电机热试验装置及系统的制作方法

1.本技术涉及电机技术领域，尤其是涉及一种电机热试验装置及系统。


背景技术：

2.对于电机产品的热试验，有直接负载热试验和等效负载热试验两类。直接负载热试验是通过轴联结对电机输出轴施加一定的负载进行试验，然而需要大量的工作安装电机。直接负载存在以下客观缺点：
3.(1)试验人员需耗费大量时间进行机组安装，作业强度大。
4.(2)试验成本高，采用直接负载的方式需要两台机组对拖，且需要高精度的转矩转速传感器，价格都非常高。
5.(3)对电网容量要求非常高，能耗较高。
6.(4)只能进行单台电机试验，不适合多台电机同时试验。
7.等效负载热试验有叠频热试验法、直流注入热试验等方式对被试电机施以等效负载。等效负载热试验存在以下客观缺点：
8.(1)需要在轴端耦合机械负载；
9.(2)对电源容量要求较高；
10.(3)试验设备安装复杂。


技术实现要素：

11.本技术的目的在于提供一种电机热试验装置及系统，通过调节程控直流电源的输出电压或电流为被试电机叠加不同的直流信号以实现等效负载的调节，不需要在轴端耦合机械负载，对电源容量要求低且试验设备安装简单。
12.第一方面，本技术实施例提供一种电机热试验装置，装置包括：交流供电电源、程控直流电源、控制开关模块、电参数测量模块和隔离保护模块；交流供电电源与控制开关模块连接；控制开关模块与电参数测量模块连接；电参数测量模块与被试电机连接；在控制开关模块开关闭合时，交流供电电源经控制开关模块、电参数测量模块为被试电机提供交流电源；程控直流电源分别与交流供电电源、控制开关模块、隔离保护模块连接；程控直流电源用于将交流供电电源提供的交流电源转换为直流电源；程控直流电源的正极输出端连接控制开关模块；负极输出端通过隔离保护模块接入被试电机，以为被试电机输入无交流干扰的直流电源；通过调节程控直流电源的输出电压为被试电机叠加不同的直流信号以实现等效负载的调节。
13.进一步地，上述交流供电电源为三相四线供电电网电源；程控直流电源的数量为三个，三个程控直流电源分别连接三相四线供电电网电源的三相；每个程控直流电源将一相交流电源转化为直流电源。
14.进一步地，上述控制开关模块包括：断路器和交流接触器；电参数测量模块包括电参数测试仪；断路器分别连接三相四线供电电网电源的三相和电参数测试仪的输入端；电
参数测试仪的输出端连接交流接触器；交流接触器连接被试电机；在断路器和交流接触器均闭合时，三相四线供电电网电源经断路器、电参数测试仪、交流接触器为被试电机提供交流电源。
15.进一步地，上述控制开关模块还包括：直流接触器；隔离保护模块包括：耦合变压器；程控直流电源的正极输出端通过一直流接触器连接至电参数测试仪的输入端，负极输出端通过耦合变压器的二次绕组和一直流接触器接入被试电机；正极输出端连接耦合变压器的一次绕组；耦合变压器用于抑制在直流电源上产生交流电源。
16.进一步地，上述隔离保护模块还包括：隔直电容器；隔直电容器设置于正极输出端与耦合变压器的一次绕组之间，用于抑制直流电源对交流电源的干扰。
17.进一步地，上述装置还包括：热保护器件；热保护器件设置于交流接触器与被试电机之间。
18.进一步地，上述电参数测量模块还包括：电流测量传感器；电流测量传感器分别连接热保护器件和被试电机，用于测量被试电机的输出电流。
19.进一步地，上述断路器、电参数测试仪、交流接触器、直流接触器、热保护器件、电流测量传感器和被试电机均为多个且数量均相同。
20.进一步地，上述耦合变压器的电感值和隔直电容器的电容值选取需满足：耦合变压器的一次绕组的电阻值至少大于10倍的隔直电容器的电阻值。
21.第二方面，本技术实施例还提供一种电机热试验系统，系统包括被试电机和如第一方面所述的电机热试验装置。
22.本技术实施例提供的一种电机热试验装置及系统中，装置包括：交流供电电源、程控直流电源、控制开关模块、电参数测量模块和隔离保护模块；交流供电电源与控制开关模块连接；控制开关模块与电参数测量模块连接；电参数测量模块与被试电机连接；在控制开关模块开关闭合时，交流供电电源经控制开关模块、电参数测量模块为被试电机提供交流电源；程控直流电源分别与交流供电电源、控制开关模块、隔离保护模块连接；程控直流电源用于将交流供电电源提供的交流电源转换为直流电源；程控直流电源的正极输出端连接控制开关模块；负极输出端通过隔离保护模块接入被试电机，以为被试电机输入无交流干扰的直流电源；本技术实施例中，通过调节程控直流电源的输出电压就可以为被试电机叠加不同的直流信号以实现等效负载的调节，不需要在轴端耦合机械负载，对电源容量要求低且试验设备安装简单。
