CN211554132U - 依据转速及电流计算三相异步电机输出功率的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及依据转速及电流计算三相异步电机输出功率的装置，其特征是：至少包括：三相电源（1）、三相异步电机（2）、电流传感器（3）、转角/转速传感器（4）、数据处理单元（5）、求解点未知数据预测算法（6）、预先测得的电机数据二维数组（7）；三相电源（1）与三相异步电机（2）按照星形接法连接，非接触电流传感器套接入三相电源（1）和三相异步电机（2）之间的连接回路中。这种依据转速及电流计算三相异步电机输出功率的装置，以便能准确了解电机的负载状态及工作状态，进而判断转辙机的工作状态和负载状态，指导维护工作，使得维护、维修工作适时、有效，减少或避免无效维护，提高维护效率。

Description

依据转速及电流计算三相异步电机输出功率的装置

技术领域

本实用新型涉及一种三相异步电机工作状态的监测技术；特别是依据转速及电流计算三相异步电机输出功率的装置。

背景技术

铁路道岔应用于户外，由于环境或自身结构参数的变化，其转换时所需的驱动力会发生变化。道岔转辙机通常是道岔转换的驱动设备，也就是说，道岔转辙机的负载在使用过程中会发生明显变化，这种负载的变化可能会造成道岔转换故障，进而影响到列车的运行。

为真实掌握道岔转辙机的负载（也就是道岔转换阻力）情况，可以在载荷传递路径上安装测力传感器，但是由于可靠性、安全性的问题，目前电动转辙机均未见有可实用的测力传感器，电液转辙机可以通过测量系统压力来计算液压缸输出力。

由于转辙机的动力均来自于电机，因此，电机的输出功率可以反映转辙机的载荷情况。目前对电机功率的监测已经得到大范围应用，现有的信号监测系统中多数都有转辙机功率监测功能，能绘制转辙机工作过程中的功率变化曲线。但是，目前多数信号监测系统是在分线盘（分线柜）处采集对应转辙机的电压及电流数值。将此测试端口之后的转辙机供电及工作电路视为一个单端口网络，则通常计算的是该单端口网络输入的视在功率，由于线路电阻及无功器件的存在，该单端口网络计算所得功率并不能真正反映电机的输入功率，更不能反映电机的输出功率。

在实际的转辙机电路中，由于转辙机安装位置各不相同，因此线路电阻也各不相同，电机端的实际压降也和电源输出端差别明显，也就是说转辙机电机的实际工作电压各不相同，其实际工作状态也就各不相同。这样，也就难以按照一定的工作电压并根据某参数来确定其他参数。

电机负载变化时，其工作点的功率因数和电机效率随之变化，因此电机输出功率和电机电压、电流的关系随工作点变化，即使测得电机端电压及线圈电流，也难以确定电机输出功率，因为功率因数和电机效率未知，即使通过技术手段计算出功率因数，还有电机效率未知，加之由于安全因素，电机端电压不能接入电路进行测量，只能使用非接触的方法进行测量，而非接触测电压的手段目前实现起来比较困难。

综上所述，通过测量分线盘（分线柜）处电压及线路电流，甚至直接测量电机端电压和线圈电流来计算转辙机的三相异步电机输出功率困难较大，或者数据可信度较低。若以此数据指导维护工作，则可能使得维护、维修工作加大，产生无效维护甚至浪费。

由于电机在确定的供电条件下，电机工作状态（输出功率）会随负载变化，因此电机输出功率能反映电机的载荷状态，进而可以反映转辙机的载荷，可见通过监测电机输出功率可以监测转辙机的载荷情况（包含转辙机内阻）。电机输出功率可通过测量电机扭矩和电机转速来计算，对于已经定型的设备，其扭矩测量可能存在一定困难，但传动系统的转速可以使用非接触的方法方便的实现，且在不能直接测量电机转速时，可以通过测量其他转动零件，并通过减速比计算出电机转速，因此通过电机转速来计算电机输出功率的方法具有实际意义，可以方便的实现测量电机输出功率。

