电机最优绕线速度的测试方法、变频电机及电器与流程

1.本发明涉及变频电机，特别是一种电机最优绕线速度的测试方法、变频电机及电器。


背景技术：

2.变频电机因其节能、能效高、使用方便等优点而在交流变速、军工、新能源主驱电机等领域有着广泛的应用前景。由于为变频电机供电的电源具有极高频率、电压变化速度快、极陡上升沿等特性，这些特性会在其表面和内部导线间产生不均匀电场，破坏绝缘漆膜直至裂解，因此，多数变频电机采用耐电晕漆包线来解决上述问题。
3.国标(gb/t 4074.21-2018)及客户通常用耐电晕时间表征漆包线耐电晕性能的好坏。目前，我司生产的耐电晕漆包线的耐电晕时间远高于客户使用要求，但是，在漆包线绕线过程中，绕线速度快慢对变频电机的生产效率及耐电晕性能有重要影响。绕线速度快，生产效率高，但是耐电晕漆包线在高速绕线状态下，漆包线会拉细，漆膜厚度变薄，耐电晕性能降低。绕线速度低，漆包线拉细现象不严重，漆膜厚度变化不大，耐电晕性能好，但是生产效率低。
4.因此，如何设计一种电机最优绕线速度的测试方法、变频电机及电器，是业界亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

5.针对现有技术中，绕线速度与耐电晕性能无法兼顾的问题，本发明提出了一种电机最优绕线速度的测试方法、变频电机及电器。
6.本发明的技术方案为，提出了一种电机最优绕线速度的测试方法，包括：
7.检测电机不同工况下的工作参数，所述工作参数包括耐电晕参数与拉伸率；
8.选定电机的寿命曲线方程，并根据所述工作参数确定所述寿命曲线方程的系数；
9.将设定的耐电晕参数代入所述寿命曲线方程得出所述电机的最优拉伸率；
10.根据所述最优拉伸率控制电机运行在所述最优绕线速度。
11.进一步，检测电机不同工况下的工作参数，包括：
12.使电机运行在不同工况；
13.对所述电机进行多次测量，获取每个工况下的多组运行参数；
14.根据预设选取方式从所述运行参数中选取每个工况下的工作参数。
15.进一步，根据预设选取方式从所述运行参数中选取每个工况下的工作参数，包括：
16.将所述运行参数由小到大依次排列；
17.取第三个运行参数作为所述工作参数。
18.进一步，选定电机的寿命曲线方程，包括：
19.利用minitab统计拟合回归模型，并通过残差四合一图、残差与拟合值图得出最优拟合曲线形式，所述最优拟合曲线形式对应的方程为所述寿命曲线方程。
20.进一步，所述耐电晕参数为耐电晕时间，所述寿命曲线方程为：
21.t＝ae
bs
22.其中，a、b为常数、t为耐电晕时间、s为绕线的拉伸率。
23.进一步，根据所述工作参数确定所述寿命曲线方程的系数，包括：
24.对所述寿命曲线方程进行整合，其整合方式为对所述寿命曲线方程两边同时取e为底的对数；
25.将所述工作参数带入整合后的寿命曲线方程，并利用minitab、origin对工作参数进行拟合分析；
26.根据拟合分析结果计算得出a、b的值，所述a、b的值即为所述寿命曲线方程的系数。
27.进一步，所述整合方式还包括：对所述寿命曲线方程两边取任意正整数为底的对数。
28.进一步，将设定的耐电晕参数代入所述寿命曲线方程得出所述电机的最优拉伸率，包括：
29.选定耐电晕时间的最小阈值，求解所述寿命曲线方程中耐电晕时间位于最小阈值时的拉伸率为所述最优拉伸率。
30.进一步，根据所述最优拉伸率控制电机运行在所述最优绕线速度，包括：
31.测量耐电晕漆包线位于最优拉伸率下的最优外径；
32.调节所述电机的绕线速度，使电机绕线后的外径等于所述最优外径，确定所述最优绕线速度为外径等于最优外径下的绕线速度；
33.控制所述电机运行于所述最优绕线速度。