附图说明
23.为了更清楚地说明本技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
24.图1为现有技术中提供的一种电机热试验装置的结构框图；
25.图2为本技术实施例提供的一种直流注入原理图；
26.图3为本技术实施例提供的一种电机热试验装置的示意图；
27.图4为本技术实施例提供的一种电机热试验系统的结构框图。
具体实施方式
28.下面将结合实施例对本技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
29.目前，等效负载热试验有叠频热试验法、直流注入热试验等方式对被试电机施以等效负载。传统的直流注入的热试验等效负载方式存在以下客观缺点：(1)需要在轴端耦合机械负载；(2)对电源容量要求较高；(3)试验设备安装复杂。
30.基于此，本技术实施例提供一种电机热试验装置及系统，通过调节程控直流电源的输出电压为被试电机叠加不同的直流信号以实现等效负载的调节，不需要在轴端耦合机械负载，对电源容量要求低且试验设备安装简单。
31.为便于对本实施例进行理解，首先对本技术实施例所公开的一种电机热试验装置进行详细介绍。
32.参见图1所示的本技术实施例提供的一种电机热试验装置的结构框图，该装置包括：交流供电电源11、程控直流电源12、控制开关模块13、电参数测量模块14和隔离保护模块15。
33.其中，交流供电电源11与控制开关模块13连接；控制开关模块13与电参数测量模块14连接；电参数测量模块14与被试电机连接；在控制开关模块13开关闭合时，交流供电电源11经控制开关模块13、电参数测量模块14为被试电机提供交流电源。
34.程控直流电源12分别与交流供电电源11、控制开关模块13、隔离保护模块15连接；程控直流电源12用于将交流供电电源11提供的交流电源转换为直流电源；程控直流电源12的正极输出端连接控制开关模块13；负极输出端通过隔离保护模块15接入被试电机，以为被试电机输入无交流干扰的直流电源；通过调节程控直流电源12的输出电压为被试电机叠加不同的直流信号以实现等效负载的调节。
[0035]“直流注入法”的试验原理如下：
[0036]
被试电机由交流电源供电并在额定电压下空载运行，此时利用可调电压的直流电源在电动机三相定子绕组上各叠加一直流电流，调节直流电源输出电压，使得交流空载电流的有效值叠加上注入的直流电流等于电动机的满载电流，即实现等效负载。如图2所示，被试验电动机和交流电源发电机都是星形接法，且两者的中性点是可用的，直流电源接在两个中性点中间。调节直流发电机输出电流，即可增加被试验电动机定子绕组内的电流有效值，交流电源发电机提供额定电压并能承受额定电流。
[0037]
图2所示的直流注入的等效负载试验线路原理图中，1表示交流电源发电机，2表示被试电机，3表示直流发电机。直流电源建立的是空间静止磁场，其极数是定子极数的3倍，由于转子旋转而产生的磁通和电流，在转子中就有额外的损耗，即在转子上产生制动转矩，在定子绕组中也产生反作用电流分量，交流电源则提供补偿电流，平衡制动转矩反应产生的去磁作用。注入的直流电流越大，转子产生的制动转矩越大，因此调节直流电源的输出电流即可达到调节负载的目的。
[0038]
基于此原理，本技术实施例中提供的电机热试验装置中，设置了两条供电路线，一路是以交流供电电源、控制开关模块、电参数测量模块构成的交流供电路线，在控制开关模
块开关闭合时，交流供电电源经控制开关模块、电参数测量模块为被试电机提供交流电源；另一路是以交流供电电源、程控直流电源和隔离保护模块构成的直流供电路线，程控直流电源的正极输出端连接控制开关模块，负极输出端通过隔离保护模块接入被试电机，程控直流电源用于将交流供电电源提供的交流电源转换为直流电源，为被试电机输入无交流干扰的直流信号；通过调节程控直流电源的输出电压或电流为被试电机叠加不同的直流信号以实现等效负载的调节。
[0039]
本技术实施例提供的一种电机热试验装置中，在控制开关模块13开关闭合时，交流供电电源11经控制开关模块13、电参数测量模块14为被试电机提供交流电源；程控直流电源12用于将交流供电电源提供的交流电源转换为直流电源；程控直流电源12的正极输出端连接控制开关模块13；负极输出端通过隔离保护模块15接入被试电机，以为被试电机输入无交流干扰的直流电源；本技术实施例中，通过调节程控直流电源12的输出电压就可以为被试电机叠加不同的直流信号以实现等效负载的调节，不需要在轴端耦合机械负载，对电源容量要求低且试验设备安装简单。
