專利名稱：電機(jī)低不確定度的雜散損耗測試系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機(jī)電設(shè)備檢測技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種電機(jī)低不確定度的雜散損耗測試系統(tǒng)。

背景技術(shù)：
目前世界上許多國家(包括我國在內(nèi))都積極投身到電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能工作中。國際電工委員會IEC/TC2于2006年提出制定一項(xiàng)電動機(jī)能效分級標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)將電動機(jī)的效率分為IE1，IE2，IE3，IE4共4級。該標(biāo)準(zhǔn)效率指標(biāo)覆蓋范圍0.75～370kW，極數(shù)為2，4，6極，分50Hz和60Hz兩類指標(biāo)，該標(biāo)準(zhǔn)于2008年底正式發(fā)布。各國電動機(jī)產(chǎn)品市場上效率等級情況為美國，加拿大，澳大利亞等國市場為IE2效率等級并為該國的最低強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)，歐洲于2008年將強(qiáng)制執(zhí)行IE2效率等級標(biāo)準(zhǔn)。目前，我國市場上使用的電動機(jī)效率水平僅為IE1效率(平均效率約為87％)等級，按照我國節(jié)能中長期規(guī)劃中明確的指標(biāo)要求，到2010年電動機(jī)的效率水平應(yīng)達(dá)到IE2效率(平均效率為90％左右)等級，顯然我國與先進(jìn)國家還存在較大的差距。
由于世界各國都在致力于研究開發(fā)高效率電機(jī)，那么，電動機(jī)效率的準(zhǔn)確測試也就提上了日程。IEC60034-30(2008版)規(guī)定對高效、超高效電機(jī)的效率測試方法必須采用低不確定度的方法。所謂“測量不確定度”是對測量結(jié)果質(zhì)量的定量表征，以確定測量結(jié)果的可信程度。測量結(jié)果的可用性很大程度上取決于其不確定度的大小。所以，測量結(jié)果必須附有不確定度說明才是完整并有意義的。根據(jù)不確定度分析評定的理論，在整個(gè)測量過程中，影響最終測量結(jié)果的每一個(gè)量或每一個(gè)因素都將以各自的方式向最終結(jié)果傳遞，這種傳遞都必須逐一建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，并按照數(shù)理統(tǒng)計(jì)原理進(jìn)行分析計(jì)算，找出傳遞因子，最后作合成，得出最終測量結(jié)果的總不確定度。
在電動機(jī)的各項(xiàng)損耗中，雜散損耗的構(gòu)成和影響因素較為復(fù)雜，測試也相對困難，而且雜散損耗的測量和估算也直接影響電機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇。因此，從IEC標(biāo)準(zhǔn)到大多數(shù)國家的實(shí)際情況，以前都是推薦用輸入功率的0.5％或反轉(zhuǎn)法來確定雜散損耗，并把它作為電機(jī)設(shè)計(jì)輸入值和測試結(jié)果，而實(shí)際的比例與功率大小、極數(shù)，以及設(shè)計(jì)、制造、材料等因素有關(guān)，而一律用固定值來替代，不能真實(shí)反映制造和設(shè)計(jì)水平，同時(shí)，也導(dǎo)致有些實(shí)際上并沒有達(dá)到高效率的電機(jī)被判定為高效率電機(jī)。以美國和歐洲為代表的發(fā)達(dá)國家相繼推出了較為精確的IEEE112B法和EH-STAR法，并均被IEC采納為國際標(biāo)準(zhǔn)，IEC60034-2-1《旋轉(zhuǎn)電機(jī)(牽引電機(jī)除外)確定效率和損耗的試驗(yàn)方法》已獲通過，并于2007年9月發(fā)布實(shí)施。該標(biāo)準(zhǔn)明確取消了按輸入功率0.5％來假定雜散損耗的傳統(tǒng)做法，并將反轉(zhuǎn)法列為高不確定度的測試方法。為了確定雜散損耗的大小，標(biāo)準(zhǔn)推薦按IEEE112B法或EH-STAR法進(jìn)行測量。
這對中國電機(jī)行業(yè)是個(gè)全新的要求(1)電機(jī)雜散損耗和效率測試的不確定度評價(jià)方法國際上尚無此類文獻(xiàn)；(2)國內(nèi)一直在使用的兩種雜散損耗測試方法均為高不確定度方法，IEC60034-2-1標(biāo)準(zhǔn)推薦的美國IEEE112B法和歐洲推出的EH-star法我國基本未掌握，需要研究這兩種方法的不確定度，并選擇其中之一作為測試方法；(3)要實(shí)現(xiàn)效率的低不確定度測試，必須研究更精確的數(shù)學(xué)模型和測試數(shù)據(jù)校正技術(shù)，并實(shí)現(xiàn)自動控制測量。