电动机功率的验算（通用9篇）
电动机功率的验算 篇1
0 引言
三相交流异步电动机是应用最为广泛的电气设备之一, 异步电动机的用电量占整个电力系统用电量的60%以上。电动机是整个机电能量转换的核心, 对电动机早期进行必要的监测, 提前发现电动机故障征兆, 及时采取有效措施, 对降低事故发生率和严重程度具有重要意义。目前基于定子信号检测的电动机故障诊断是应用最为广泛的方法, 具体包括基于快速傅里叶变换 (FFT) 、频域分析[1]、派克矢量法[2,3]、小波变换[4]、人工智能[5]的电动机故障诊断方法。
根据频谱特点的变化辨识电动机故障是研究较早的信号处理方法。当电动机发生断条故障时, 可以在电动机定子绕组的电流频谱中产生 (1±2ks) f1 (k为正整数, s为转差率, f1为基波频率) 的故障特征量, 但直接对采集的定子电流值进行快速傅里叶变换效果不好, 原因是故障频率 (1±2ks) f1很容易被基波频率f1淹没。利用连续细化的傅里叶变换分析方法, 可以获得原采样信号中某一主频率分量的精确的分析表达式, 即精确的幅值、频率、初相位等信息, 从而避免了故障频率容易被淹没的问题[6]。另一种改进方法是对采集的定子电流信号进行计算处理, 使故障频率 (1±2ks) f1转化并放大为更易检测和分离的其他故障特征频率[7,8,9]。参考文献[10]通过采集的定子电压和电流相乘得到的单相瞬时功率提取出转子断条故障时瞬时功率故障频率2ksf1和 (2±2ks) f1, 以故障频率2ksf1为断条故障特征频率来诊断转子断条故障。参考文献[11]从三相平均瞬时功率中提取故障频率2ksf1, 由于三相平均瞬时功率只含有唯一特征频率2ksf1, 故其特征频率幅值更为集中, 检测效果更好。参考文献[12-13]利用两相坐标系中瞬时无功功率的概念, 从定子瞬时无功功率中提取转子断条故障特征频率2ksf1, 从而取得和三相瞬时功率故障诊断相当的效果。
本文首先避免电压的影响, 对瞬时功率法进行改进, 提出了流方的概念和基于流方的故障诊断方法, 提取了转子断条故障特征频率2ksf1和转子偏心故障特征频率mfr (m为正整数, fr为转子转动频率) ;与基于瞬时功率的诊断方法相比, 基于流方的故障诊断方法无需采集定子电压数据, 只需检测定子电流数据即可, 硬件开销更小, 接线更简单, 更利于在线故障诊断。其次, 根据瞬时功率的概念提出了基于改进瞬时功率法的电动机故障诊断方法, 将给定电压与采集到的定子电流相乘, 得到类似瞬时功率的量, 并以此提取出故障信号;该方法与基于瞬时功率的诊断方法相比, 需采集的数据量减半, 且由于避免了电压波动和采样误差对瞬时功率的影响, 诊断效果更好。
1 基于三相总流方的转子断条和偏心故障诊断
1.1 故障频率提取
1.1.1 转子断条故障频率的提取
转子断条故障边频分量 (1±2ks) f1容易被基波频率f1淹没, 且故障发生的初始阶段故障信号偏弱, 故直接分析电动机定子电流频谱很难提取故障特征信号。通过研究发现, 电动机定子电流自平方后, 可以放大故障频率信号, 将故障信号和基波频率分离出来。类比瞬时功率, 定义一个新的物理量流方, 其表示n个电流自相乘, 用字母q表示, n=2时的三相总流方为
式中:ia, ib, ic分别为三相电流。
电动机无故障状态下的总流方为
式中:I为电流幅值。
无故障状态下电动机定子三相总流方是单一的, 直流分量发生故障时, 定子三相电流可表示为
式中:I1, φ分别为A相电流的幅值和初始相位;Iwp1, φwp1分别为故障频率为 (1+2ks) f1时的幅值和初相位;Iwn1, φwn1分别为故障频率为 (1-2ks) f1时的幅值和初相位。
将式 (3) —式 (5) 代入式 (1) 并化简, 可得电动机转子发生断条故障时的总流方:
同频率合并可得
式中:w1, w同为转子角频率;q0, q2s, q4s分别为基频、2倍基频、4倍基频的流方值, 对应的相位差分别为φ0, φ2s, φ4s。
