一种三相异步电动机在线带载测试装置及测试方法
【技术领域】：
[0001] 本发明是针对三相异步电动机在线拖动负载系统中，需要对所带负载的效率进行 测试和三相异步电动机工作特性在线测试的装置及一种测试的方法。
【背景技术】：
[0002] 在传统的三相异步电动机拖动系统的测试过程中，首先对三相异步电动机的工作 特性进行测试，特别是将三相异步电动机的效率作为已知条件，再进行拖动系统的输入功 率和所带负载的输出功率的测试，最后计算出被测负载的效率。例如：水栗的效率测试、油 栗的效率测试、风机和粉碎机效率的测试。常用的三相异步电动机效率测试方法有：电动 机的空载及负载（短路）试验、加装测功机测试、加装转矩-转速测试仪测试。在对三相异 步电动机所带负载的效率测试时，将三相异步电动机与被测负载拆卸，首先对三相异步电 动机的效率进行测试，作为已知条件；再进行拖动系统的三相异步电动机的输入功率与所 带负载的输出功率的测试，计算出系统总的效率，从已知的三相异步电动机的效率求出被 测负载的效率。由于同型号、同批次的三相异步电动机工作特性有所不同，效率也存在着差 异。
[0003] 本发明就是对带负载的三相异步电动机运行的工作特性、特别是针对三相异步电 动机拖动负载的效率进行测试时，设计的一种在线带载的测试装置和测试方法。在测试时 不必先将三相异步电动机拆卸，可直接进行在线带载测试，直接求出三相异步电动机所带 负载的效率，同时也可求出三相异步电动机的工作特性。
【发明内容】
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[0004] 鉴于以上分析，本发明的目的是提供一种三相异步电动机在线带载测试装置和测 试方法。
[0005] 本发明设计了一种三相异步电动机在线带载测试的装置，被测负载的输出功率已 知时，可直接求出三相异步电动机所带负载的效率。
[0006] 本发明提供一种新的测试方法，不必将三相异步电动机与被测负载拆卸后进行测 试。
[0007] 本发明符合国家对三相异步电动机测试的规定要求。
[0008] 本发明提供的一种三相异步电动机在线带载测试系统包括：电源（1)、测试装置 (2)、被测三相异步电动机（3)、被测负载（4)、负载输出功率（5)、上位机（6)，如图1所示。
[0009] 本发明涉及的测试装置（2)包括：电压互感器模块（a)、电流互感器模块（b)、A/D 转换模块（c)、速度检测模块（d)、CPU模（e)、显示模块LED/LCD(f)、直流电源模块（g)、串 口模块（h)、键盘模块（i)组成，测试装置结构框图如图2所示。
[0010] 本发明涉及的测试方法及其所采取的技术方案如下：
[0011] 进一步地，本方法以三相异步电动机测试圆图为测试依据；
[0012] 进一步地，本方法在三相异步电动机的额定电压、额定频率下进行测试；
[0013] 进一步地，本方法首先对二相异步电动机的二相直流电阻进彳丁测试，取二相电阻 的平均值，作为已知数据；
[0014] 进一步地，本方法对三相异步电动机带载运行时的相电压U、相电流I及转速η进 行3次测试，作为已知数据；
[0015] 进一步地，本方法根据所测数据建立三相异步电动机的圆图数学模型；
[0016] 根据本发明的另一方面，根据圆图如图3所示，求出三相异步电动机轴上输出功 率P2，即线段Bf的大小，计算出轴上输出转矩T2，见式①所示。
【附图说明】：
[0018] 图1为本发明设计的三相异步电动机在线带载测试系统框图。
[0019] 图2为本发明设计的三相异步电动机在线带载测试装置结构框图。
[0020] 图3为本发明设计的被试三相异步电动机的圆图。
[0021] 图4为本发明设计的测试流程示意图。
【具体实施方式】：
[0022] 为了更清楚地描述本发明的技术方案，以下结合附图和具体实施例对本发明进行 详细的说明。
[0023] 三相异步电动机在线带载测试系统如图1所示：电源（1)、测试装置（2)、被测三相 异步电动机（3)、被测负载（4)、负载输出功率（5)、上位机（6);电源（1)连接测试装置（2)， 测试装置（2)连接三相异步电动机（3)，被测负载（4)与三相异步电动机同轴连接，负载输 出功率（5)连接被测负载（4)，上位机（6)连接测试装置⑵；电源⑴是三相对称电源，电 压、频率与被测三相异步电动机铭牌数据一致，在测试过程中，电压、频率保持不变。