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足而設(shè)計(jì)的一種電機(jī)低不確定度的雜散損耗測試系統(tǒng)，它采用雙環(huán)反饋控制，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)頻、穩(wěn)壓的正弦波試驗(yàn)電源，系統(tǒng)測試精度高，不確定度值低于0.4％，大大滿足了0.37～375kW高效、超高效電機(jī)的效率試驗(yàn)。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種電機(jī)低不確定度的雜散損耗測試系統(tǒng)，其特點(diǎn)是該系統(tǒng)包括整流單元、試驗(yàn)電源、模擬恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載、電參數(shù)測控、輸出控制、計(jì)算機(jī)控制、數(shù)據(jù)測量、轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速傳感器、測試電機(jī)和負(fù)載電機(jī)，整流單元將交流市電經(jīng)橋式整流后的直流電分別接入試驗(yàn)電源和模擬恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載；試驗(yàn)電源將直流電調(diào)制成變頻靜止交流電源后依次與電參數(shù)測控、輸出控制和測試電機(jī)連接；模擬恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載將直流電調(diào)制成恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的可控電源后與負(fù)載電機(jī)連接；計(jì)算機(jī)控制分別與試驗(yàn)電源、模擬恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載和數(shù)據(jù)測量連接；轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速傳感器分別與數(shù)據(jù)測量、測試電機(jī)和負(fù)載電機(jī)連接。
所述整流單元包括橋式整流、平波電抗器和電容濾波，將交流市電變?yōu)槠椒€(wěn)直流電。
所述試驗(yàn)電源包括逆變和脈寬調(diào)制，將直流電調(diào)制成供測試電機(jī)使用的雙反饋穩(wěn)頻、穩(wěn)壓的正弦波變頻靜止交流電。
所述模擬恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載采用逆變和脈寬將直流電調(diào)制為負(fù)載電機(jī)轉(zhuǎn)矩的可控電源。
所述負(fù)載電機(jī)與測試電機(jī)輸出軸連接提供恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。
所述數(shù)據(jù)測量由功率分析儀、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測試儀、堵轉(zhuǎn)測試儀、直流電阻測試儀、絕緣電阻測試儀和溫度巡檢儀組成，以傳感器采集的非電量參數(shù)通過工業(yè)以太網(wǎng)與計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)通信。
所述電參數(shù)測控制為電參數(shù)傳感器采集的電壓、電流和功率參數(shù)經(jīng)計(jì)算機(jī)自動控制。
所述計(jì)算機(jī)控制由控制主回路的PLC、集線器HUB和RS485總線服務(wù)器組成，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的測試數(shù)據(jù)采集、處理和自動控制。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有測試裝置簡單，操作方便，測試精度高，穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)，可滿足了0.37～375kW高效、超高效電機(jī)的效率試驗(yàn)，不確定度值低于0.4％，為我國致力于研究開發(fā)高效率電機(jī)奠定了一定基礎(chǔ)。



圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖 圖2為雙反饋正弦波變頻電源工作示意圖 圖3為雙反饋正弦波變頻電源控制器結(jié)構(gòu)示意圖 圖4為變頻電源的正弦波圖 圖5為網(wǎng)絡(luò)拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)示意圖 圖6為上位機(jī)工作流程圖 圖7為下位機(jī)工作流程圖