由式 (7) 可知, 故障流方频谱中既包含直流分量, 又包含定子电流边频分量引起的故障分量2ksf1和4ksf1, 即 (1±2ks) f1→2ksf1, 4ksf1。
1.1.2 转子偏心故障频率的提取
当感应电动机的转子发生偏心故障时, 定子电流中会产生故障成分:
式中:fecc为合成特别频率。
转子出现偏心故障时, 定子三相电流可表示为
式中:Iecpm, φecpm是频率为f1+mfr的信号幅值和初相位;Iecnm, φecnm是频率为f1-mfr的信号幅值和初相位。
将式 (9) —式 (11) 代入式 (1) 可得偏心故障下的总流方:
同频率合并可得
式中:wr为偏心时刻的转子角频率;q0, qmwr, q2 mwr分别表示正常、1倍偏心、2倍偏心时的流方值, 对应的相位差分别为φ0, φmwr, φ2 mwr。
由式 (13) 可知, 故障流方频谱既包含直流分量, 又包含定子电流故障分量引起的总流方故障分量mfr和2mfr, 即 (f1±mfr) →mfr, 2mfr。
1.2 实验分析
1.2.1 断条故障实验结果及分析
本实验采用的异步电动机型号为Y132M-4, 额定功率为7.5kW, 额定电压为380V, 额定电流为15.4 A, 额定转速为1 440r/min, 采样频率为5kHz, 采样点数为20 056。为了保证信号分析的准确性, 进行快速傅里叶变换频谱分析时, 采用的数据量应当是2的整次方数, 故采用数据量为16 384。
图1是无故障状态和转子断条故障下, 三相总流方的频谱图。其中, 单电动机无故障时主要包含直流分量, 而有3根断条时, 则包含了故障频率2ksf1和4ksf1。因此, 从图1可得以下结论:
(1) 基于三相总流方可以提取故障特征频率分量2sf1, 以此识别转子断条故障, 有效放大故障信号, 同时避免故障频率被基波频率淹没。
(2) 与单相流方技术相比, 基于三相总流方的故障诊断方法, 在有无故障2种状态下的表达式更为简洁, 特征故障信号更为集中, 特征信号2sf1幅值更大, 故辨识精度更高, 诊断效果更好。
1.2.2 偏心故障实验结果及分析
图2是发生转子偏心故障时定子电流频谱图和三相总流方频谱图。从图2可得以下结论:
(1) 基于三相总流方可以提取故障特征频率分量mfr, 以此辨识转子偏心故障, 故障分量幅值明显, 故诊断效果较好。
(2) 定子电流中频率f1±mfr与三相总流方的故障分量mfr一一相对应。
1.2.3 混合故障分析
复合故障的流方频谱如图3所示。由图3可知, 电动机转子同时发生断条和偏心故障时, 由于2种故障的特征频率2ksf1和mfr相距较远, 基于三相总流方的故障诊断方法可以有效地辨识转子断条和偏心的混合故障。
2 基于改进瞬时功率法的电动机故障诊断
在获取瞬时功率阶段用给定电压代替实验监测的电压, 这种方法称为基于改进瞬时功率法的电动机故障诊断。利用该方法求得的电压与电流的乘积不再代表瞬时功率的物理概念, 因为瞬时电压与瞬时电流在时域里不是一一对应的关系。其优点是不影响监测的精度, 减少了电压采集误差对瞬时功率的影响, 检测线路更简单, 更有利于在线监测和诊断。该方法的本质是利用理想状态下的正弦信号电压代替实际工作电压, 利用给定电压的方法, 纯粹地将定子电流信号转化为易检测和分辨的瞬时功率信号, 减少了电压波动等带来的噪声影响 (避免了电压环节的影响, 而电压波动对定子电流的影响仍未减少) 。
2.1 原理推导
为了简化推论过程, 假设给定电压频率即电网额定频率为f1, 则给定三相电压分别为
式中:U为电压幅值;α, β分别为B相、C相电压落后于A相电压的相位。
将电压与电流相乘, 得到类似瞬时功率的物理量:
将式 (7) 、式 (13) 、式 (14) 代入式 (15) , 并同频率合并化简, 得
式中:p′0 (t) , p′2 (t) , p′2+2s (t) , p′2-2s (t) , p′2s (t) 和φ0, φ2, φ2+2s, φ2-2s, φ2s分别为频率为0 (直流分量) , 2f1, (2+2s) f1, (2-2s) f1, 2sf1时的信号幅值分量和初始相位。