34.进一步，在确定所述最优拉伸率之前，还需要确定所述系数的准确性是否满足要求，其包括：
35.根据确定系数后的寿命曲线方程，获取多组拟合工作参数；
36.将所述拟合工作参数与所述工作参数比较，当所述拟合工作参数与所述工作参数的差指满足预设差指时，所述系数的准确性满足要求。
37.本发明还提出了一种变频电机，所述变频电机采用上述测试方法。
38.本发明还提出了一种电器，所述电器采用上述测试方法。
39.与现有技术相比，本发明至少具有如下有益效果：
40.本发明通过拟合耐电晕时间与拉伸率的关系曲线，外推求解变频电机最优绕线速度的同时兼顾变频电机优异的耐电晕性能，此方法操作简单，准确性高，可以广泛应用于不同规格及品种的耐电晕材料。
附图说明
41.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
42.图1为本发明的检测流程示意图。
具体实施方式
43.为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
44.由此，本说明书中所指出的一个特征将用于说明本发明的一个实施方式的其中一个特征，而不是暗示本发明的每个实施方式必须具有所说明的特征。此外，应当注意的是本说明书描述了许多特征。尽管某些特征可以组合在一起以示出可能的系统设计，但是这些特征也可用于其他的未明确说明的组合。由此，除非另有说明，所说明的组合并非旨在限制。
45.下面结合附图以及实施例对本发明的原理及结构进行详细说明。
46.在漆包线绕线过程中，绕线速度快慢对变频电机的生产效率及耐电晕性能有重要影响。绕线速度快，生产效率高，但是耐电晕漆包线在高速绕线状态下，漆包线会拉细，漆膜厚度变薄，耐电晕性能降低。绕线速度低，漆包线拉细现象不严重，漆膜厚度变化不大，耐电晕性能好，但是生产效率低。本发明的思路在于，提出一种电机最优绕线速度的测试方法，通过拟合耐电晕时间与拉伸率的关系曲线，外推求解变频电机最优绕线速度的同时兼顾有变频电机优异的耐电晕性能。
47.本发明的测试方法，包括有：
48.检测电机不同工况下的工作参数，其工作参数包括耐电晕参数与拉伸率；
49.选定电机的寿命曲线方程，并根据工作参数确定寿命曲线方程的系数；
50.将设定的耐电晕参数带入寿命曲线方程得出电机的最优拉伸率；
51.根据最优拉伸率控制电机运行在最优绕线速度。
52.具体的，检测电机不同工况下的工作参数，包括：
53.使电机运行在不同工况；
54.对电机进行多次测量，获取每个工况下的多组运行参数；
55.根据预设选取方式从运行参数中获取每个工况下的工作参数。
56.本发明通过多次测量提高工作参数的测量准确性，每个工况下均测量多组数据以保证数据的准确性。在正常条件下，耐电晕时间存在较大的波动，其为正常现象，由于较大波动的存在，使得采用平均值计算获取工作参数的方法准确性降低，故本发明根据预设选取方式获取每个工况下的工作参数，进而用于寿命曲线方程的计算。其中，工作参数至少包括有耐电晕参数和拉伸率，其耐电晕参数为耐电晕时间，国标中并未明确规定耐电晕时间如何选取，本发明中以用户的需求确定预设选取方式，其选取方式为，将运行参数(耐电晕时间)从小到大依次排列，取第三个值为检测的工作参数，以此获取多组拉伸率和耐电晕时间的数据。在本发明其他实施例中，还可以选取第二个值或第三个值、或者第一个和第三个值得平均值作为检测的工作参数。
57.请参见下表：
[0058][0059]
表1：不同拉伸率下漆包线的耐电晕时间
[0060]
其为以导体直径为0.90mm、耐电晕漆膜厚度为84
±
1um的耐电晕漆包线为原料，利用拉伸仪，将耐电晕漆包线按照一定比例进行拉伸(0％、2％、5％、10％、20％)，在负载电压为3.5kv、频率为20khz、温度为155℃、上升沿时间为100us的条件下，分别测试其在不同拉伸率下试样的耐电晕时间，其中通道1至5指在相同条件下重复测量5次。