具體實(shí)施例方式 下面以具體實(shí)施例，對本發(fā)明做進(jìn)一步的闡述 參閱附圖1，本發(fā)明包括；整流單元1、試驗(yàn)電源2、模擬恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載9、電參數(shù)測控3、輸出控制4、計(jì)算機(jī)控制6、數(shù)據(jù)測量7、轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速傳感器8、測試電機(jī)5和負(fù)載電機(jī)10，交流市電經(jīng)整流單元1的橋式整流后分別接入試驗(yàn)電源2和模擬恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載9；試驗(yàn)電源2將直流電調(diào)制成變頻靜止交流電后依次與電參數(shù)測控3、輸出控制4和測試電機(jī)連接5；模擬恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載9將直流電調(diào)制成恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的可控電源后與負(fù)載電機(jī)10連接，負(fù)載電機(jī)10的輸出為跟蹤測試電機(jī)5運(yùn)行轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定轉(zhuǎn)矩與測試電機(jī)輸出軸連接；計(jì)算機(jī)控制6分別與試驗(yàn)電源2、模擬恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載9和數(shù)據(jù)測量7連接；轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速傳感器8分別與數(shù)據(jù)測量7、測試電機(jī)5和負(fù)載電機(jī)10連接。
參閱附圖2，本發(fā)明的主電路由整流單元1、試驗(yàn)電源2組成，并采用大功率開關(guān)器件IGBT以主電路為交/直/交結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)供測試電機(jī)5使用的靜止式變頻電源，該電源與傳統(tǒng)的機(jī)組模式相比，靜止式變頻電源對土建要求低、控制自動化程度高、噪聲低，可以明顯降低運(yùn)行能耗，保證良好的控制精度，可擴(kuò)展性強(qiáng)，在電機(jī)試驗(yàn)領(lǐng)域也得到良好的應(yīng)用。
主電路包括整流器(ZL)，直流濾波器、逆變(BP1)、交流濾波(L和C)等組成部分。整流器將50Hz交流市電(380VAC)經(jīng)橋式整流、平波電抗器、電解電容濾波后變?yōu)橹绷?P+和P-)。橋式整流電路為半控結(jié)構(gòu)，調(diào)節(jié)晶閘管的觸發(fā)角，可以控制直流電壓，滿足不同電壓等級測試電機(jī)試驗(yàn)要求。在大功率系統(tǒng)中，為考慮整流系統(tǒng)對電源的污染等因素可以將整流單元1的電路分為獨(dú)立的兩組，組成12脈波整流。逆變部分(BP1)采用三相全橋結(jié)構(gòu)，是本電源的核心，逆變器選用IGBT作為開關(guān)器件。利用IGBT開關(guān)頻率較高的優(yōu)點(diǎn)，采用正弦脈寬調(diào)制方式(SPWM)對逆變器進(jìn)行控制，將平穩(wěn)直流變換為脈寬調(diào)制輸出的交流，輸出SPWM(U10)波幅值恒定，寬度按正弦規(guī)律變化，該交流基波頻率為所需要的電源輸出頻率。逆變器輸出的脈寬調(diào)制波經(jīng)LC濾波電路濾波后，得到純正的正弦波交流電(U1)。
模擬恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載9將直流電通過逆變和脈寬調(diào)制成恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的可控電源與負(fù)載電機(jī)10連接，負(fù)載電機(jī)10的輸出為可跟蹤測試電機(jī)5運(yùn)行轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定轉(zhuǎn)矩與測試電機(jī)輸出軸連接。模擬恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載9與傳統(tǒng)的機(jī)組負(fù)載模式相比，對土建要求低、控制自動化程度高、噪聲低，可以明顯降低運(yùn)行能耗，保證良好的控制精度，可擴(kuò)展性強(qiáng)，在電機(jī)試驗(yàn)領(lǐng)域也得到良好的應(yīng)用。
模擬恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載9包括負(fù)載控制器(BP2)、交流濾波(L和C)、負(fù)載電機(jī)等組成部分，負(fù)載控制器選用IGBT作為開關(guān)器件。利用IGBT開關(guān)頻率較高容易控制的優(yōu)點(diǎn)，采用正弦脈寬調(diào)制方式(SPWM)對負(fù)載電機(jī)進(jìn)行控制，將平穩(wěn)直流變換為脈寬調(diào)制輸出的交流，輸出SPWM(U10)波幅值恒定，寬度根據(jù)控制需求進(jìn)行調(diào)整，負(fù)載控制器輸出的脈寬調(diào)制波經(jīng)LC濾波電路濾波后，控制負(fù)載電機(jī)發(fā)電運(yùn)行，得到轉(zhuǎn)速能跟蹤測試電機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定轉(zhuǎn)矩。