[0040]
本技术实施例还提供一种电机热试验装置，该装置在上一实施例的基础上实现，本技术实施例中重点描述优选的方案及工作原理。
[0041]
一种优选实施方式中，上述交流供电电源11为三相四线供电电网电源，包括a1、b1、c1、n四条线；程控直流电源12的数量为三个，三个程控直流电源12分别连接三相四线供电电网电源的三相，a1、b1、c1；每个程控直流电源12将一相交流电源转化为直流电源。程控直流电源12中包含有整流桥，整流桥的输入为交流电压，输出为直流电压。
[0042]
另一种优选实施方式中，上述控制开关模块13包括：断路器qf和交流接触器km；电参数测量模块14包括电参数测试仪p；断路器qf分别连接三相四线供电电网电源的三相a1、b1、c1和电参数测试仪p的输入端；电参数测试仪p的输出端连接交流接触器km；交流接触器km连接被试电机m；在断路器qf和交流接触器km均闭合时，三相四线供电电网电源经断路器qf、电参数测试仪p、交流接触器km为被试电机m提供交流电源。断路器qf和交流接触器km的设置，可以方便工作人员进行交流电源供电的控制。
[0043]
另一种优选实施方式中，上述控制开关模块13还可以包括：直流接触器zkm；隔离保护模块15包括：耦合变压器t；程控直流电源的正极输出端通过一直流接触器zkm连接至电参数测试仪p的输入端，负极输出端通过耦合变压器t的二次绕组rt2和一直流接触器zkm接入被试电机m；正极输出端连接耦合变压器t的一次绕组rt1；耦合变压器t用于抑制在直流电源上产生交流电源。
[0044]
上述直流接触器zkm的设置可以方便工作人员进行直流电源注入控制，耦合变压器t的设置，可以防止交流信号进入直流电源，增加耦合变压器t，其一次绕组和二次绕组产生对称的交流电压并相互抵消，即可实现在直流电源上产生的交流电压接近零。
[0045]
进一步地，上述隔离保护模块15还包括：隔直电容器c；隔直电容器c设置于正极输出端与耦合变压器t的一次绕组rt1之间，用于抑制直流电源对交流电源的干扰。隔直电容器c的设置要以使直流仅在电机回路上循环，使得电机绕组发热，不能进入交流电源系统而使得变压器绕组发热。
[0046]
上述装置还可以包括：热保护器件fr；热保护器件fr设置于交流接触器km与被试电机m之间。另外，上述电参数测量模块14还可以包括：电流测量传感器zh；电流测量传感器
zh分别连接热保护器件fr和被试电机m，用于测量被试电机m的输出电流。通常电参数仪的测量的电流是非常小的，一般小于5a，而超过5a的都需要电流测量传感器进行测量。
[0047]
进一步地，上述断路器qf、电参数测试仪p、交流接触器km、直流接触器zkm、热保护器件fr、电流测量传感器zh和被试电机m均为多个且数量均相同，这样就可以同时对多个被试电机进行热试验。
[0048]
下面列举一种最优选的实施方式，本实施方式中以24个被试电机同时进行试验为例进行说明，参见图3所示，交流供电电源由电网直接供电，a1/b1/c1/n为380v/50hz三相四线供电电网电源；u1/u2/u3为程控直流电源是一种直流输出电压、电流均可控制调节的直流电源，用于将电网交流进线转换为可调节输出的电压和电流，实现将转换后的直流电源叠加到电机的交流电源供电上；控制开关模块包括断路器qf1-qf24、交流接触器km1-km24和直流接触器zkm1-zkm24，其中，断路器用于试验过程中电机短路、电流过大等故障时的线路保护；交流接触器，可通过控制其控制端控制主回路的通断，可实现自动化的控制，功能类似于开关键；直流接触器，可通过控制其控制端控制主回路的通断，可实现自动化的控制，功能也类似于开关键；电流测量传感器zh1-zh24和电参数测量仪p1-p24，构成本装置电参数测量模块，热保护器件为fr1-fr24。
[0049]
以1工位为例说明系统连接关系：断路器qf1的上装头连接至交流电网，下装头经过电参数测量仪p1和热保护fr1后连接至被试电机m1上，为被试电机m1提供交流电源；程控直流电源u1、u2、u3分别连接至电网a1、b1和c1和n上，直流电源输出经整流桥vd1-vd3后分成两路，一路经直流接触器zkm1后连接至电参数测量仪p1的进线端，另一路经过隔离电容c1-c3后连接至t1-t3变压器，t1-t3变压器中性点经直流接触器zkm1后连接至被试电机m1的中性点上。
[0050]
为了将直流叠加到交流系统中，在上述基本构成的基础上设计了交直流耦合回路，以确保交流和直流电流仅作用在电机绕组上，同时防止交流和直流回路之间产生相互干扰，装置设计主要采取了如下措施：
