[发明专利]一种复杂工况下电机运行效率的监控装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及电机运行状态监检测领域,尤其涉及一种复杂工况下电机运行效率的监控装置及方法。

背景技术

电机运行状态监检测领域中，一个很重要的环节就是电机运行效率的在线实时测量，即利用科学的电机效率测量方法求出电机实时运行效率。

现有的电机效率测量装置一般是通过安装转速传感器和扭矩传感器来得出电机的输出功率的，这种在线监测方法存在的缺点有：

1、需要专用的联接工装，安装不当会加大扭矩测量误差甚至损坏扭矩仪；

2、扭矩传感器的测量范围较窄，过大的扭矩，过高的转速会导致扭矩仪损坏，而过小的扭矩又会导致扭矩仪测量不准确；

3、某些风机、水泵与电机采取固定连接，无法安装扭矩传感器。

现有的电机运行状态监检测装置和方法一般不能适用于含有变频器的电机运行系统，其主要原因有：

1、变频功率的测量存在问题：测试的波形往往不是正弦波，通常需要高速采集和傅里叶变换，对设备要求较高；另外变频功率测试设备量值溯源体系尚不完善，准确度较差；

2、在含有变频器的电机运行系统中，电压波形中含有大量的谐波，对电机的铁耗会产生较大的影响，使得现有测试方法造成的测量的误差偏大。

目前，还没有一种用于复杂工况下电机运行效率监控装置或方法。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提出一种用于复杂工况下电机运行效率的监控系统及方法，其能解决无法监测复杂工况下电机运行效率的问题。

本发明技术方案是：一种复杂工况下电机运行效率的监控装置，包括电源模块、电机、信号采集模块、处理器模块、电机控制模块、显示模块；所述电源模块用于为电机运行供电；所述电机的输入端电连接电源模块的输出端；所述信号采集模块的输入端电连接电机的输出端，用于采集电机的电压、电流、转速数据；所述处理器模块的输入端电连接信号采集模块的输出端，用于计算电机实时的运行效率；所述电机控制模块的输入端电连接处理器模块的输出端，电机控制模块的输出端电连接电源模块的输入端，用于改变电机的运行效率；所述显示模块的输入端电连接处理器模块的输出端，用于实现电机效率和人机交换功能的显示。

进一步的，所述信号采集模块包括电压传感器、电流传感器、转速传感器、联轴器、磁粉制动器以及数据采集卡，所述电压传感器、电流传感器的输入端电连接电机的输入端，电压传感器、电流传感器的输出端电连接数据采集卡的输入端，所述转速传感器的输入端电连接电机的输出端，转速传感器的输出端电连接数据采集卡的输入端，转速传感器的另一输出端通过联轴器连接磁粉制动器，所述数据采集卡的输出端电连接处理器模块的输入端。

进一步的，所述电机控制模块包括PLC控制器和变频器，所述变频器的输入端电连接电源模块的输出端，变频器的另一输入端电连接PLC控制器的输出端，变频器的输出端电连接电机的输入端，所述PLC控制器的输入端电连接处理器模块的输出端。

一种复杂工况下电机运行效率的监控装置的监控方法，包括以下步骤：

S1.通过在电机的接线端子前安装的电压传感器、电流传感器和转速传感器获取电机运行状态中的电流信号i_A、i_B、i_c、电压信号u_A、u_B、u_C、转速信号；

S2.利用电机的电压信号进行离散傅里叶变换，得出电机定子电压的基波周期T；

S3.通过电机的电压和电流信号计算出电机单个周期的瞬时输入功率P₁；

S4.由电机的电压、电流和转速信号，利用最小二乘法识别出电机的定子电阻R_s和转子电阻R_r；

S5.由电机的定子电阻R_s和输入电流i_A、i_B、i_c计算出电机在单个周期内的定子铜耗P_Cu1；

S6.对电机进行不同频率下空载试验，分离出电机定子铁耗P_Fe、风摩损耗P_fw和杂散损耗P_s；

S7.由电机的瞬时输入功率P₁、定子铜耗P_Cu1、定子铁耗P_Fe和电机转速得出电机在单个周期内的转子铜耗P_Cu2；