模擬恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載9，在設(shè)計(jì)負(fù)載控制器時(shí)，采用一種帶有輸出電壓有效值控制及轉(zhuǎn)矩控制的雙環(huán)反饋控制模式，對負(fù)載轉(zhuǎn)矩進(jìn)行精確控制，穩(wěn)定負(fù)載轉(zhuǎn)矩，同時(shí)運(yùn)行轉(zhuǎn)速參與控制，在測試電機(jī)轉(zhuǎn)速發(fā)生變化的時(shí)候同樣能達(dá)到穩(wěn)定的轉(zhuǎn)矩輸出。
試驗(yàn)電源2在設(shè)計(jì)正弦波變頻電源的控制器時(shí)，采用一種帶有輸出電壓有效值控制及負(fù)載電流控制的雙環(huán)反饋控制模式，對輸出電壓的幅值、頻率、波形進(jìn)行精確控制，穩(wěn)定輸出電壓和頻率，同時(shí)通過外環(huán)負(fù)載電流的反饋控制，在負(fù)載發(fā)生變化的時(shí)候同樣能達(dá)到穩(wěn)定電源的目的。
參閱附圖3，圖中i0是負(fù)載電流前饋控制，在很多系統(tǒng)中變頻逆變單元后面通常要聯(lián)結(jié)一級變壓器，該變壓器的主要作用有 (I)、改變變頻電源的輸出電壓，滿足不同電壓等級的電機(jī)試驗(yàn)需求，增加變壓器可以改善逆變器升壓的局限，例如本系統(tǒng)可以利用380VAC的逆變器，經(jīng)過變壓器升壓，滿足660V被試驗(yàn)電動機(jī)的試驗(yàn)，可以充分利用逆變器的容量； (II)、通過變壓器的Y-Δ變化，改變逆變器的輸出波形質(zhì)量； (III)、通過變壓器輸出端的負(fù)載電流變化，完成電流環(huán)的前饋控制，有效進(jìn)行多單元并聯(lián)運(yùn)行的環(huán)流控制，改善電流環(huán)的響應(yīng)速度。
衡量變頻電源的一個(gè)重要指標(biāo)就是諧波電壓因數(shù)。按GB 755-2000的規(guī)定，HVF值按下式計(jì)算 式中Un諧波電壓的標(biāo)幺值(以額定電壓UN為基值)； n諧波次數(shù)(不包含3及3的倍數(shù))。
為滿足電機(jī)試驗(yàn)的需求，電源必須滿足HVF≤0.015。因此必須對逆變器的電源輸出進(jìn)行濾波處理。如圖3所示，電感L和電容C組成低通濾波器LC，濾出高頻載波。低通濾波器LC輸出設(shè)計(jì)，直接影響變頻電源輸出電壓波形的失真度，因此濾波器的設(shè)計(jì)原則是考慮最高輸出頻率，只要最高輸出頻率下正弦波的失真度得到滿足，則低頻輸出時(shí)由于載波比增加，正弦波失真度可自然滿足。
在大容量電源的設(shè)計(jì)中，IGBT關(guān)斷和開通電流都很大，主電路的引線的電感不容忽視，其將在IGBT功率回路中引起浪涌電壓，較高的浪涌電壓將增加功率器件的開關(guān)損耗，可能危及器件的安全。因此在大功率應(yīng)用時(shí)必須采取措施減少主回路的配線，降低逆變器輸出主回路中的布線，特別是在并聯(lián)運(yùn)行的系統(tǒng)中必須保證并聯(lián)運(yùn)行的單元線路電感一致。
參閱附圖4，本發(fā)明試驗(yàn)電源2和模擬恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載9的電源系統(tǒng)在額定工況下運(yùn)行，三相線電壓分別為URS UST UTR，在下式中分別以a、b、c表示； 負(fù)序分量V-和正序分量V+分別按下式計(jì)算 負(fù)序分量與正序分量之比為 試驗(yàn)電源2的負(fù)序分量與正序分量之比不超過0.5％。
電源在額定工況下，穩(wěn)定運(yùn)行后，負(fù)載功率要求在(100±10％)額定負(fù)載范圍內(nèi)，分別在額定頻率(50Hz和60Hz)下，連續(xù)運(yùn)行10min且每隔1min中讀取電壓(RS)和頻率值。
電壓和頻率的10min波動率按下式計(jì)算 頻率穩(wěn)定率≤0.05％，得益于電子技術(shù)以及控制技術(shù)的發(fā)展，本發(fā)明最優(yōu)水平可達(dá)0.01％以內(nèi)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)機(jī)組模式。
主要測量儀器精度指標(biāo) 依據(jù)試驗(yàn)方法規(guī)定，系統(tǒng)所需要測量的參數(shù)包括 a、輸入電參數(shù)電壓U、電流I、功率W、頻率f；測試精度 電壓±0.1％rdg.±0.1％f.s； 電流±0.1％rdg.±0.1％f.s；電流互感器精度0.2級； 功率±0.1％rdg.±0.1％f.s； 頻率±0.1％rdg.±1％dgt.； b、輸出機(jī)械參數(shù)轉(zhuǎn)矩T、轉(zhuǎn)速n；測試精度 轉(zhuǎn)矩0.1級； 轉(zhuǎn)速0.1級； c、其它非電量參數(shù) 溫度±0.5℃ 直流電阻分辨率0.1μΩ；2mΩ～2kΩ，0.2級 A類標(biāo)準(zhǔn)不確定度導(dǎo)致的效率不確定度 在重復(fù)性條件下(相同的試驗(yàn)程序、相同條件、相同的人員、相同測量儀器、相同地點(diǎn))，對同一臺電機(jī)，進(jìn)行n(n≥10)次獨(dú)立的效率測試，共得n個(gè)效率ηi的測試結(jié)果。
