技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本
發(fā)明屬于交流電機試驗技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種三相異步交流電機繞組溫升自動測試系統(tǒng)。
背景技術(shù)
[0002] 電機運行過程中，如若
溫度過高則勢必會破壞其繞組的絕緣材料從而影響使用壽命，所以溫升試驗是電機試驗項目中一項必不可少的試驗項目。電機溫升試驗有直接法和間接法，通常采用直接法。直接法是被測試電機在額定
頻率、額定
電壓和額定負(fù)載或銘牌
電流下帶載運行，通常采用回饋法即一套變頻電源分別驅(qū)動規(guī)格型號相同的兩臺電機對拖，其中一臺為被試電機，另一臺為陪試電機，被試電機帶動陪試電機運轉(zhuǎn)，陪試電機處于發(fā)電狀態(tài)向變頻電源直流
母線回饋
電能以部分提供被試電機運轉(zhuǎn)所需
能量。而常用的電機溫升的檢測方法有
熱電偶法和
電阻法。由于電阻法能全面反映電機繞組平均溫升情況，所以電機繞組溫升的檢測通常采用電阻法。電阻法的工作原理是根據(jù)被試電機完全停穩(wěn)后測得的其繞組電阻值及對應(yīng)時間，基于測得的繞組電阻值及對應(yīng)時間計算電機繞組在斷能時刻的電阻值，再根據(jù)此值計算溫升值。由電阻法的工作原理可知，為保證電阻值計算準(zhǔn)確，必須在被試電機斷能后盡可能快的測量其繞組電阻值，并且保證測量值與對應(yīng)測量時刻嚴(yán)格對應(yīng)。
[0003] 現(xiàn)有電機溫升試驗的操作過程是，在試驗前由試驗人員采用測量儀器手動測量電機冷態(tài)直流電阻值和冷卻介質(zhì)溫度，試驗終束時試驗人員根據(jù)試驗類型手動發(fā)出停車命令并開始人工計時，待電機完全停止后再采用測量儀器手動測量電機繞組電阻值，讀完電阻值后
馬上對時，手動記錄電阻值及其對應(yīng)時間，并依據(jù)一定的時間間隔多次測量電阻值及時間并記錄直至繞組電
阻變化平緩，記錄完成后再由試驗人員將測量數(shù)據(jù)輸入計算機顯示及計算。由現(xiàn)有溫升試驗的操作過程可知，電機完全停止后由試驗人員將測量儀器手動切換到電機繞組上，如此會有延時而導(dǎo)致電阻
散熱降溫，進(jìn)而導(dǎo)致電阻值結(jié)果的不準(zhǔn)確；測量過程中電阻測量值與對應(yīng)時間由于存在細(xì)微偏差也會對計算造成了一定的影響。此外停機條件由試驗人員人工判斷并且整個試驗過程中電機直流電阻值、時間和溫度等數(shù)據(jù)全部由試驗人員手動采集后并進(jìn)行錄入，這樣的操作增加了試驗人員的勞動量，可能存在停車條件已滿足但試驗人員未及時發(fā)出停車命令而造成
能源浪費的情況，并且試驗過程中試驗人員需要進(jìn)入試驗現(xiàn)場測量有可能存在影響試驗人員人身安全的因素。
發(fā)明內(nèi)容
[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題之一是提出一種三相異步交流電機繞組溫升自動測試系統(tǒng)，提高電機溫升測試結(jié)果的準(zhǔn)確性，且最大限度的保證試驗人員的人身安全。
[0005] 為了解決上述技術(shù)問題，本
申請的
實施例首先提供了一種三相異步交流電機繞組溫升自動測試系統(tǒng)，應(yīng)用于包括變頻電源、被試電機和陪試電機的電機繞組溫升測試，所述自動測試系統(tǒng)包括，
[0006] 第一
開關(guān)，其用于連接或分?jǐn)嗨霰辉囯姍C與變頻電源之間的
電路；
[0007] 第二開關(guān)，其用于連接或分?jǐn)嗨雠阍囯姍C與變頻電源之間的電路；
