用于电机负载杂散损耗测试的电源、测试系统及测试方法与流程

本发明涉及检测领域，特别地，涉及一种用于电机负载杂散损耗测试的电源、测试系统及测试方法。

背景技术：

目前，业内确定负载杂散耗的试验方法有：剩余损耗法、取出转子试验和反转试验法、推荐值法、绕组星接不对称电压空载试验法(Eh-star法)。

以欧洲为代表的发达国家提出了一种名为Eh-star法的电机负载杂散耗的测试方法，并被IEC采纳为国际标准，被GBT1032-2012《三相异步电动机试验方法》采纳为国家标准。

Eh-star法的原理为：待测电机的定子三相中的任意一相通过电阻R接入标准交流电源，测试回路中设置电参数测量环节，通过不同试验工况下的电参数值推算出待测电机负载杂散耗。

试验前，根据不同待测电机的特性选择相应的电阻R参考值。同时将待测电机连接为星型，并将星接中点断开以避免零序电流。试验进行时，标准交流电源经过电阻R后，输出三相不平衡电压，待测电机不带负载，以三相不平衡电压供电运行。通过不断调整电阻R使正序电流维持在负序电流的30％以下，同时保证待测电机实际转速尽量接近电动机额定转速。

Eh-star法需要的可调辅助电阻R要求具备高精密、低温飘、重复性好等特性。然而，由于辅助电阻R的存在导致Eh-star法存在下列问题：电阻值选取困难，且在试验过程中电阻发热会导致阻值变化，从而导致试验结果产生一定误差；电阻的发热同时会产生较大的能耗；为了输出三相不平衡电压，试验过程中需要进行电阻投切，投切过程操作困难，导致电机试验过程复杂；由于高压电机难以选取相应的电阻，因此该方案一般只适用于1kW～150kW的小型低压电机。

因此，现有的负载杂散损耗的试验方法中出现的测试精度差、测试过程繁琐，且检测的范围窄，是一件亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明提供了一种用于电机负载杂散损耗测试的电源、测试系统及测试方法，以解决现有的负载杂散损耗的试验方法中出现的测试精度差、测试过程繁琐，且检测的范围窄的技术问题。

本发明采用的技术方案如下：

本发明提供一种用于电机负载杂散损耗测试的电源，包括整流器、可控逆变装置和变压器，其中，整流器，与可控逆变装置相连，用于将外接交流电整流成直流电并将直流电提供给可控逆变装置；可控逆变装置，与整流器相连，用于将整流器提供的直流电转变为频率和电压可调的变频电源以输出三相平衡电压，或在变频电源中加入负序分量以调制和输出幅值和相位可调的三相不平衡电压；变压器，连接在可控逆变装置和待测电机之间，用于将可控逆变装置20输出的三相平衡电压或三相不平衡电压转变成匹配待测电机的电压等级的匹配电压。

进一步地，可控逆变装置包括逆变器和逆变控制装置，

逆变器为可加入负序调制的可控逆变器，与整流器相连，用于将整流器提供的直流电转变为频率和电压可调的三相平衡电压；

逆变控制装置，与逆变器相连，用于根据待测电机对试验电压和试验电流的要求控制逆变器将转变成的三相平衡电压输出给变压器或控制逆变器将转变成的三相平衡电压中加入负序分量以调制出幅值和相位可无极调节的三相不平衡电压给变压器。

进一步地，逆变器为双源调制逆变器，包括基准调制单元和负序分量调制单元，

基准调制单元，用于输出以三相平衡电压为基准的正序分量调制源；

负序分量调制单元，用于输出与正序分量调制源相序相反的负序分量调制源。

进一步地，逆变控制装置包括：

第一控制单元，用于在待测电机正常供电启动时，控制基准调制单元输出正序分量调制源以使逆变器输出三相平衡电压；

第二控制单元，用于当待测电机达到额定电压频率后，控制负序分量调制单元将输出的负序分量调制源叠加在正序分量调制源上以使逆变器输出三相不平衡电压。

进一步地，用于电机负载杂散损耗测试的电源，变压器为试验电压匹配变压器。

进一步地，用于电机负载杂散损耗测试的电源，还包括滤波器，滤波器连接在可控逆变装置和变压器之间，用于将可控逆变装置输出的三相平衡电压或三相不平衡电压中的谐波进行滤除。