算術(shù)平均值 單次測量的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差 平均值的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差 A類標(biāo)準(zhǔn)不確定度導(dǎo)致的效率不確定度 B類標(biāo)準(zhǔn)不確定度導(dǎo)致的效率不確定度 其中 ∑P-額定負(fù)載時(shí)總損耗(W) P1-額定負(fù)載時(shí)定子輸入功率(W) 效率不確定度uB(η) 其中u(∑P)-額定負(fù)載時(shí)總損耗的不確定度； u(P1)-輸入功率的不確定度。
本發(fā)明主要用于高效、超高效電機(jī)的效率測試，當(dāng)然也適合普通電機(jī)的效率測試，具有高精度、高穩(wěn)定性的特點(diǎn)，低不確定度是本系統(tǒng)的重要技術(shù)指標(biāo)。為保證效率測試水平，對本系統(tǒng)的效率測試的不確定度進(jìn)行了驗(yàn)證，以15HP，4極，60Hz，460V三相籠型電動機(jī)為例 其中η(％)＝92.64；s(η)(％)＝0.05066；
其中UB(P1)＝31.4(W)；UB(∑P)＝10.2(W)；P1＝12230(W)； ∑P＝909.4(W)。
合成不確定度為 系統(tǒng)不確定度為 U＝2UC(η)＝0.17(％)k＝2 結(jié)論η(％)＝(效率測試值±U)(％)＝(92.64±0.17)(％)k＝2 參閱附圖5，本發(fā)明的自動控制系統(tǒng)采用RS485總線結(jié)構(gòu)模式，其網(wǎng)絡(luò)拓補(bǔ)如附圖5所示，主要組成有控制主回路的PLC、集線器HUB和RS485總線的服務(wù)器；用于進(jìn)行各種數(shù)據(jù)采集的高精度測試儀器、用于整流、逆變控制用的光纖傳導(dǎo)部分；以及反饋數(shù)據(jù)的采集系統(tǒng)、系統(tǒng)的電氣邏輯控制和系統(tǒng)的電量閉環(huán)控制；由RS485總線將測量、控制、遠(yuǎn)傳集為一體，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動控制、測試數(shù)據(jù)采集、處理和共享。
RS485是一個(gè)多引出線接口，可以有多個(gè)驅(qū)動器和接收器，能實(shí)現(xiàn)一臺上位機(jī)與多臺下位機(jī)之間的串行通信，其采用主從式通信方式，可以通過PC機(jī)與連接終端進(jìn)行實(shí)時(shí)通訊，這種總線模式成本低、性能穩(wěn)定、遵循統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，在自動控制工程中被廣泛應(yīng)用。
整個(gè)自動控制系統(tǒng)可以分為三個(gè)層次，首先是控制計(jì)算機(jī)(上位機(jī))，其次是通信管理層，最后是各個(gè)終端，包括控制終端和數(shù)據(jù)采集終端。通信管理層是負(fù)責(zé)溝通各下級單元監(jiān)控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集，通過通信管理層實(shí)現(xiàn)承上啟下?？刂朴?jì)算機(jī)負(fù)責(zé)發(fā)布命令，并將通信上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類和建立數(shù)據(jù)庫，并按照預(yù)先的設(shè)定進(jìn)行處理。終端的作用是對控制機(jī)算計(jì)的指令的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，包括命令的輸出和測試數(shù)據(jù)的輸入。
系統(tǒng)的控制基于RS485現(xiàn)場總線，通信協(xié)議自由定義，在總線上連接各下位機(jī)(控制終端和數(shù)據(jù)采集終端系統(tǒng))和上位機(jī)(控制計(jì)算機(jī))，是由上位機(jī)統(tǒng)一管理的主從式總線型的控制和檢測系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)的檢測數(shù)據(jù)和狀態(tài)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)可以由通信管理層和遠(yuǎn)程系統(tǒng)進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程共享和實(shí)時(shí)監(jiān)控。
參閱附圖6～附圖7，本發(fā)明整流單元1、試驗(yàn)電源2和模擬恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載9的控制部分由自動控制和手動控制兩部分組成，通過PLC實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的開關(guān)量控制、電壓電流模擬量的采集監(jiān)視和電壓反饋量的閉環(huán)控制。自動控制和手動控制是兩個(gè)完全相互獨(dú)立的控制部分，試驗(yàn)過程以自動控制為主，一旦計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障，可通過自動/手動按鈕切換到手動，避免整個(gè)電源系統(tǒng)發(fā)生故障。