[0008] 電壓電流
傳感器，其用于監(jiān)測所述被試電機和所述陪試電機的電壓電流數(shù)據(jù)；
[0009] 感溫單元，其用于測量被試電機的表面溫度及冷卻介質(zhì)的溫度；
[0010]
扭矩儀，其用于測量所述被試電機和所述陪試電機的轉(zhuǎn)速；
[0011] 直流電阻測量儀，其通過
真空接觸器與所述被試電機相連，用于測量被試電機繞組的電阻值；
[0012] 控制單元，其用于接收所述電壓電流傳感器、感溫單元、扭矩儀及直流電阻測量儀的測量數(shù)據(jù)，控制所述第一開關(guān)、第二開關(guān)、真空接觸器和變頻電源工作，以自動進(jìn)行所述電機繞組溫升測試。
[0013] 優(yōu)選地，所述控制單元由PLC
控制器和工控機構(gòu)成；
[0014] 所述工控機接收所述電壓電流傳感器、感溫單元、扭矩儀及直流電阻測量儀發(fā)送的測量數(shù)據(jù)，并基于溫升測試的試驗類型發(fā)出相應(yīng)的控制命令；
[0015] 所述PLC控制器接收并基于所述控制命令驅(qū)動所述第一開關(guān)、第二開關(guān)和真空接觸器動作，以及控制所述變頻電源的輸出狀態(tài)。
[0016] 優(yōu)選地，所述工控機，其配置為，
[0017] 在其運行的試驗程序中開放一段存儲區(qū)域，用于存儲當(dāng)前時刻前第一預(yù)定時長內(nèi)以第一預(yù)定時間間隔采集的被試電機表面溫度數(shù)據(jù)；
[0018] 當(dāng)試驗類型為長時溫升時，基于該存儲區(qū)域內(nèi)的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，若判斷被試電機表面溫升達(dá)到預(yù)定
閾值，則向所述PLC控制器發(fā)出停機命令。
[0019] 優(yōu)選地，所述第一預(yù)定時長為1小時，所述第一預(yù)定時間間隔為1分鐘。
[0020] 優(yōu)選地，所述工控機，其配置為，
[0021] 在向所述PLC控制器發(fā)出停機命令后，基于所述扭矩儀檢測的被試電機的速度
信號判斷所述被試電機是否完全停止；
[0022] 當(dāng)判斷所述被試電機完全停止時，控制所述直流電阻測量儀對被試電機繞組的電阻值進(jìn)行多次測量，并根據(jù)各次的測量值和測量值所對應(yīng)的測量時間計算被試電機斷能時刻的繞組電阻值。
[0023] 優(yōu)選地，所述控制所述直流電阻測量儀對被試電機繞組的電阻值進(jìn)行多次測量，具體為，
[0024] 控制所述直流電阻測量儀以第二預(yù)定時間間隔對被試電機繞組的電阻值進(jìn)行多次測量，直到測量總時長大于第二預(yù)定時長且測量值的變化率小于預(yù)定值時。
[0025] 優(yōu)選地，所述真空接觸器的主觸點分別與所述直流電阻測量儀的測量端和所述被試電機的任意兩相繞組相連接。
[0026] 優(yōu)選地，所述第一開關(guān)和第二開關(guān)都為交流接觸器；
[0027] 所述PLC控制器根據(jù)所述第一開關(guān)和真空接觸器的輔助觸點信號進(jìn)行互
鎖控制，以使所述第一開關(guān)和真空接觸器不能同時閉合，保證試驗回路與電阻測量回路的正確切換。
[0028] 優(yōu)選地，所述繞組溫升自動測試系統(tǒng)還包括與所述工控機連接的顯示器。
[0029] 優(yōu)選地，所述感溫單元中包括用于測量所述被試電機表面溫度的紅外溫度傳感器。
[0030] 與
現(xiàn)有技術(shù)相比，上述方案中的一個或多個實施例可以具有如下優(yōu)點或有益效果：