进一步地，逆变器采用全控型电压驱动式功率半导体器件，。

本发明还提供一种用于电机负载杂散损耗测试的测试系统，包括用于电机负载杂散损耗测试的电源、电参数检测传感器、测试采集装置和计算机，其中，

电参数检测传感器，用于检测待测电机的电流电压参数；

测试采集装置，与电参数检测传感器相连，用于采集电参数检测传感器检测的待测电机的电流电压参数；

计算机，与测试采集装置相连，用于根据测试采集装置检测的待测电机的电流电压参数，获取待测电机的负载杂散损耗测试数据。

进一步地，计算机还包括记录分析单元，记录分析单元与逆变控制装置相连，用于根据测试采集装置采集到的电参数来调节逆变控制装置，当测试采集装置采集到的待测电机的电参数符合待测电机的测试要求时，记录待测电机的负载杂散损耗测试数据。

进一步地，计算机还包括监控系统，监控系统用于识别到待测电机在运转期间，若测试采集装置采集到待测电机的电流电压参数后，则切断电源开关。

根据本发明的另一方面，还提供了一种用于电机负载杂散损耗测试的测试方法，应用于测试系统中，用于电机负载杂散损耗测试的测试方法，包括步骤：

电参数检测传感器检测待测电机的电参数，电参数包括电量参数如电流电压运行参数；

逆变控制装置根据电参数检测传感器检测到的电量参数，确定检测到的待测电机的电量参数是否满足待测电机对试验电压和试验电流的要求，以控制逆变器将转变成的三相平衡电压输出给变压器或是将转变成的三相平衡电压中加入负序分量以调制出幅值和相位可无极调节的三相不平衡电压传递到变压器后以给待测电机供电；

测试采集装置采集电参数检测传感器检测到的电流电压运行参数；

计算机对测试采集装置检测到的待测电机的电流电压参数进行分析计算，获取待测电机的负载杂散损耗测试数据。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的用于电机负载杂散损耗测试的电源、测试系统及测试方法，采用整流器、可控逆变装置和变压器三者的配合，可输出高压电源，从而满足高压电机测试的需求，也可适应于不同功率段的高压和低压电机试验；相较于Eh-star法，不需要辅助电阻，回避了电阻发热而引起的阻值改变等不可控因素，精确度更高；通过在可控逆变装置加入负序分量调制出三相不平衡电源，不需要配置外接电阻以及电阻投切线路设备，投入成本低；不需要进行电阻的选取和电阻投切等难度大的操作，试验简单，更容易掌握。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明用于电机负载杂散损耗测试的电源第一实施例的功能模块框图；

图2是本发明用于电机负载杂散损耗测试的电源第二实施例的功能模块框图；

图3是图2中所述逆变器的功能模块示意图；

图4是本发明单独的正序分量调制源产生的圆形电动势；

图5是本发明单独的正序分量调制源产生的三相输出电压；

图6是本发明加入负序分量后产生的椭圆形电动势；

图7是本发明加入负序分量后产生的三相输出电压；

图8是图2中所述逆变控制装置的功能模块示意图；

图9是本发明用于电机负载杂散损耗测试的电源第三实施例的功能模块框图；

图10是本发明用于电机负载杂散损耗测试的测试系统优选实施例的电路模块框图；

图11是本发明用于电机负载杂散损耗测试的测试系统优选实施例的功能模块框图；

图12是本发明用于电机负载杂散损耗测试的测试方法优选实施例的流程示意图。

附图标号说明：

10、整流器；20、可控逆变装置；30、变压器；21、逆变器；22、逆变控制装置；211、基准调制单元；212、负序分量调制单元；221、第一控制单元；222、第二控制单元；40、滤波器；50、电参数检测传感器；60、测试采集装置；70、计算机。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