手動部分是通過操作臺上控制面板實(shí)現(xiàn)開關(guān)量控制，并可通過變頻電源的操作板實(shí)現(xiàn)變頻器模擬量的給定。
自動部分由上位機(jī)完成試驗(yàn)過程中開關(guān)量控制，模擬量給定和系統(tǒng)主電路開關(guān)量的監(jiān)視。其中模擬量給定環(huán)節(jié)分別由上位機(jī)根據(jù)功率分析儀采集的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)給定數(shù)據(jù)的閉環(huán)控制，在PLC中根據(jù)實(shí)際反饋電壓量實(shí)現(xiàn)電壓給定穩(wěn)壓的閉環(huán)控制，由于采用雙閉環(huán)控制，可輕松實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定，可靠的模擬量給定。
在開關(guān)量控制環(huán)節(jié)，由于系統(tǒng)有多種開關(guān)量組合邏輯，操作者稍有不慎就可能出錯(cuò)釀成重大事故，為了簡化操作者的工作流程，根據(jù)實(shí)際情況在上位機(jī)的控制界面選用了單獨(dú)輸出和并聯(lián)輸出的12種控制方式，用戶可根據(jù)相應(yīng)的電源工作狀態(tài)選擇相應(yīng)開關(guān)的合閘，如要進(jìn)行并聯(lián)變壓器400V狀態(tài)，可直接選擇并聯(lián)變壓器400V按鈕即可，系統(tǒng)會自動合上相應(yīng)的開關(guān)，簡化了操作程序。
自動部分還可以實(shí)現(xiàn)部分試驗(yàn)的自動過程，自動過程由計(jì)算機(jī)根據(jù)測試點(diǎn)的設(shè)置控制試驗(yàn)電源調(diào)節(jié)到對應(yīng)點(diǎn)，待數(shù)據(jù)穩(wěn)定后自動采集試驗(yàn)數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫，并進(jìn)行下一點(diǎn)控制。
測試部分由高精度功率分析儀、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測試儀、堵轉(zhuǎn)測試儀、直流電阻測試儀、絕緣電阻測試儀和溫度巡檢儀組成。功率分析儀通過工業(yè)以太網(wǎng)與計(jì)算機(jī)通信，在計(jì)算機(jī)上顯示電壓、電流、功率等電量。轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測試儀、堵轉(zhuǎn)測試儀、直流電阻測試儀、絕緣電阻測試儀和溫度巡檢儀通過研華EDG4508服務(wù)器連接到工業(yè)以太網(wǎng)，并通過工業(yè)以太網(wǎng)與計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)通信。試驗(yàn)過程中顯示的電量和非電量數(shù)據(jù)可直接存入數(shù)據(jù)庫，通過相應(yīng)的軟件平臺實(shí)現(xiàn)被試電機(jī)5的參數(shù)及性能計(jì)算、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)分析和報(bào)表打印。
本發(fā)明在電機(jī)試驗(yàn)過程中實(shí)現(xiàn)智能控制、數(shù)據(jù)自動采集、分析、計(jì)算和報(bào)表的輸出，系統(tǒng)自動化程度高，可靠性強(qiáng)，可滿足高效率、超高效率電機(jī)的準(zhǔn)確測試。
以上只是對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，并非用以限制本專利，凡為本發(fā)明等效實(shí)施，均應(yīng)包含于本專利的權(quán)利要求范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種電機(jī)低不確定度的雜散損耗測試系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)包括整流單元、試驗(yàn)電源、模擬恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載、電參數(shù)測控、輸出控制、計(jì)算機(jī)控制、數(shù)據(jù)測量、轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速傳感器、測試電機(jī)和負(fù)載電機(jī)，整流單元將交流市電經(jīng)橋式整流后的直流電分別接入試驗(yàn)電源和模擬恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載；試驗(yàn)電源將直流電調(diào)制成變頻靜止交流電源后依次與電參數(shù)測控、輸出控制和測試電機(jī)連接；模擬恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載將直流電調(diào)制成恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的可控電源后與負(fù)載電機(jī)連接；計(jì)算機(jī)控制分別與試驗(yàn)電源、模擬恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載和數(shù)據(jù)測量連接；轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速傳感器分別與數(shù)據(jù)測量、測試電機(jī)和負(fù)載電機(jī)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述電機(jī)低不確定度的雜散損耗測試系統(tǒng)，其特征在于所述整流單元包括橋式整流、平波電抗器和電容濾波，將交流市電變?yōu)槠椒€(wěn)直流電。