[0024] 测试装置⑵包括：电压互感器模块（a)、电流互感器模块（b)、A/D转换模块（c)、 速度检测模块（d)、CPU模块（e)、显示模块LED/LCD (f)、直流电源模块（g)、串口模块（h)、 键盘模块（i)组成，测试装置结构如图2所示：
[0025] (1)电压互感器（a)接入三相电路中，测试U相、V相、W相的电压值；
[0026] (2)电流互感器（b)接入三相电路中，测试U相、V相、W相的电流值；
[0027] (3)A/D转换模块（c)进行电压、电流模拟信号至数字信号的转换；电压互感器 (a)、电流互感器（b)的输出进入A/D转换模块（c)，A/D转换模块的输出接入CPU (e);
[0028] (4)速度检测模块（d)由数字编码器和输出整形电路组成，输出接入CPU(e);
[0029] (5) CPU模块（e)可由16位或32位嵌入式智能模块构成；
[0030] (6)显示模块（f)可由LED或LCD构成，由CPU (e)控制；
[0031] (7)直流电源模块（g)所供给的直流电源与测试装置需求的电源一致；
[0032] (8)串口模块（h)采用232/485通信模式，输入接CPU (e)的串行接口，输出与上位 机⑶连接。
[0033] 建立三相异步电动机圆图的方法，如图3所示：
[0034] 静态对三相异步电动机三相直流电阻的进行测试，取三相平均值，作为三相异步 电动机定子绕组一相直流电阻r1;
[0035] 进一步地，将三相异步电动机在额定电压、额定频率下带负载运行，在3种不同大 小的负载状态下，测试对应的有效电流值I1U2U3、相电压与相电流之间相位角Φρ Φ2、Φ3及对应的三个转速Ii1、η2、η3 (换算出电动机的转差率Sk S2、S3)及对应的三相异步电动机的 输入功率P1，作为已知数据；
[0036] 进一步地，通过已知的电流和相位角的大小，确定3个相对应的相电流相量顶点 的座标点xl、x2、x3。以电流相量顶点xl、x2、x3三点为已知点，确定一个圆心点N ;
[0037] 进一步地，以N为圆心，线段Nx3为半径画圆；圆周的轨迹就是三相异步电动机定 子电流相量的轨迹；圆的直径为〇 z D，0(Κ就是三相异步电动机空载实验时的空载电流的 大小；
[0038] 进一步地，根据三相异步电动机的圆图，就能确定了三相异步电动机铁心损耗的 大小hg ;
[0039] 进一步地，线段bh乘以功率比例系数代表三相异步电动机的定子铜损耗的大小， 由定子电流I1与定子绕组被测直流电阻r i求出，即
[0041] 分别用3次测试的电流确定定子绕组的铜损耗的大小，作出转差率S = 土 m的线 段，即O7C/;
[0042] 进一步地，计算转子绕组的铜损耗，确定转差率S = 1的线段。将输入功率与定子 铜损耗和铁损耗的差与转差率S相乘就可得出转子铜损耗，再除以功率比例系数，可得到 转子铜损耗比例大小ab，即
[0043] pCU2 - (P「（pcm+pFE)) X S ③
[0044] 式中：ρευι、ρευ2为定、转子绕组的铜损耗；P 电动机的输入功率；p FE为电动机的 铁心损耗；S为电动机的转差率；
[0045] 进一步地，连接0,a并延长至圆周A点，就是三相异步电动机短路（堵转）实验的 电流工作点；连接0A，交于虚线于f，线段af大小即表示机械损耗和附加损耗的值，这样就 可确定三相异步电动机的机械损耗和附加损耗，线段fB的大小就是三相异步电动机轴上 的输出功率P2;
[0046] 进一步地，三相异步电动机的效率计算可用式④计算，即
[0048] 以上述圆图为已知条件，进行三相异步电动机数学模型的建立，用逼近法找出定 子电流为额定电流时的对应点，作垂线交圆的直径，就是被测三相异步电动机的额定时的 功率及对应的功率数据，绘出异步电动机的效率特性，进一步地绘出被测三相异步电动机 的工作特性。
[0049] 图4所示是为本发明设计的系统测试流程示意图，包括如下步骤：
[0050] (1)静态测试三相异步电动机定子绕组的直流电阻，取三相电阻的平均值；
[0051] (2)输入三相异步电动机的铭牌数据，包括：额定功率、额定电压、额定电流、额定 转速、额定效率；
[0052] (3)在不拆卸被测负载的情况下，