发明内容

本实用新型提供一种依据转速及电流计算三相异步电机输出功率的装置，以便能准确了解电机的负载状态及工作状态，进而判断转辙机的工作状态和负载状态，指导维护工作，使得维护、维修工作适时、有效，减少或避免无效维护，提高维护效率。

本实用新型的技术方案是：提供依据转速及电流计算三相异步电机输出功率的装置，其特征是：至少包括：三相电源、三相异步电机、电流传感器、转角/转速传感器、数据处理单元、求解点未知数据预测算法、预先测得的电机数据二维数组；三相电源与三相异步电机按照星形或三角形接法连接，非接触电流传感器套接入三相电源和三相异步电机之间的连接回路中；转角/转速传感器与所测转动零件连接，以检测电机输出轴转角/转速，电流传感器和转角/转速传感器输出端与数据处理单元输入端电连接；将电流检测值和转角/转速检测值输入到数据处理单元。

所述的所测转动零件是电机输出轴。

所述的所测零件是和电机输出轴转速具有比例关系的其它零件。

所述的数据处理单元或者包括存储电机数据二维数组的存储器，或者外接存储电机数据二维数组的存储器。

所述的转角/转速传感器与电机输出轴利用磁电或光电器件连接。

本实用新型的优点是，通过非接触的方法检测得到三相异步电机的转速和电流，结合预先测得的电机在不同电压下工作状态数据（转矩、功率因数等），就可以预测电机对应检测时刻的转矩、功率因数等数值，并且可以用测得数据和预测数据计算出反映电机工作状态的输出功率，瞬时效率等数据。由于转速和电流均可使用非接触方法检测，故该方法对电机和转辙机的安全性无影响，可以安全、便捷的预测电机的其他参数和工作状态，用于指导维护工作，使得维护、维修工作适时，快速，减少无效维护，提高维护效率。

下面结合实施例附图对本实用新型作进一步说明。

附图说明

图1是实施例1结构示意图，图中使用转角/转速传感器直接检测电机转速。

图2是实施例2结构示意图，图中使用转角/转速传感器检测与电机轴连接的减速器中零件转速，需计算电机轴转速。

图中，1、三相电源，2、三相异步电机，3、电流传感器，4、转角/转速传感器，5、数据处理单元；6、求解点未知数据预测算法；7、电机数据二维数组；8、减速器。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，本实用新型涉及依据转速及电流计算三相异步电机输出功率的装置，其特征是：至少包括：三相电源1、三相异步电机2、电流传感器3、转角/转速传感器4、数据处理单元5、求解点未知数据预测算法6、预先测得的电机数据二维数组7；三相电源1与三相异步电机2按照星形或三角形接法连接，非接触电流传感器套接入三相电源1和三相异步电机2之间的连接回路中；转角/转速传感器4与电机输出轴利用磁电或光电器件连接，检测电机输出轴转角/转速，电流传感器3和转角/转速传感器4输出端与数据处理单元5输入端电连接；将电流检测值和转角/转速检测值输入到数据处理单元5，由数据处理单元5内的求解点未知数据预测算法6结合电机数据二维数组7进行运算，解得所要求解的转矩，电压、功率因数等未知数据，之后，由转速和转矩数值求得电机输出功率，由电流、电压及功率因数数值求得电机输入功率，由输入功率和输出功率求得电机瞬时效率，以这些计算所得数据来反映求解点对应的电机状态。

所述的数据处理单元5或者包括存储电机数据二维数组的存储器，或者外接存储电机数据二维数组的存储器，通过数据通道读取存储器中的数据。

所述的转角/转速传感器4与电机输出轴利用磁电或光电器件连接，是在电机输出轴上安装产生或改变磁场、光反射、发光的零件，在适当位置安装检测器件，检测器件和电机输出轴上的零件通过磁场或光耦合作用，并不直接联系。