2.2 实验验证与结果分析
由式 (14) 可知, 当初始相位不同时, (2+2s) f1, (2-2s) f1, 2sf1的幅值大小也不同。为了提高故障诊断效果, 应尽可能提高频率为2sf1的故障分量的幅值。如果给定电压是三相负序电压形式, 即α=-2π/3, β=2π/3, 代入式 (14) 得p′2s (t) =0, 即无频率为2sf1的分量, 而频率为 (2±2s) f1的分量达到最大值。当转差率很小时, 通过负序给定电压辨识故障效果不明显。图4给出了电压峰值为220V, 初始相位 (α, β) 分别取 (2π/3, -2π/3) , (-π/3, π/3) , (-2π/3, 2π/3) 时的频谱图。由图4可知, 给定电压为正序电压时2sf1分量更大, (2±2s) f1分量幅值为零;而给定电压为负序电压时2sf1分量为零, (2±2s) f1分量幅值很大, 但不易检测出来;当初相位为 (-π/3, π/3) 时, 2sf1分量和 (2±2s) f1分量幅值处在正序电压幅值与负序电压幅值的中间位置。
2sf1幅值分量与给定电压两初始相位的关系如图5所示。2sf1幅值分量最大值处α=2π/3, β=-2π/3, 3;2sf1幅值分量最小值有2处, 一处α=-2π/3, 另一处β=2π/3。2sf1幅值分量越大, 故障辨识情况越好。在给定电压为正序电压时, 2sf1幅值分量达到最大值。
3 结语
从自定义的流方概念出发, 推导出了鼠笼异步电动机转子断条和偏心故障在三相总流方中的表现形式, 提取出故障特征频率。理论分析和实验结果表明, 转子断条故障在三相总流方中产生频率为2sf1的故障分量, 转子偏心故障在三相总流方中产生频率为mfr的故障分量, 利用三相总流方可以有效地辨识转子断条和偏心故障。此外, 鼠笼异步电动机同时出现转子断条和偏心故障时, 由于2种故障特征频率不同, 使得该诊断方法可以同时有效诊断两者混合故障。基于流方的电动机故障诊断方法可以有效地避免故障频率被基波频率淹没的缺点。用给定电压构造瞬时功率, 利用故障特征频率2sf1可以有效诊断电动机转子断条故障;当α=2π/3, β=-2π/3时, 故障特征频率2sf1幅值分量达到最大值, 即正序电压是最佳给定电压形式。基于流方和给定电压法的故障诊断与瞬时功率诊断技术相比, 只需采集定子电流数据而不需采集定子电压数据, 信号采集更简单, 同时避免了电压波动和采样误差对瞬时功率的影响, 更适合在线诊断。
摘要：从采集的鼠笼异步电动机定子电流出发, 建立了流方的概念, 通过故障电流的自乘方放大并转移故障特征频率。根据瞬时功率的概念提出了基于改进瞬时功率法的电动机故障诊断方法, 通过理论推导分别提取了转子断条故障和转子偏心故障在流方中的特征频率分量, 有效地克服了转子断条故障特征频率容易被基频淹没的缺点, 实现了对转子断条、偏心、复合等故障的辨别诊断。该方法与传统瞬时功率法相比, 采集的数据量减半, 避免了电压波动和采样误差对瞬时功率的影响。
关键词：电动机,故障诊断,瞬时功率法,转子断条故障,转子偏心故障
参考文献
[1]王金福, 李富才.机械故障诊断的信号处理方法:频域分析[J].噪声与振动控制, 2013 (1) :173-180.
[2]侯新国, 吴正国, 夏立, 等.基于Park矢量模信号小波分解的感应电机轴承故障诊断方法[J].中国电机工程学报, 2005, 25 (14) :115-119.
[3]方芳, 杨士元, 侯新国, 等.派克矢量旋转变换在感应电机定子故障诊断中的应用[J].中国电机工程学报, 2009, 29 (12) :99-103.
[4]罗忠辉, 薛晓宁, 王筱珍, 等.小波变换及经验模式分解方法在电机轴承早期故障诊断中的应用[J].中国电机工程学报, 2005, 25 (14) :125-129.