[0031] 本發(fā)明中的自動測試系統(tǒng)，自動讀取溫升試驗前的冷卻介質(zhì)溫度和被試電機冷態(tài)直流電阻，試驗過程中該系統(tǒng)根據(jù)試驗開始前試驗人員給定的試驗類型自動判斷停車條件實現(xiàn)自動停車，相比現(xiàn)有技術(shù)可節(jié)約能源；在試驗完成后該系統(tǒng)自動完成電機熱態(tài)直流電阻及其時間的測量采集，根據(jù)測量結(jié)果自動計算溫升數(shù)據(jù)。由于整個試驗過程自動完成而無需試驗人員手動現(xiàn)場測量，不僅減少了干擾保證了測試結(jié)果的準(zhǔn)確性，還最大限度的保證了試驗人員的人身安全。
[0032] 本發(fā)明的其他優(yōu)點、目標(biāo)，和特征在某種程度上將在隨后的
說明書中進(jìn)行闡述，并且在某種程度上，基于對下文的考察研究對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見的，或者可以從本發(fā)明的實踐中得到教導(dǎo)。本發(fā)明的目標(biāo)和其他優(yōu)點可以通過下面的說明書，
權(quán)利要求書，以及
附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)和獲得。
附圖說明
[0033] 附圖用來提供對本申請的技術(shù)方案或現(xiàn)有技術(shù)的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分。其中，表達(dá)本申請實施例的附圖與本申請的實施例一起用于解釋本申請的技術(shù)方案，但并不構(gòu)成對本申請技術(shù)方案的限制。
[0034] 圖1是根據(jù)本發(fā)明一實施例的自動測試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035] 圖2是采用圖1所示自動測試系統(tǒng)的試驗流程示意圖。
具體實施方式
[0036] 以下將結(jié)合附圖及實施例來詳細(xì)說明本發(fā)明的實施方式，借此對本發(fā)明如何應(yīng)用技術(shù)手段來解決技術(shù)問題，并達(dá)成相應(yīng)技術(shù)效果的實現(xiàn)過程能充分理解并據(jù)以實施。本申請實施例以及實施例中的各個特征，在不相沖突前提下可以相互結(jié)合，所形成的技術(shù)方案均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
[0037] 本發(fā)明中提出一種三相異步交流電機繞組溫升自動測試系統(tǒng)，應(yīng)用于包括變頻電源、被試電機和陪試電機的電機繞組溫升測試，該電機繞組溫升測試場景中，如背景技術(shù)中所述，一套變頻電源分別驅(qū)動規(guī)格型號相同的兩臺電機(被試電機和陪試電機)對拖，被試電機帶動陪試電機運轉(zhuǎn)，陪試電機處于發(fā)電狀態(tài)向變頻電源
直流母線回饋電能以部分提供被試電機運轉(zhuǎn)所需的能量。
[0038] 本發(fā)明中的自動測試系統(tǒng)如圖1所示，包括，
[0039] 第一開關(guān)1，其用于連接或分?jǐn)啾辉囯姍C2與變頻電源3之間的電路；
[0040] 第二開關(guān)4，其用于連接或分?jǐn)嗯阍囯姍C5與變頻電源3之間的電路；
[0041] 電壓電流傳感器6，其用于監(jiān)測被試電機2和陪試電機5的電壓電流數(shù)據(jù)；
[0042] 感溫單元7，其用于測量被試電機的表面溫度及冷卻介質(zhì)的溫度；
[0043] 扭矩儀8，其用于測量被試電機2和陪試電機5的轉(zhuǎn)速；
