技术，系统自带无功补偿兼滤波装置。可以适用目前国际上通用的德国VDE0532、IEC61972、加拿大CSA C390、美国IEEE 112B等国际先进的标准和我国GB18613《中小型三相异步电动机能效限定值及节能评价值》标准。该测试系统采用直流电机作为被试电机的负载，可实现被试电动机的数字化控制，同时将直流电机作为发电机运行，将发出的电能反馈给电网，形成一个闭环的节能型测试系统。如对一台55kW电机进行全负荷实验，实际从系统吸收的电流仅为21A，大部分电能通过逆变器回馈到电源。在电动机测试中，首先通过直流电机控制器调节直流电机的转速，带动被试电机运行到额定转速，以免被测电机直接启动产生较大的电流冲击，提高测试工作的安全性。电动机效率测试系统示意图详见图1。

本实施例特点主要包括以下几个部分：

(1)供电单元：由输入电源开关、线路滤波器、频率变换器(50/60Hz)、滤波器、变压器设备组成，输出频率50Hz或60Hz，输出电压的调整范围为40V～600V。

(2)整流/逆变单元：整流/逆变单元由交/直流变换器和相应的控制、保护装置组成。变换器可以根据需要工作在整流状态(直流电机以电动机运行)或逆变状态(直流电机以发电机运行)；

(3)PLC控制单元：完成全套设备的逻辑和保护功能；

(4)滤波与无功补偿单元：采用接触器投切的滤波器，根据实验过程中所需无功功率的大小进行补偿的投切，保证输入功率因数在0.9以上。

(5)测试系统单元：测试系统单元包括电阻测量、温度测量、功率测量(电压、电流、转速、转矩)和综合数据处理。其中，综合数据处理由两台工业控制计算机(M-PC和A-PC)以及相应的测试软件组成，完成测试数据的存储、测试结果的分析、报告生成与打印等功能。

(6)电机负载单元：被试电机的负载由直流发电机构成，在测试状态下，直流发电机发出的直流电经逆变器逆变成380V、50Hz后反馈给系统，最大限度减少测试系统的电能损耗。

(7)升降平台：升降平台采用液压传动机构，用于被试电机的安装和轴中心位置调整。控制计算机分别采集电阻测试仪，温度传感器，高精度功率分析仪测量仪器的测试数据，根据不同的电动机效率试验方法进行电动机效率计算，完成测试数据的存储、测试结果的分析、报告生成与打印等功能。供电电源经过输入电源开关、滤波与无功补偿单元、频率变换器(50/60Hz)，为电动机效率检测系统提供输出频率50Hz或60Hz，输出电压范围为40V～600V的电源供应，其中，滤波器主要滤除3次、5次、7次谐波，以防止实验室电源谐波超标问题，且可以满足国外60Hz电源频率的电动机效率检测需求。PLC控制器实现整套系统装置的控制逻辑和保护功能设计。

被试电机的负载由直流发电机构成，被试电动机与直流发电机进行联轴，在联轴上安装转矩传感器，转矩传感器测得数据给测量单元，被试电动机多余的机械能通过联轴直流发电机转化成直流电能，直流电能通过逆变器回馈给电网，负载大小通过自动调节直流电机的励磁实现。电能的回馈实现如下：在测试状态下，直流发电机发出的直流电经逆变器逆变成380V、50Hz后返回系统，最大限度减少测试系统的电能损耗。整流/逆变单元由交/直流变换器和相应的控制、保护装置组成。变换器可以根据需要工作在整流状态(直流电机以电动机运行)或逆变状态(直流电机以发电机运行)。直流变换器基本原理是利用品闸管可控整流(逆变)特性，通过改变晶闸管导通角(逆变角)的大小来改变输出电压的大小，从而达到改变速度的目的。该变换器由两组反并联晶闸管桥堆组成，采用逻辑无环流控制方式，可控制直流电机四象限运行。运行示意图见图2。其中T为转矩，I为电流，n为转速，V为电压。具体工作原理如下：第一象限为正向电动，A组晶闸管为整流状态，B组晶闸管封锁，直流电机为正向电动运行状态，即带动被试电机正向运行。第二象限为正向回馈制动，A组晶闸管封锁，B组晶闸管处于逆变状态，直流电机为正向发电运行状态，即被试电机带动直流电机正向运行。第三象限为反向电动，A组晶闸管封锁，B组晶闸管处于整流状态，直流电机为反向电动运行状态，即带动被试电机反向运行。第四象限为反向回馈制动，B组晶闸管封锁，A组晶闸管处于逆变状态，直流电机为反向发电运行状态，即被试电机带动直流电机反向运行。整流逆变单元变换器完成直流电机的控制和保护，根据需要工作在整流状态(直流电机以电动机运行)或逆变状态(直流电机以发电机运行)，实现检测系统装置的电能回馈功能。直流电机负载作为被测电动机的负载，在测试状态下，直流电机以发电机方式运行，发出直流电经整流逆变单元变换器逆变成380V、50Hz后返回系统，最大限度减少测试系统的损耗。升降平台采用液压传动机构，用于被测电动机的安装和位置调整。

计算机与PLC之间的通信一般是通过和RS485和RS232端口进行的，信息交换的方式为字符串方式，通过计算机改变PLC设备的初始值和设定值，从而实现计算机与PLC的直接控制，一旦确定了PLC的控制指令，就能很方便地与计算机连接。西门子PLC支持多种通信方式，如点对点(PPP)方式、多点接口协议(MPI)、Profibus的DP通信方式、自由端口通信方式等。在自由端口通信模式下，可由用户控制串行通信接口，实现用户自定义的通信协议。用户可以用梯形图程序调用接收中断、发送中断、发送指令、接受指令来接受操作。在自由端口模式下，通信模式完全由梯形图控制。本系统采用自由端口模式通信。PLC程序的主要流程框图见图3，其实现步骤是：首先设置端口参数、通信格式和状态字，然后把采集的数据按照发送格式进行处理发送给计算机，当PLC发送完成后延时，处于数据接收状态，最后把接收到的数据进行校验，并进行其他控制操作(例如频率不对，要根据结果改变频率，使电机达到要求)。

该测试系统主要结合五个软件模块，分别适用于不同的试验类型，主要包括冷态电阻测试、空载试验、温升试验和负载试验，并通过GPIB总线实时采集各分立仪表的数据，并形成数据报告，软件结构示意图见图4。例如控制计算机通过GPIB总线与电阻测试仪、温度传感器、高精度功率分析仪相连接，读取冷态电阻、电机温度、电压、电流、电功率和转速转矩等参数的测试数据，分析计算，得出被测电动机的效率。

最后应该说明的是：结合上述实施例仅说明本发明的技术方案而非对其限制。所属领域的普通技术人员应当理解到：本领域技术人员可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，但这些修改或变更均在申请待批的权利要求保护范围之中。

Claims

1.一种电动机效率检测系统装置，其特征在于，所述装置包括供电单元、整流\逆变单元、控制单元、滤波与无功补偿单元、测试单元、负载和升降平台；

所述负载分别与所述测试单元和所述升降平台连接。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述供电单元还包括输入电源开关、线路滤波器和变压器。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述整流\逆变单元还包括交\直流变换器和电流控制、过流保护装置；所述交\直流变换器工作在整流状态或逆变状态。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制单元由PLC控制器构成。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述滤波与无功补偿单元包括接触器投切的滤波器。

6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述测试单元包括电阻测试仪、温度传感器和高精度功率分析仪。

7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述负载包括直流发电机。

8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述升降平台为液压传动机构。