[5]刘冬生, 赵辉, 王红君, 等.基于小波分析和神经网络的电机故障诊断方法研究[J].天津理工大学学报, 2009, 25 (1) :11-14.
[6]张雄希, 刘振兴.基于分数阶傅里叶变换的变频调速异步电机故障诊断方法[J].电机与控制应用, 2010, 37 (4) :59-62.
[7]侯新国, 吴正国, 夏立, 等.瞬时功率分解算法在感应电机定子故障诊断中的应用[J].中国电机工程学报, 2005, 25 (5) :112-117.
[8]刘振兴, 张哲, 伊项根.异步电动机的状态监测与故障诊断技术综述[J].武汉科技大学学报:自然科学版, 2001, 24 (3) :285-289.
[9]刘振兴, 伊项根, 张哲, 等.基于瞬时功率信号频谱分析的鼠笼式异步电动机转子故障在线诊断方法[J].中国电机工程学报, 2003, 23 (10) :148-152.
电动机功率的验算 篇2
最近一两年，产品型号中带“T”标志的轿车越来越多，先是奥迪A61.8T大受欢迎，然后是帕萨特1.8T，再有就是宝来1.8T。很多人都已经知道，这个“T”是英文“TURBO”的简称，即表明该车采用的是涡轮增压发动机。近日，西安、咸阳等地的读者通过电子邮件向我们咨询有关涡轮增压原理的问题。记者咨询了有关业内专家，今天的汽车学堂就为大家简单介绍一下“涡轮增压”。
大家可能都明白，发动机是靠燃料在汽缸内燃烧做功来产生功率的，输入的燃料量受到吸入汽缸内空气量的限制，所产生的功率也会受到限制，如果发动机的运行性能已处于最佳状态，再增加输出功率只能通过压缩更多的空气进入汽缸来增加燃料量，提高燃烧做功能力。而在目前的技术条件下，涡轮增压器是惟一能使发动机在工作效率不变的情况下增加输出功率的机械装置。
一汽－大众西北商务代表处的张建坤先生表示，涡轮增压器实际上类似于空气压缩机，通过压缩空气来增加进气量。它是利用发动机排出的废气惯性冲力来推动涡轮室内的涡轮，涡轮又带动同轴的叶轮，叶轮再压送由空气滤清器管道进来的空气，使之增压进入汽缸。当发动机转速增快，废气排出速度与涡轮转速也同步增快，叶轮就压缩更多的空气进入汽缸，这样就可以有更多的燃料进入汽缸进行燃烧，因此就可以增加发动机的输出功率了。其实涡轮增压主要是为了提高发动机进气量，从而提高发动机的功率和扭矩，让车子更有劲。有关专家曾做过测试，装有涡轮增压器的发动机与未装增压器的相比，其输出的最大功率可增加约40％，甚至更多。这意味着一台尺寸和重量相同的发动机经增压后可以产生较大的功率，或者说，一台小排量的发动机经增压后，与较大排量的发动机功率相当。另外，发动机在采用了增压技术后，还可提高燃油经济性，降低尾气排放。不过，发动机在采用废气涡轮增压技术后，工作中产生的最高爆发压力和平均温度将大幅提高，如此一来对发动机的机械性能、润滑性能有所影响。
电动机功率的验算 篇3
关键词：试验台;发动机;测试
在试验时，有两套显示系统，一套显示在工控机屏幕上，可显示功率、油耗、电流、电压、转速及发动机十余种运行参数。另一套为LED显示，通过变送及传感器把发动机试验时的各重要参数均可直接读出。
本试验台为国内首例最大电功率发动机试验台，目前只运用于我集团公司，而康明斯北京服务总区930E发动机马力测试为水测功，本项目研究开发发动机测试台是根据矿车工作状况而设计开发的。
一、立项背景
我公司早期采购的大量进口930E卡车的大修周期已陆续接近，发动机要进行维修保养。每年930E卡车的发动机因我公司没有其专用的发动机试验台无法进行独立全面维修，发动机都需要运往原厂进行维修，这样不仅维修费用高，运输难，周期长，而且直接影响我公司的生产效率。
随着我公司露天矿的投产运营，我公司需要维修保养的930E发动机约有110多台，如果这些发动机能在我公司进行维修，这样不仅能给我宇辰公司带来不少收益，更能节省公司维修成本，提高工作效率，保证生产，还能提供部分工作岗位，缓解公司工作安排压力。
二、详细科学技术内容。