参照图1，本发明的优选实施例提供了一种用于电机负载杂散损耗测试的电源，包括整流器10、可控逆变装置20和变压器30，其中，整流器10，与可控逆变装置20相连，用于将外接交流电整流成直流电并将直流电提供给可控逆变装置20；可控逆变装置20，与整流器10相连，用于将整流器10提供的直流电转变为频率和电压可调的变频电源以输出三相平衡电压，或在变频电源中加入负序分量以调制出幅值和相位可调的三相不平衡电压；变压器30，连接在可控逆变装置20和待测电机之间，用于将可控逆变装置20输出的三相平衡电压或三相不平衡电压转变成匹配待测电机的电压等级的匹配电压。其中，整流器10可以为三相桥式整流电路；逆变器21采用全控型电压驱动式功率半导体器件，变压器30为试验电压匹配变压器。

本实施例提供的用于电机负载杂散损耗测试的电源，采用整流器、可控逆变装置和变压器三者的配合，可输出高压电源，从而满足高压电机测试的需求，也可适应于不同功率段的高压和低压电机试验；相较于Eh-star法，不需要辅助电阻，从而回避了电阻发热而引起的阻值改变等不可控因素，精确度更高；通过在可控逆变装置加入负序分量调制出三相不平衡电源，不需要配置外接电阻以及电阻投切线路等设备，投入成本低；不需要进行电阻的选取、电阻投切等难度大的操作，试验简单，更容易掌握。

优选地，如图2所示，本实施例提供的用于电机负载杂散损耗测试的电源，可控逆变装置20包括逆变器21和逆变控制装置22，其中，逆变器21为可加入负序调制的可控逆变器，与整流器10相连，用于将整流器10提供的直流电转变为频率和电压可调的三相平衡电压；逆变控制装置22，与逆变器21相连，用于根据待测电机对试验电压和试验电流的要求控制逆变器21将转变成的三相平衡电压输出给变压器30或控制逆变器21将转变成的三相平衡电压中加入负序分量以调制出幅值和相位可无极调节的三相不平衡电压给变压器30。本实施例提供的用于电机负载杂散损耗测试的电源，逆变控制装置22根据待测电机对试验电压和试验电流的要求控制逆变器21将转变成的三相平衡电压输出给变压器30或控制逆变器21将转变成的三相平衡电压中加入负序分量以调制出幅值和相位可无极调节的三相不平衡电压给变压器30，从而不需要额外配置电阻以及电阻投切电路等设备，投入成本低。

优选地，如图3所示，本实施例提供的用于电机负载杂散损耗测试的电源，逆变器21为双源调制逆变器，包括基准调制单元211和负序分量调制单元212，其中，基准调制单元211，用于输出以三相平衡电压为基准的正序分量调制源；负序分量调制单元212，用于输出与正序分量调制源相序相反的负序分量调制源。

基准调制单元211输出的正序分量调制源分别为：

U_a1＝U₁*k_a1*sin(2πf₁t) (1)

$U_{b1}=U_1*k_{b1}*sin(2{\mathrm{\πf}}_{1}t+\frac{2}{3}\mathrm{\π})---\left(2\right)$

$U_{c1}=U_1*k_{c1}*sin(2{\mathrm{\πf}}_{1}t-\frac{2}{3}\mathrm{\π})---\left(3\right)$