[0051]
1)为防止交流进入直流电源，增加耦合变压器t1、t2、t3，其一次绕组和二次绕组产生对称的交流电压并相互抵消，即满足：在直流电源上产生的交流电压接近零；
[0052]
2)为使直流仅在电机回路上循环，使得电机绕组发热，不能进入交流电源系统而使得变压器绕组发热，故而在耦合变压器的一次回路增加隔直电容器c1、c2、c3。
[0053]
以叠加a1相直流供电为例：首先采用直流电源u1将交流电转为直流电，直流电正极直接与电源a1相并联，要将该电压转为相对于a1中性点的直流电，因而将直流电源负极通过变压器t1后连接至和a1同中性点的电机中性点上，也就是对被试电机供电的交流电上叠加了一定的直流电压，通过调节直流电源的输出电压大小就可以实现叠加不同的直流电压叠加。b1、c1相直流供电叠加原理同上。
[0054]
参考图3，设电机的某相绕组为rm，流经该绕组的电流为irm，绕组电压为urm；耦合变压器的一次绕组为rt1、电感量为l1，二次绕组为rt2，一次绕组上的电压为urt1，二次电压为urt2，为满足在直流电源上产生的交流电压接近零的要求，则：
[0055][0056]
式中：
[0057][0058][0059]
欲满足式(1)，则应达到：
[0060][0061]
由式(4)可见，回路设计中，应恰当选取变压器的电感l1和隔直电容器c，满足足够大的条件，具体的，上述耦合变压器的电感值和隔直电容器的电容值选取需满足：耦合变压器的一次绕组的电阻值至少大于10倍的隔直电容器的电阻值。
[0062]
上述装置对应的试验方法如下：
[0063]
默认各开关元件均处于断开状态，直流电源输出0v；
[0064]
第一，将试验电机m1-m24分别连接至fr1-fr24下装头；
[0065]
第二，合上断路器qf1-qf24；
[0066]
第三，合上km1-km24给被试电机m1-m24通上交流电源，电机旋转；
[0067]
第四，合上zkm1-zkm24，分别缓慢调节程控直流电源u1-u3的直流输出电压，即可调节注入试验电机的直流容量。
[0068]
通过本装置“直流注入”设计满足24台最大550w感应电机同时进行等效热试验，能够显著加快试验效率，试验能耗低，测试过程简单易操作，具有良好的实用性。
[0069]
基于上述装置实施例，本技术实施例还提供一种电机热试验系统，参见图4所示，该系统包括被试电机42和如上述实施例所述的电机热试验装置44。
[0070]
本技术实施例提供的电机热试验系统中，交流供电电源与控制开关模块连接；控制开关模块与电参数测量模块连接；电参数测量模块与被试电机连接；在控制开关模块开关闭合时，交流供电电源经控制开关模块、电参数测量模块为被试电机提供交流电源；程控直流电源分别与交流供电电源、控制开关模块、隔离保护模块连接；程控直流电源用于将交流供电电源提供的交流电源转换为直流电源；程控直流电源的正极输出端连接控制开关模块；负极输出端通过隔离保护模块接入被试电机，以为被试电机输入无交流干扰的直流电源；本技术实施例中，通过调节程控直流电源的输出电压就可以为被试电机叠加不同的直流信号以实现等效负载的调节，不需要在轴端耦合机械负载，对电源容量要求低且试验设备安装简单。
[0071]
本技术实施例提供的系统，其实现原理及产生的技术效果和前述装置实施例相同，为简要描述，系统的实施例部分未提及之处，可参考前述装置实施例中相应内容。
[0072]
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个处理器可执行的非易失的计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本技术的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本技术各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0073]
在本技术的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0074]
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本技术的具体实施方式，用以说明本技术的技术方案，而非对其限制，本技术的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。