2700HP发动机试验台的工作原理是：由柴油发动机带动发电机，发电机经整流供电给固定电阻R，作为发电机的负载，也即柴油机的负载，模拟车上工况来测试发动机的马力并检测发动机运行各种参数。
2700HP电功率测试台的电气组成部分：测试控制系统，启动系统，发电机系统，负载系统，冷却系统。
1、测试控制系统
作用：主要用于发动机各种数据监测、系统保护及各种模式控制。
监测各种参数：包括冷却液温度，压力，机油温度、压力，燃油压力、温度，左右进气温度、压力、废气压力及电阻栅温度，发电机整流后的电压电流，并计算发动机马力。
保护分报警，保护，紧急停机三类。
1、发电机电流、电压、电阻栅温度、发动机水温、发动机转速超过设定的“报警值”时，工控机有相应提示，同时操作台上黄色报警指示灯指示;当超过设定的“停机值”时，工控机有相应提示，同时硬件模块通过逐渐减小励磁和油门开度到发动机怠速运行，同时操作台上有红色蜂鸣发光发声报警;
2、当电阻栅风压过低、发电机接地、励磁柜动作保护、整流柜动作保护、24V启动电源动作保护时，开关量模块采集到该信号，工控机有相应提示，硬件模块通过逐渐减小励磁和油门开度到发动机怠速运行，同时操作台上有红色蜂鸣发光发声报警。
3、根据发动机转速，当发动机机油压力低于该转速段下设定的“报警值”时，工控机有“机油压力过低” 提示，同时操作台上黄色报警指示灯指示;当低于设定的“停机值”时，工控机有“机油压力过低停机” 提示，同时断开ECM的停机控制线供电，立即停止发动机运行，同时操作台上有红色蜂鸣发光发声报警;
2、启动系统
功能：发动机润滑、启动、马达故障闭锁、发动机二次启动保护。
当发动机的机油润滑达到一定压力时时，马达得电开始启动。启动时间不超过马达连续工作时间，如果在规定时间内不能启动则电源自动停止启动等待马达冷却下来后才能恢复启动。变压器一次线圈有三个抽头可供调节启动马达电压。启动和停止间可设定，能显示电源的输出电压和电流。
如果两个马达当中有任何一个有故障，发动就不能启动，如果发动机电子控制器ECM得电后，检测到发动机自身有故障时，发动机也不会启动。
3、发电系统：
a、励磁部分
930E卡车对发电机的控制是通过GE公司板件与康明斯模块发生三次谐波来控制发电机励磁;而在2700HP电功率测试台中是通过励磁电源直接控制发电机励磁（甩掉了GE板件与康明斯模块），控制方式从自励改为它励。
功能：发电机加载。
励磁电源可长期满负荷连续工作，电源输出端具有防反向电动势保护的压敏电阻;输出电压调节范围：0-额定电压值连续可调;输出电流调节范围：0-额定电流值连续可调;具有粗细调电位器发生过压、过流、过热自动切断输出并送闭合的节点信号;过压、过流值均为额定值的1.1倍左右;过温值约为75℃（电源内部温度）;电源在故障时输出接点信号供用户显示状态（电源正常：常开：电源故障：闭合）。该励磁电源通过数据线与测试系统连接，工控机可自动调整该电源输出参数，用以实现自动测试。
b、整流部分
功能：发电机出来的三相交流电电经过三相全桥整流后变成直流。整流柜内有阻容吸收回路，而且每个整流管上装有温度继电器，当其中一个整流管发热超过设定值，发动机开始按程序卸载，停止供油;为了保护发电机，整流柜内还设置了发电机漏电保护装置，若发电机正负接地后都有动作保护，漏电保护电流连续可调。工控机可直接采集负载参数，用以实现自动测试。
4、负载系统
负载为电阻栅，其为室内，可持续，强迫风冷型，通过对我露天矿三十台930E卡车实际运行工况调查研究分析后，计算出符合卡车实际用运行工况的电阻栅阻值。
功能：消耗发动机的能量，根据其电流电压计算发动机功率。
电阻栅共有四种阻值，可供930E卡车2700HP发动机及 2000HP（170，730等卡车发动机测功）进行测功。当钥匙开关打到启动位置时，电阻栅的风机就启动，钥匙开关打到停止的位置时风机延时停机，时间可调。电阻栅有多点温度测试与两个风机失压保护装置。
5、冷却系统