公式(1)、(2)和(3)中，Ua1、Ub1、Uc1为逆变器的基准调制单元211输出的基准调制源；f1为电源频率；φ11、φ12为初始相位；Ka1、Kb1、Kc1为副值比例，用于调节不对称分量，逆变器21以公式(1)、(2)和(3)中的三相平衡电压为基准供电时，待测电机的理想磁通为基准圆磁通。逆变器21用不同的开关模式所产生的实际磁通去逼近基准圆磁通，并由比较的结果决定逆变器的开关状态，形成输出波形，经过变压器30的电压匹配后输出三相平衡电压以供待测电机试验使用。单独的正序分量调制源的输出波形如附图4和附图5所示。

用于电机负载杂散损耗测试的电源通过对底层驱动和保护的同时，利用双源调制方式，在基准调制单元211输出的基准调制源(Ua1、Ub1、Uc1)的基础上，负序分量调制单元212输出负序分量调制源(Ua2、Ub2、Uc2)，负序分量调制单元212输出的负序分量调制源为：

U_a2＝U₂*k_a2*sin(2πf₂t) (4)

式中，Ua2、Ub2、Uc2为加入的负序分量，相序与基准调制源相序相反，即为负序分量与基准源的的相位差；k_a2、k_b2、k_c2为负序分量的幅值比列。

通过主控系统对参数k_a1、k_b1、k_c1、k_a2、k_b2、k_c2、进行干预。如使得k_a1＝1,k_b1＝1,k_c1＝1，而使得k_a2＝0,k_b2＝0,k_c2＝0，则相当于单调制源的普通电源，可以进行待测电机的其他常规实验，当以上参数不为0时，对主控参数进行适当的调节，可在正序分量中叠加幅值和相位角可无级调节的负序分量，以叠加后的椭圆磁通作为基准控制使得逆变器21产生幅值和相角可无极调节的不平衡交流电源，加入负序分量后的输出波形如图6以及图7所示。

试验过程中，待测电机在不注入负序分量的基础上正常供电启动，达到额定电压频率后，调节负序分量调制源输出三相不平衡电源，使正序电流维持在负序电流的30％以下，同时输出频率不变维持待测电机转速接近额定转速。

试验从大电流值开始，逐步降低，在1.5～0.5倍额定电流范围内，至少测取10点读数，每个试验点的不平衡相正序电压、负序电压，正序电流和负序电流均可在高精度的功率分析仪中读取。

根据不平衡相正序电压、负序电压，正序电流和负序电流，求取每个试验点的三相功率，进而对不同试验点负载损耗数据进行描点，利用计算机测控软件，采用线性回归分析作平滑处理，从而得出精确度较高的电机负载杂散耗试验结果。

优选地，如图8所示，本实施例提供的用于电机负载杂散损耗测试的电源，逆变控制装置22包括第一控制单元221，用于在待测电机正常供电启动时，控制基准调制单元211输出正序分量调制源以使逆变器21输出三相平衡电压；第二控制单元222，用于当待测电机达到额定电压频率后，控制负序分量调制单元212将输出的负序分量调制源叠加在正序分量调制源上以使逆变器21输出三相不平衡电压。本实施例提供的用于电机负载杂散损耗测试的电源，逆变控制装置22的第二控制单元222用于检测到待测电机达到额定电压频率后，控制负序分量调制单元212将输出的负序分量调制源叠加在正序分量调制源上以使逆变器21输出三相不平衡电压，从而不需要额外配置电阻以及电阻投切电路设备，投入成本低。

优选地，如图9所示，本实施例提供的用于电机负载杂散损耗测试的电源，还包括滤波器40，滤波器40连接在可控逆变装置20和变压器30之间，用于将可控逆变装置20输出的三相平衡电压或三相不平衡电压中的谐波进行滤除。其中，滤波器40为LRC滤波电路。