[0061]
其中运行参数包括有拉伸率和多次测量下的耐电晕时间，当拉伸率为0.00时，测量获取有5组耐电晕时间的数据，分别为57.349、42.939、24.639、36.192、47.162，可以看出，5次测量结果的波动范围较大，若以平均值作为工作参数用于计算寿命曲线方程，将会导致严重失真，本发明采用预设选取方式获取数据，将耐电晕时间分别从小到大依次排列，得到拉伸率为0.00下的耐电晕数据分布为24.638、36.192、42.939、47.162、47.349，然后选取第三个数值42.939作为耐电晕时间的工作参数，用于计算寿命曲线方程。同理对拉伸率为0.02、0.05、0.10、0.20情况下的数据进行处理，可以获取4个与之匹配的耐电晕时间数据，分别为26.214、17.428、7.595、0.801，将耐电晕时间与拉伸率匹配，可以得到5组数据，分别为(0.00，42.939)、(0.02，26.214)、(0.05，17.428)、(0.10，7.595)、(0.20，0.801)，该数据可以用于选定寿命曲线方程，并计算出寿命曲线方程的系数。
[0062]
具体的，选定电机的寿命曲线方程，包括：
[0063]
利用minitab统计拟合回归模型，并通过残差四合一图、残差与拟合值图得出最优拟合曲线形式，所述最优拟合曲线形式对应的方程为所述寿命曲线方程。
[0064]
从测量获取的多组工作参数可以确定，本发明耐电晕参数与拉伸率之间为递减函数，但递减函数可以为线性函数、对数函数和指数函数，其理论上均可用于用作寿命曲线方程进行运算，但准确率无法保证。本发明通过minitab统计拟合回归模型，并通过残差四合一图、残差与拟合值图得出最优拟合曲线形式，该最优拟合曲线形式为最匹配耐电晕参数与拉伸率变换关系的曲线，该曲线对应的方程作为寿命曲线方程，可以提高测量的准确性。
[0065]
具体的，选取的寿命曲线方程为：
[0066]
t＝ae
bs
[0067]
其中，a、b为常数、t为耐电晕时间、s为绕线的拉伸率。
[0068]
本发明中，获取有多组耐电晕时间与拉伸率的数据，其可以用于计算寿命曲线方程的系数a和b，但对自然常数为底的指数函数，其计算系数的计算量较大，不方便计算，本发明中先将寿命曲线方程转换为线性函数，然后再计算系数，可以降低计算的复杂程度，从而减少计算耗时。
[0069]
具体的，根据工作参数确定寿命曲线方程的系数，包括：
[0070]
对寿命曲线方程进行整合，其整合方式为对寿命曲线方程两边同时取e为底的对数；
[0071]
将工作参数带入整合后的寿命曲线方程，并利用minitab、origin对工作参数进行拟合分析；
[0072]
根据拟合分析结果计算得出a、b的值，a、b的值即为寿命曲线方程的系数。
[0073]
其中，对寿命曲线方程两边同时取e为底的对数，可以得到关系式：
[0074]
ln(t)＝b
×
s ln(a)
[0075]
其可以看作为ln(t)与s的线性函数，其便于计算系数a、b的值。
[0076]
请参见下表：
[0077][0078]
表2：拉伸率、耐电晕时间数据变换表
[0079]
通过ln(t)与s的变换关系，可以计算得出系数a、b的值，其利用minitab、origin等软件对s、ln(t)两列数据进行拟合分析，拟合后的结果如下：
[0080]
ln(t)＝3.7833-19.531s
[0081]
t＝e
3.7833
.e-19.531s
＝43.96e-19.531s
[0082]
其对应寿命曲线方程t＝ae
bs