功能：电阻栅散热
电阻栅为室内型，为了保证电阻栅散热良好，经过多次专家技术论证，一次修改，制作了专用风道（不需借助外力抽风），简单可靠，并满足2700HP发动机大功率连续试验。
三、创新点：
1、全国首例最大电功率发动机（2700HP）试验台。
2、负载电阻栅完全是根据卡车上的运行工况来设计其阻值，并有多种阻值，可以两用，同时满足1000HP—2000HP的发动机试验。
3、发动机油门控制
油门控制省去了GE公司的大量卡件，而是直接由控制系统产生的频率信号来控制发动机。
4、励磁从自励改为它励，方便加载控制。
5、通过程控软件对不同的工况编辑后可实现自动测试发动机。
四、与当前国内外同类研究、同类技术的综合比较
2700HP发动机电功率测试台是全国首例最大功率发动机测试台。
目前，国内外大马力发动机功率测试是通过水力测功器来进行马力测试;水力测功器与发动机连接是通过万向连轴器，连接时需精细调节，使其轴中心保持一致;发动机加载时是通过调节测功器的进水量来对发动机进行加载。
通过原车发电机进行马力测试;更能反应卡车运行时的真实情况;原车发电机与发动机直接连接，相比万向连轴器更加安全可靠，对接方便;发动机加载是通过调节发电机的励磁电流来对发动机进行加载，相比调节水测功器的进水流量，电力测功加载响应更快。
五、应用情况及社会效益
发动机测试台经过三年多的使用，本试验台完全满足发动机修理中心对矿用930卡车发动机的维修要求。至今已维修200台930E卡车QSK60发动机，我公司完全可自行独立维修930E卡车。截止目前可为我公司节约4亿的维修成本。
电动机功率的验算 篇4
在重工业企业中, 有些负载需要用两台同功率的电动机进行驱动。为了避免两台电动机同时启动时对电网电压的影响, 一般在启动过程中让两台电动机启动时有一定的时间间隔。而在实际应用中发现, 即使这样, 首先启动的电动机仍旧先发热, 而且启动时间长, 启动显得很困难, 有时还会出现电动机的接线柱与电动机绕组引出线焊接的焊锡被烧熔等故障。
2. 问题的分析
下面从理论的角度对两台电动机的启动情况进行分析。
通过单台电动机的T-s曲线图 (图1) 和工作特性曲线图 (图2) 可以看出, 电动机接入电网启动后, 启动转矩不大。电动机的启动电流为额定电流的4-7倍。此时, 电动机的转差率逐渐减小, 在转差率s大于临界转差率sm时, 电动机输出逐渐增大。并在s=sm时, 电动机输出转矩达到最大值Mmax。随着电动机转速的不断提高, s小于sm, 电动机的输出转矩也逐渐减小。
根据电动机的T-s曲线和工作特性曲线分析得出, 第2台电动机投入电网的时机对第1台电动机的影响可分为以下3种情况:
(1) 在第1台电动机的转速尚未达到临界点时投入电网:此时由于第2台电动机引起的电网电压波动, 致使电网电压急剧下降, 导致第1台电动机的启动电流发生跃变, 并且两台电动机均处于低转矩大电流状态, 很容易过载。
(2) 在第1台电动机的临界点即sm附近投入电网, 此时由于电网电压波动, 致使电网电压急剧下降, 导致电动机转矩随电压平方成比例减小, 电动机在这一点附近机械特性发生畸变, 相当于电动机轴上的负载突然增加, 如果电源电压下降过多致使电动机畸变后的最大转矩小于轴上的阻转矩, 将迫使电动机堵转, 有可能造成异步电动机停转并烧毁电机, 这正是造成首先启动的电动机绕组引出线与接线柱的焊锡烧熔的直接原因。如果电动机畸变后的最大转矩大于轴上的阻转矩, 电动机加速度变得很慢, 启动时间加长, 电动机的启动电流居高不下, 很有可能造成电动机过载。
(3) 在第1台电动机额定转速附近, 第2台电动机投入电网。这时, 电源电压波动基本上是由于第2台电动机启动引起的, 第1台电动机从启动电流回到运转电流的时间加长, 表现为电动机先发热, 但两台电动机相互影响较小, 并且第2台电动机同第1台电动机已经把设备驱动起来而且转速接近额定值。这时加在轴上的阻力转矩相当小, 电动机很快就能启动, 比前两种情况的启动时间明显减少。