[0044] 直流電阻測量儀9，其通過真空接觸器10與被試電機2相連，用于測量被試電機繞組的電阻值；具體的，真空接觸器的主觸點分別與直流電阻測量儀的測量端和被試電機的任意兩相繞組相連接。需要說明的是，相比普通的接觸器和繼電器，真空接觸器的接觸電阻較小(100uΩ左右)，且受
氣候變化影響小，因而對電機繞組的電阻測量的影響小，可使電阻測量結(jié)果較為精確。
[0045] 還包括控制單元11，其用于接收電壓電流傳感器6、感溫單元7、扭矩儀8及直流電阻測量儀9的測量數(shù)據(jù)，控制第一開關(guān)1、第二開關(guān)4、真空接觸器10和變頻電源3工作，以自動進(jìn)行電機繞組溫升測試。
[0046] 為了便于進(jìn)一步理解本發(fā)明，下面結(jié)合一具體實施例對應(yīng)用本發(fā)明中的測試系統(tǒng)如何自動進(jìn)行電機繞組溫升測試進(jìn)行具體說明。
[0047] 該實施例中，第一開關(guān)1和第二開關(guān)4都為交流接觸器，感溫單元7中包括用于測量被試電機表面溫度的紅外溫度傳感器。
[0048] 如圖1所示，該實施例中，控制控制單元11由工控機111和PLC控制器112構(gòu)成。測試系統(tǒng)中還包括與工控機111連接的顯示器12。
[0049] 工控機111主要負(fù)責(zé)
數(shù)據(jù)采集與計算，PLC控制器112主要負(fù)責(zé)控制。具體的，工控機111接收電壓電流傳感器6、感溫單元7、扭矩儀8及直流電阻測量儀9發(fā)送的測量數(shù)據(jù)，并基于溫升測試的試驗類型發(fā)出相應(yīng)的控制命令；PLC控制器112接收并基于控制命令驅(qū)動第一開關(guān)1、第二開關(guān)4、真空接觸器10動作，以及控制變頻電源3的輸出狀態(tài)。
[0050] 該實施例中，采用自動測試系統(tǒng)進(jìn)行電機繞組溫升測試的流程如圖2所示。
[0051] 測試開始，首先進(jìn)行步驟S100，PLC控制器112控制第一開關(guān)1斷開，PLC控制器112檢測到第一開關(guān)1的斷開信號后，控制真空接觸器10閉合。
[0052] 之后進(jìn)行步驟S101，在真空接觸器10閉合后PLC控制器112通知工控機111工作，工控機111通過感溫單元7采集冷卻介質(zhì)的溫度同時向直流電阻測量儀9發(fā)送相應(yīng)命令，直流電阻測量儀9通過閉合的真空接觸器10測量被被試電機繞組的冷態(tài)阻值并傳送給工控機111進(jìn)行存儲，且相應(yīng)的冷卻介質(zhì)溫度及冷態(tài)阻值通過顯示器12在上位機界面中顯示。本發(fā)明中，這時記錄的冷態(tài)阻值稱之試電機的實際冷態(tài)直流電阻，記錄的冷卻介質(zhì)溫度為對應(yīng)實際冷態(tài)直流電阻測定時刻的繞組溫度。
[0053] 需要說明的是，本實施例中，直流電阻測量儀9通過以太網(wǎng)通信
接口與工控機111相連，以使工控機111直接操控直流電阻測量儀9對被試電機繞組的電阻值進(jìn)行步驟S120中的測量。而PLC控制器112也與工控機111通過以太網(wǎng)通信連接，以實現(xiàn)信息的快速交換。
[0054] 之后進(jìn)行步驟S102，完成冷態(tài)阻值和該時的冷卻介質(zhì)溫度采集后，工控機111通知PLC控制器112數(shù)據(jù)采集完成，PLC控制器控制真空接觸器10斷開。
[0055] 之后進(jìn)行步驟S103，PLC控制器112檢測到真空接觸器10斷開后分別控制第一開關(guān)1和第二開關(guān)4閉合。
[0056] 之后進(jìn)行步驟S104，PLC控制器112檢測到第一開關(guān)1和第二開關(guān)4吸合(設(shè)置PLC軟元件實現(xiàn))后控制變頻電源3啟動工作，電機開始轉(zhuǎn)動，開啟溫升試驗。