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述電機(jī)低不確定度的雜散損耗測試系統(tǒng)，其特征在于所述試驗(yàn)電源包括逆變和脈寬調(diào)制，將直流電調(diào)制成供測試電機(jī)使用的雙反饋穩(wěn)頻、穩(wěn)壓的正弦波變頻靜止交流電。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述電機(jī)低不確定度的雜散損耗測試系統(tǒng)，其特征在于所述模擬恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載采用逆變和脈寬將直流電調(diào)制為負(fù)載電機(jī)轉(zhuǎn)矩的可控電源。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述電機(jī)低不確定度的雜散損耗測試系統(tǒng)，其特征在于所述負(fù)載電機(jī)與測試電機(jī)輸出軸連接提供恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述電機(jī)低不確定度的雜散損耗測試系統(tǒng)，其特征在于所述數(shù)據(jù)測量由功率分析儀、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測試儀、堵轉(zhuǎn)測試儀、直流電阻測試儀、絕緣電阻測試儀和溫度巡檢儀組成，以傳感器采集的非電量參數(shù)通過工業(yè)以太網(wǎng)與計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)通信。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述電機(jī)低不確定度的雜散損耗測試系統(tǒng)，其特征在于所述電參數(shù)測控制為電參數(shù)傳感器采集的電壓、電流和功率參數(shù)經(jīng)計(jì)算機(jī)自動控制。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述電機(jī)低不確定度的雜散損耗測試系統(tǒng)，其特征在于所述計(jì)算機(jī)控制由控制主回路的PLC、集線器HUB和RS485總線服務(wù)器組成，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的測試數(shù)據(jù)采集、處理和自動控制。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電機(jī)低不確定度的雜散損耗測試系統(tǒng)，其特點(diǎn)是該系統(tǒng)由整流單元將交流市電經(jīng)橋式整流后的直流電分別接入試驗(yàn)電源和模擬恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載；試驗(yàn)電源將直流電調(diào)制成變頻靜止交流電源后依次與電參數(shù)測控、輸出控制和測試電機(jī)連接；模擬恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載將直流電調(diào)制成恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的可控電源后與負(fù)載電機(jī)連接；轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速傳感器分別與數(shù)據(jù)測量、測試電機(jī)和負(fù)載電機(jī)連接。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有測試裝置簡單，操作方便，測試精度高，穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)，可滿足了0.37～375kW高效、超高效電機(jī)的效率試驗(yàn)，不確定度值低于0.4％，為我國致力于研究開發(fā)高效率電機(jī)奠定了一定基礎(chǔ)。
文檔編號G01R31/34GK101825686SQ20101017436
公開日2010年9月8日 申請日期2010年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月14日
發(fā)明者陳偉華, 金惟偉, 王傳軍, 馮東升, 強(qiáng)雄 申請人:上海電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能工程技術(shù)研究中心有限公司, 上海電器科學(xué)研究所(集團(tuán))有限公司