，由此可以确定系数a＝43.96，b＝-19.531，即寿命曲线方程为t＝43.96e-19.531s
。
[0083]
在本发明其他实施例中，其整合方式还可以同时取任意正整数为底的对数，如log2(t)、log3(t)、log4(t)、log5(t)、logn(t)(其中，n为大于1的整数)等，不限于以e为底的对数，其均可以计算得出相应的a、b系数值。
[0084]
在确定寿命曲线方程后，需要确定最优拉伸率，其通过设定的耐电晕参数确定，其方法为：选定耐电晕时间的最小阈值，求解寿命曲线方程中耐电晕时间位于最小阈值时的
拉伸率为最优拉伸率。其中，设定的耐电晕参数一般为用户给定，其为一取值范围，表示满足用户需求的耐电晕时间，本发明中，在负载电压为3.5kv、频率为20khz、温度为155℃、上升沿时间为100us的条件下，客户要求的耐电晕时间(t)为t≥30，将其带入寿命曲线方程后为43.96e-19.531s
≥30，求解得出s≤0.0195；
[0085]
从求解的拉伸率可知，在拉伸率小于0.0195的条件下，即可保证耐电晕时间满足用户需求，当选取耐电晕时间的最小阈值时(符合用户需求的最小值30时)，求解出的拉伸率即为最优拉伸率，即0.0195。
[0086]
在确定最优拉伸率后，还需要控制电机的绕线速度，使电机运行在最优绕线速度，同时满足耐电晕时间的需求，其方法为：
[0087]
测量耐电晕漆包线位于最优拉伸率下的最优外径；
[0088]
调节电机的绕线速度，使电机绕线后的外径等于最优外径，确定最优绕线速度为外径等于最优外径下的绕线速度；
[0089]
控制电机运行于最优绕线速度。
[0090]
其通过拉伸仪将耐电晕漆包线拉伸至0.0195，并测量拉伸后的耐电晕漆包线的外径为最优外径，在绕线过程中，分别测量不同绕线速度下耐电晕漆包线的外径，直至某一绕线速度下，绕线后的外径与最优外径接近或相同，即可确认这一绕线速度为最优绕线速度。若绕线速度高于最优绕线速度，虽然生产效率高，但耐电晕时间达不到用户需求，若绕线速度低于该最优绕线速度，虽然耐电晕时间满足用户需求，但降低了生产效率，只有在本发明的最优绕线速度下，才能同时兼顾生产效率和耐电晕时间的需求。
[0091]
进一步的，在确定最优拉伸率之前，还需要确定系数的准确性是否满足要求，其包括：
[0092]
根据确定系数后的寿命曲线方程，获取多组拟合工作参数；
[0093]
将拟合工作参数与工作参数比较，当拟合工作参数与工作参数的差值满足预设差指时，系数的准确性满足要求。
[0094]
请参见下表：
[0095][0096]
表3：各伸长率下耐电晕时间的实测值与拟合值
[0097]
其预设差指设置为5％，本发明中将不同的拉伸率带入寿命曲线方程，并根据寿命曲线方程计算出耐电晕时间的拟合值，将其与实测值进行做差，当差值在5％以内时，即满足准确性需求，证实拟合曲线具有较好的准确性。其预设差指可以根据实际情况进行相应调整，若拟合曲线的准确性不符合需求，则需要重新选定拟合曲线，进行计算。
[0098]
请参见图1，其为本发明的测量流程图，其先通过耐电晕测试得到多组拉伸率与耐电晕时间的数据，然后选定拟合方程并进行整合，最后根据用户设定的耐电晕参数确定最优拉伸率(极限拉伸率)。
[0099]
本发明还提出了一种变频电机，所述变频电机采用上述测试方法；
[0100]
本发明还提出了一种电器，所述电器采用上述测试方法。
[0101]
与现有技术相比，本发明过拟合耐电晕时间与拉伸率的关系曲线，外推求解变频电机最优绕线速度的同时兼顾变频电机优异的耐电晕性能，此方法操作简单，准确性高，可以广泛应用于不同规格及品种的耐电晕材料。
[0102]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。