[0057] 之后如圖2中步驟S105所示，溫升試驗進(jìn)行，工控機111基于停車條件判斷是否停止試驗，若滿足停車條件，則向PLC控制器112發(fā)送停機命令，PLC控制器112接收到停機命令后向變頻電源3發(fā)出
制動停車指令同時通知工控機停車命令已發(fā)出。
[0058] 之后如圖2中步驟S106所示，工控機111接收到該通后啟動計時并同時通過感溫單元7采集冷卻介質(zhì)的溫度并儲存，并將該溫度及相應(yīng)時間在上位機界面中顯示，該溫度在本申請中稱之為被試電機斷能時刻冷卻介質(zhì)的溫度。如圖2所示，與步驟S106同時進(jìn)行步驟S107，開始進(jìn)行電機轉(zhuǎn)速的判斷。
[0059] 需要說明的是，在步驟S105中，停車條件是與溫升試驗的類型相關(guān)的。舉例而言，溫升試驗的類型包長時溫升、小時溫升等。具體的，如溫升試驗的類型為小時溫升，則停車條件為溫升試驗進(jìn)行1小時后停車；如溫升試驗的類型為長時溫升，則基于當(dāng)前時刻前第一預(yù)定時長內(nèi)以第一預(yù)定時間間隔采集的被試電機表面溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，若其判斷溫升到達(dá)
指定閾值，則滿足停車條件。
[0060] 在本實施例中，工控機的試驗程序中基于內(nèi)置計時器實現(xiàn)小時溫升所對應(yīng)的停車條件的判斷。而對長時溫升所對應(yīng)的停車條件的判斷，則是在工控機的試驗程序中開放一段存儲區(qū)域，用于存儲當(dāng)前時刻前1小時內(nèi)每分鐘的被試電機表面溫度數(shù)據(jù)，當(dāng)試驗類型為長時溫升時，工控機基于該存儲區(qū)域內(nèi)的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，若判斷被試電機表面溫升達(dá)到預(yù)定閾值，則向PLC控制器發(fā)出停機命令。
[0061] 回到圖2繼續(xù)試驗流程的說明，PLC控制器112向變頻電源3發(fā)出制動停車指令后，變頻電源3吸收被試電機能量并消耗于內(nèi)置的制動電阻，以實現(xiàn)快速停車，可以理解的停車階段被試電機的轉(zhuǎn)速是逐漸降低的。
[0062] 步驟S107中，在停車階段，工控機111通過采集扭矩儀8檢測的被試電機的速度信號來判斷被試電機2是否完全停止。若電機轉(zhuǎn)速為0，則判斷電機已完全停止，向PLC控制器112發(fā)送電機停止通知。
[0063] 之后進(jìn)行步驟S108，PLC控制器112接收到電機停止通知，控制第一開關(guān)1和第二開關(guān)4斷開。
[0064] 之后進(jìn)行步驟S109，PLC控制器112檢測到第一開關(guān)1和第二開關(guān)4斷開后，控制真空接觸器10閉合。
[0065] 需要說明的是，本實施例中，PLC控制器112根據(jù)第一開關(guān)1和真空接觸器10的輔助觸點信號進(jìn)行互鎖控制，以使第一開關(guān)1和真空接觸器10不能同時閉合，保證試驗回路(驅(qū)動被試電機的主回路)與電阻測量回路(直流電阻測量儀-真空接觸器-電阻繞組的回路)的正確切換，避免外部器件對繞組電阻測量的影響。
[0066] 之后如圖2中步驟S110所示，PLC控制器112檢測到真空接觸器閉合后，通知工控機111采集電機繞組的電阻值。工控機111收到該通知后，向直流電阻測量儀9發(fā)送讀取直流電阻命令，控制直流電阻測量儀對被試電機繞組的電阻值進(jìn)行一次測量。進(jìn)而工控機111接收直流電阻測量儀9測量的直流電阻值并同時讀取計時器計時值，將該次測量的直流電阻值和對應(yīng)時間保存，并在上位機界面中顯示。