3. 解决方案
通过以上几种情况分析, 第2台电动机投入电网的最佳时机应在第1台电动机达到额定转速附近。但是, 如果第1台电动机能达到额定转速, 再投入第2台电动机就没有必要了。所以, 在实际中, 我们要想方设法去克服电动机投入电网后对电网的冲击。为了有效地解决这个问题, 我们可以采用两台电动机启动时串入电阻或电抗的方法减轻对电网的冲击, 并且两台电动机改为同时启动, 以克服串入电抗器对电动机启动转矩的影响。虽然电动机启动是一个很基础性的常识, 但在实际应用中很容易被人忽视, 为了延长电动机的使用寿命, 希望引起我们足够的重视。
摘要：本文通过对重工业企业中使用两台大功率电动机同时启动时出现的问题以及启动时对电网产生的影响等方面进行分析, 并给出了解决方案。
关键词：大功率电动机,直接启动,电网,过载
参考文献
[1]胡幸鸣主编.电机及拖动基础.机械工业出版社.2008年1月
电动机功率的验算 篇5
关键词：单相功率表,测量,三相电动机,有功功率
测量电气负载的功率, 是电气工作中经常要做的工作, 一般情况下, 在测量单相功率时应用单相功率表, 测量三相功率时应用三相功率表。但有些时候, 在测量三相功率时手边如果没有三相功率表, 只有单相功率表, 也一样可以进行功率测量。下面笔者试分析单相功率表在三相功率测量中的应用。
众所周知, 单相功率表有两个线圈, 即电流线圈和电压线圈, 在测量时, 将电流线圈与被测负载相串联, 将电压线圈与被测负载相并联, 但需注意两个线圈的极性不能接反 (如图1中a所示) 。单相功率在结构上保证了其测量结果正比于电压、电流和其夹角余弦的乘积, 即P=U·I·cosφ
用单相功率表测量单相功率很方便, 但如果用来测量三相对称负载 (如三相异步电动机) 应如何测量呢?下面分析几种测量方法的特点:
传统的测量方法与原理在传统的使用单相功率表测量三相电动机功率时, 根据电动机绕组的接法不同, 有两种接线方法, 下面介绍其接线方法、原理和存在的问题。
1. 接线方法
三相电动机为星形接法时, 其接线方法如图2中a所示。
三相电动机为三角形接法时, 其按线方法如图3中a所示。
2. 原理分析
通过分析接线图发现, 其接法与单相负载测量相同, 即将电流线圈与其中的一相负载串联、电压线圈与该相负载并联, 其电流线圈流过的是该相负载的相电流、电压线圈测量的是该相负载的相电压, 其相量图如图2和图3中b所示。
这样功率表测得的结果为其中一相的有功功率PU=UUIUcosφ, 根据对称性可知, 只要将表的读数乘以3, 既为电动机的三相功率, 即:
3.用此法测量存在的问题
三相电动机不论是星形接法还是三角形接法, 一般在使用之前就已经接好, 有些电动机甚至只有三个出端, 采用图2、图3的接法是不可能完成测量的, 也就不可能使用单相功率表来测量三相电动机的有功功率。即使有六个引出端, 按照此种接法也是非常麻烦的。下面笔者介绍另外一种测量方法。
新的测量方法与原理
1.接线方法 (见图4)
如图4所示, 由图可知, 其接线方法与电动机的三相绕组的接线方法无关, 也就不需要知道电动机绕组的连接方法。由图4可知, 功率表电流线圈流过的是电动机的线电流, 而电压线圈测量的却是电路的相电压, 其测量结果是否正确呢?下面分析其测量原理。
2. 测量原理分析
星形接法时的接线原理图如图5中a所示:
因三相负载对称, O点的电位即为N线电位, 此时电压线圈测得的电压UUN是U相绕组的相电压UUφ的值, 即UUφ=UUN。电流线圈虽流过的是线电路IUL, 但星形接法时, IUL=IUφ实际流过的仍为U相绕组相电流, 夹角φ即为相电压和相电流的夹角, 其相量图分析如图五所示, 故其测量结果与图二接法完全一样, 是U相负载的有功功率, 即有:
通过分析可知, 此接法可测星形接法电动机的三相功率。
三角形接法时的接线原理如图6a所示。