本发明还提供一种用于电机负载杂散损耗测试的测试系统，如图10和图11所示，包括上述用于电机负载杂散损耗测试的电源、电参数检测传感器50、测试采集装置60和计算机70，其中，电参数检测传感器50，用于检测待测电机的电流电压参数，该待测电机的电流电压参数包括不平衡相正序电压、负序电压，正序电流和负序电流；测试采集装置60，与电参数检测传感器50相连，用于采集电参数检测传感器50检测的待测电机的电参数；计算机70，与测试采集装置60相连，用于根据测试采集装置60检测的待测电机的电参数，计算出待测电机的负载杂散损耗指标。其中，电参数包括电量参数如电流电压等运行参数，电量参数为输入待测电机的电流和电压的供电参数；电流电压运行参数为待测电机运转时的电流和电压的运行参数。电参数检测传感器50可采用电流传感器和电压传感器。

本实施例提供的用于电机负载杂散损耗测试的测试系统，是对绕组星接不对称电压空载试验法(Eh-star法)的改进，能以更为简单的测试实现Eh-star的测试效果，从而有效的测试电机负载杂散损耗。该测试系统与Eh-star相比，适用性更广、经济成本更低、操作更简单。

优选地，参见图10和图11，本实施例提出的用于电机负载杂散损耗测试的测试系统，计算机70包括记录分析单元，记录分析单元与逆变控制装置22相连，用于根据测试采集装置60采集到的待测电机的供电参数调节逆变控制装置22，当测试采集装置60采集到的待测电机的供电参数符合待测电机的测试要求时，记录待测电机的负载杂散损耗测试数据。另外，计算机70还包括监控系统，监控系统用于识别到待测电机在运转期间，若测试采集装置60采集到待测电机的电流电压参数后，切断电源开关，从而节省电能，经济成本更低。

如图12所示，本实施例还提供了一种用于电机负载杂散损耗测试的测试方法，应用于上述的测试系统中，该用于电机负载杂散损耗测试的测试方法，包括步骤：

步骤S100、电参数检测传感器检测待测电机的电参数。

电参数检测装置通过与之相连的电流传感器和电压传感器获取待测电机的电参数，该电参数包括电量参数和电流电压等运行参数，电量参数为输入待测电机的电流和电压的供电参数；电流电压运行参数为待测电机运转时的电流和电压的运行参数。

步骤S200、逆变控制装置根据电参数检测传感器检测到的电量参数，确定检测到的待测电机的电量参数是否满足待测电机对试验电压和试验电流的要求，以控制逆变器将转变成的三相平衡电压输出给变压器或是将转变成的三相平衡电压中加入负序分量以调制出幅值和相位可无极调节的三相不平衡电压传递到变压器后以给待测电机供电。

逆变控制装置根据电参数检测装置获取的待测电机的供电参数，确定获取的待测电机的供电参数是否满足待测电机对试验电压和试验电流的要求，若是，则控制逆变器将转变成的三相平衡电压输出给变压器或是将转变成的三相平衡电压中加入负序分量以调制出幅值和相位可无极调节的三相不平衡电压传递到变压器后以给待测电机供电。

步骤S300、测试采集装置采集电参数检测传感器检测到的电流电压运行参数。

测试采集装置采集电参数检测传感器检测到的待测电机的电流电压运行参数，该待测电机的电流电压运行参数包括不平衡相正序电压、负序电压，正序电流和负序电流。

步骤S400、计算机对测试采集装置检测到的待测电机的电流电压参数进行分析计算，获取待测电机的负载杂散损耗测试数据。

计算机根据测试采集装置检测到的不平衡相正序电压、负序电压，正序电流和负序电流，求取每个试验点的三相功率，进而对不同试验点负载损耗数据进行描点，利用计算机测控软件，采用线性回归分析作平滑处理，从而得出精确度较高的电机负载杂散耗试验结果。

本实施例提供的用于电机负载杂散损耗测试的测试方法，是对绕组星接不对称电压空载试验法(Eh-star法)的改进，能以更为简单的测试方法实现Eh-star法的测试效果，从而有效的测试电机负载杂散损耗，该测试方法与Eh-star法相比，适用性更广、经济成本更低、且操作更简单。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。