[0067] 之后如圖2中步驟S111所示，工控機111進(jìn)行測量間隔判斷。若判斷滿足第二預(yù)定時間間隔，則如步驟S112所示，再進(jìn)行一次如步驟S111中對被試電機繞組的電阻值進(jìn)行的測量，同樣保存及顯示測量的直流電阻值和對應(yīng)時間。
[0068] 并進(jìn)一步的如圖2中步驟S113所示，判斷從步驟S110開始到當(dāng)前的測量總時長是否大于第二預(yù)定時長，且基于當(dāng)前測量的直流電阻值和上一次測量的直流電阻值判斷測量值的變化率是否小于預(yù)定值，以判斷被試電機溫度變化是否平緩。舉例而言，第二預(yù)定時長為5分鐘。舉例而言，預(yù)定值為1％。當(dāng)前測量的直流電阻值和上一次測量的直流電阻值相等(變化率為0)，則判斷溫度變化平緩。
[0069] 如圖2所示，循環(huán)進(jìn)行步驟S111至S113進(jìn)行多次測量，將采集的直流電阻值和對應(yīng)時間記錄并顯示，直至溫度變化緩慢且測量總時長大于第二預(yù)定時長。
[0070] 之后如圖2中步驟S114所示，工控機根據(jù)記錄的根據(jù)各次的測量值和測量值所對應(yīng)的測量時間，采用半對數(shù)法計算被試電機斷能時刻的繞組電阻值，計算出的阻值在本發(fā)明中稱之為被試電機斷能時刻的繞組電阻。半對數(shù)法可見于現(xiàn)有公開文獻(xiàn)，這里就不在詳述了。
[0071] 最后如圖2中步驟S115所示，基于試驗中記錄及計算到的數(shù)據(jù)，工控機根據(jù)下述溫升公式自動計算電機繞組溫升并將其在上位機界面中顯示，
[0072]
[0073] 上式中：Δθ為被試電機繞組溫升，單位為開爾文(K)；R0為被試電機斷能時刻的繞組電阻，單位為毫歐(mΩ)；Rc為被試電機的實際冷態(tài)直流電阻，單位為毫歐(mΩ)；θ0被試電機斷能時刻冷卻介質(zhì)的溫度，單位為攝氏度(℃)；θc對應(yīng)實際冷態(tài)直流電阻測定時刻的繞組溫度，單位為攝氏度(℃)。
[0074] 至此，得到電機繞組溫升，一次溫升測試結(jié)束。
[0075] 此外需要說明的是，在上述實施例中，工控機通過電流電壓傳感器監(jiān)測兩電機在測試中電參數(shù)狀態(tài)并在上位機界面中顯示，以便于試驗人員對試驗
進(jìn)程的掌控。
[0076] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，上述方案中的一個或多個實施例可以具有如下優(yōu)點或有益效果：
[0077] 本發(fā)明中的自動測試系統(tǒng)，自動讀取溫升試驗前的冷卻介質(zhì)溫度和被試電機冷態(tài)直流電阻，試驗過程中該系統(tǒng)根據(jù)試驗開始前試驗人員給定的試驗類型自動判斷停車條件實現(xiàn)自動停車，相比現(xiàn)有技術(shù)可節(jié)約能源；在試驗完成后該系統(tǒng)自動完成電機熱態(tài)直流電阻及其時間的測量采集，根據(jù)測量結(jié)果自動計算溫升數(shù)據(jù)。由于整個試驗過程自動完成而無需試驗人員手動現(xiàn)場測量，不僅減少了干擾保證了測試結(jié)果的準(zhǔn)確性，還最大限度的保證了試驗人員的人身安全。
[0078] 以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉該技術(shù)的人員在本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