所述的电机数据二维数组7有k个二维数组，每个二维数组都是在一个恒定电压下测得的转速、转矩、电流、功率因数等瞬时数据，每个二维数组对应的恒定电压从小到大顺序排列，构成一维数组v[k]={v1，v2，……，vk}，每个电压数值下测得的转速、转矩、电流、功率因数和电压值构成一个二维数组，二维数组中至少需有转速n，转矩t，电流i三列才可以计算电机输出功率，将列数最少的一个二维数组记为avm[3][j]={{n1，t1，i1},{n2，t2，i2},……，{nj，tj，ij}}；nj表示转速数值，tj表示转矩数值，ij表示电流数值，vm表示电压数值，nj，tj，ij构成一行数据。计算电机其他参数时，二维数组需有对应的数据列，即根据需要掌握的电机工作状态参数，确定电机数据二维数组每行数据中数据列的内容。如需要计算电机输入功率时，二维数组每行需增加电压及功率因数两列数据。扩展后的二维数组记为avm[5][j]={{n1，t1，i1，θ1，vm},{n2，t2，i2，θ2，vm},……，{nj，tj，ij，θj，vm}}；θj表示功率因数，vm表示电压数值，nj，tj，ij，θj，vm构成一行数据。

所述一维数组v[k]中v1≤vmin，vk≥vmax，vmin是电机工作环境中的最小电压值，vmax是电机工作环境中的最大电压值。

所述求解点未知数据预测算法6，至少包括如下步骤：

数据预处理，将k个二维数组中每行的转速值和电流值作为点的坐标，在转速坐标轴和电流坐标轴形成的直角坐标系中绘出各点，称为已知点，以测得的转速和电流值为坐标绘点，称为求解点。

计算求解点未知数据或是以求解点为圆心，以设定初始值为半径绘圆，使圆内至少包含d个已知点，若不足d个则逐步增大半径，直到包含d个已知点，从所绘圆中包含的每个已知点对应的数据行中提出转矩、功率因数、电压等未知数值，求其平均值，作为求解点位置对应的各项数值。

计算求解点未知数据或是找出距离求解点最近和次最近的两个已知点，用求解点和两个已知点的电流值或转速值建立比例关系，从这两个已知点对应的数据行中提出转矩、电压、功率因数等数值，分别按照已建立的比例关系进行比例插值，解得求解点对应的转矩，电压、功率因数等数值。

实施例2

如图2所示，转角/转速传感器4与三相异步电机2输出轴连接的减速器8中的一个齿轮轴光电或电磁连接，电机轴的转速按照比例关系计算得出，除电机轴转速以间接方法测得，其余和实施例1相同，不再进行详细描述。

Claims (5)

1.依据转速及电流计算三相异步电机输出功率的装置，其特征是：至少包括：三相电源（1）、三相异步电机（2）、电流传感器（3）、转角/转速传感器（4）、数据处理单元（5）、求解点未知数据预测算法（6）、预先测得的电机数据二维数组（7）；三相电源（1）与三相异步电机（2）按照星形或三角形接法连接，非接触电流传感器套接入三相电源（1）和三相异步电机（2）之间的连接回路中；转角/转速传感器（4）与所测转动零件连接，以检测电机输出轴转角/转速，电流传感器（3）和转角/转速传感器（4）输出端与数据处理单元（5）输入端电连接；将电流检测值和转角/转速检测值输入到数据处理单元（5）。

2.根据权利要求1所述的依据转速及电流计算三相异步电机输出功率的装置，其特征是：所述的所测转动零件是电机输出轴。

3.根据权利要求1所述的依据转速及电流计算三相异步电机输出功率的装置，其特征是：所述的所测转动零件是动力传递路径中与电机输出轴转速具有比例关系的转动零件。

4.根据权利要求1所述的依据转速及电流计算三相异步电机输出功率的装置，其特征是：所述的数据处理单元（5）或者包括存储电机数据二维数组（7）的存储器，或者外接存储电机数据二维数组（7）的存储器。

5.根据权利要求1所述的依据转速及电流计算三相异步电机输出功率的装置，其特征是：所述的转角/转速传感器（4）与电机输出轴利用磁电或光电器件连接。

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