一种基于wsn的电机能效监测方法
【专利摘要】本发明提供了一种基于WSN的电机能效监测方法，包括：S1)确定电机输入信息参数，根据该类参数在电机上安装相应的无线传感器；S2)将无线传感器组成无线传感器网络，并与上位机无线连接；S3)开启电机，采集无线传感器的数据；S4)对电机的输入、输出参数进行在线计算；S5)对电机的能效情况进行评估。该方法可对电机进行非侵入式能效监测，监测数据通过WSN上传至数据处理单元，并对能效数据进行分析、评估，在线分析电机运行能效状况。
【专利说明】—种基于WSN的电机能效监测方法
【技术领域】
[0001]本发明属于能效监测领域,具体涉及一种基于WSN(Wireless Sensor Networks,无线传感器网络)的电机能效监测方法。
【背景技术】
[0002]现今，环境和能源已成为制约人类社会进一步发展的瓶颈，实施节能减排战略是我国实现可持续发展的重要举措。电机是工业设备最主要的动力源，在工业生产中发挥着重要作用，但它也是工业生产中最主要耗能设备。据统计，电机用电量约占我国用电量的60%，其中风机、泵类、压缩机和空调制冷机的用电量分别占全国用电量的10.4%、20.9%、9.4%和6%。我国80%以上的电工产品效率比国外先进水平低2% -5%，风机、泵、压缩机产品效率比国外先进水平低2% -4%。
[0003]我国电机系统在使用过程中主要存在问题是:(I)电动机效率低，电动机等设备陈旧落后；(2)系统匹配不合理，“大马拉小车”现象严重，设备长期低负荷运行；(3)系统调节方式落后等。为解决这些问题，提高我国使用电机效率，必须建立科学的电机运行效能评价体系，大力推广高效节能电机和变频调速技术，对现有电机系统进行节能改造；同时加强电机运行信息监测和管理，而这些都依赖于对电机运行有效的监测方法和手段。
[0004]同时，WSN是无线Ad-Hoc(自组织对等式多跳移动通信网络)网络的一个重要研究分支，是随着MEMS (微机电系统)、传感技术、无线通讯和数字电子技术的迅速发展而出现的一种新的信息获取和处理模式。它是由随机分布的传感器、数据处理单元和通信模块的微小节点通过自组织的方式构成的网络，WSN具有造价低、规模大、分布式模式、无需布线、节约成本、面向具体应用、配置灵活、工作频段无需申请和付费、支持硬件加密等特点，现在已经在很多领域进行了成功的应用，比如军事应用、工业监测、数据采集等。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是:提供一种基于WSN的电机能效监测方法，该方法可对电机进行非侵入式能效监测，监测数据通过WSN上传至数据处理单元，并对能效数据进行分析、评估，在线分析电机运行能效状况。
[0006]本发明所采用的技术方案是:一种基于WSN的电机能效监测方法，包括:
[0007]SI)确定电机输入信息参数，根据该类参数在电机上安装相应的无线传感器；
[0008]S2)将无线传感器组成无线传感器网络，并与上位机无线连接；
[0009]S3)开启电机，采集无线传感器的数据；
[0010]S4)对电机的输入、输出参数进行在线计算；
[0011]S5)对电机的能效情况进行评估。
[0012]所述的方法，步骤SI中，电机上安装的无线传感器包括电压、电流、霍尔和频率传感器。
[0013]所述的方法，步骤S2中，无线传感器的数据采集模块通过串行通信接口与数据处理模块相连，无线传感器再通过IEEE802.15.4与ZigBee协议与汇聚节点设备和网关设备组成无线传感器网络；上位机包括依次相连的数据处理单元、无线数据接收单元，网关设备与无线数据接收单元进行无线连接。
[0014]所述的方法，步骤S4所计算的参数包括输入功率、转子转速、输出转矩、输出功率和效率。
[0015]所述的方法，输入功率的计算方法包括:
[0016]根据下式计算输入功率P:
【权利要求】
1.一种基于WSN的电机能效监测方法,其特征在于包括: 51)确定电机输入信息参数，根据该类参数在电机上安装相应的无线传感器； 52)将无线传感器组成无线传感器网络，并与上位机无线连接； 53)开启电机，采集无线传感器的数据； 54)对电机的输入、输出参数进行在线计算； 55)对电机的能效情况进行评估。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于:步骤SI中，电机上安装的无线传感器包括电压、电流、霍尔和频率传感器。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于:步骤S2中，无线传感器的数据采集模块通过串行通信接口与数据处理模块相连，无线传感器再通过IEEE802.15.4与ZigBee协议与汇聚节点设备和网关设备组成无线传感器网络；上位机包括依次相连的数据处理单元、无线数据接收单元，网关设备与无线数据接收单元进行无线连接。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于:步骤S4所计算的参数包括输入功率、转子转速、输出转矩、输出功率和效率。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，输入功率的计算方法包括: 根据下式计算输入功率P:
其中，η为采样个数，u为线电压，i为相电流，下标A、B、C分别表示电机的三个相电路。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，转子转速的计算方法包括: 根据下式计算转子转速N:
其中，Zr为转子齿槽数，fsh为转子齿槽谐波频率，f0为基波频率。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，输出转矩的计算方法包括: 根据下式(I)计算气隙转矩T1:
式中，P为电机极对数，iA、iB、i。为线电流，R为线间电阻，t为时间，g为重力加速度； 然后根据下式(2)计算输出转矩T:
式中，PFe为电机的机械损耗，Ps为电机的杂散损耗。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，输出功率和效率的计算方法包括: 按下式⑶计算输出功率Pm:
再按下式(4)计算效率Π:
9.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤S5的能效评估方法包括:绘制效率-转子转速、输出转矩-转子转速、输入功率-转子转速、输出功率-转子转速、输出转矩-输出功率、效率-输出功率的曲线，根据这些曲线确定能效最优点。
【文档编号】G01R31/34GK104076281SQ201410254833
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年6月10日 优先权日:2014年6月10日
【发明者】肖楚鹏, 邱泽晶, 丁胜, 彭旭东, 向洁, 郑鑫, 王振宇, 陈小飞, 黄静, 饶尧, 冯伦 申请人:南瑞（武汉）电气设备与工程能效测评中心, 国网电力科学研究院, 国家电网公司