由图6a可知, 单相功率表电流线圈流过的为U相的线电流, 电压线圈测得的是U相的相电压, 下面通过相量图来分析其原理。
以相电压UUN为参考相量, 先分析电压关系, 对于三角形接法则有U相绕组的电压UUφ为U、V两相的线电压即UUφ=UUV, 而线电压UUV为相电压UUN的倍, 且相位超前UUN30°, 即 UUN·ej30°, 反过来说, 功率表测得的电压, 即测得电压大小为电机绕组电压的 倍。
先看电流关系, 对于三角形接法, 电动机的线电流IUL是电动机绕组电流IUφ的 倍, 但相位滞后其30°, 即 , 即功率表测得的电流大小为电机绕组电流的 倍。
再看相位关系, 通过相量图, 我们可以看出, UUφ与IUφ之间的夹角才是需要的功率因数角, 但因UUV与UUφ同相, 但超前UUV30°, 而IUL滞后IUφ30°, 则UUN与IUL之间的相位差角恰好是UUφ与IUφ之间的夹角φ, 如此则功率表的测量数值为:
正是U相绕组的有功功率, 所以, 此种接法也适用于三角形接法的电动机。
3. 此种接法的特点
此种接法的优点为:按线简单, 不需要知道电动机内部的具体接法;缺点是:需要具有零线的三相四线制 (或三相五线制) 供电系统才能使用, 专供动力电的三相三线制供电系统则不能采用此种接法, 仍需采用传统的单表接法。但因大部分企业均采用三相四线制的供电方式, 故完全可以用低廉的单相功率表代替较贵的三相功率表, 且接线也较简单, 此种接线方法还可用于功率因数表的测量接线, 读者可自行分析。
参考文献
[1]陈惠群.电工仪表与测量[M].北京:中国劳动保障出版社, 2007.
[2]刘晨号.电工仪表与测量[M].北京:机械工业出版社, 2007.
[3]周起龙, 等.电工仪表与测量[M].北京:中国水利水电出版社, 2003.
[4]张建霞.电工仪表与测量[M].北京:中国电力出版社, 2010.
电动机功率的验算 篇6
随着设备智能化、精细化管理的提高, 以及工业4.0概念的不断推广、PLC控制系统和系统仿真技术的迅速发展, 计算机软PLC技术在精确设备控制得到广泛的应用。强大的功能、高效的应急反应速度以及更灵活的事件处理能力, 使得它成为新一代设备控制管理的重要手段。
电机智能检测系统正是为了适应工业4.0智能化工厂发展潮流, 结合不同学科先进的技术所设计、开发的设备智能控制系统。
1 传统电机检测系统
电机作为生产车间生成环节中的关键设备, 是驱动整条生产的核心组件, 它的健康状态和运行情况对生产过程起着至关重要的作用。
目前烟草行业集控系统重点是对主机设备工艺指标参数进行实时监控和管理, 而普遍缺少对驱动电机的有效监控和管理维护。目前生产企业针对大电机的检测主要围绕机械故障、电流以及电压特性。利用机械故障检测方法只能发现已经出现的故障或者暴露明显的故障, 而利用电流以及电压检测方法会受到电机运行过程中多方面因素的干扰和影响, 如电机负载突然增大、电磁场干扰、电机空载、皮带打滑等, 使检测值并不能真实反映电机可能出现的故障和隐患。
2 大电机智能预警系统
大电机智能预警系统设计原理如图1所示。在电机关键部位安装传感器, PLC控制系统实时采集传感器的数据, 通过软件模型学习建立电机稳态模型, 进而得到电机的运行常态设定值, 通过实时运行数据与设定值的比较和分析, 可预先发现电机可能出现的故障和隐患。由于温度和振动不会受到外界因素的干扰, 所以温度和振动相结合的数学模型更能准确反映出电机的运行状态和健康情况。系统特点:
(1) 采用最标准的安装方法:对电机测量位置进行测点与精打孔, 然后根据装孔来做传感器的安装螺纹;采用微型钢管内置PT100铂电阻作为感温探头, 将感温探头2根信号传输线与信号集成表相连, 直接采用声光报警方式提醒制丝除尘控制室内值班人员。
(2) 精确测量电动机轴承座振动、温度量程:振动, 0~20mm/s;温度, 0~200℃。
(3) 采用国标GB 2298、国标GB6075作为理论依据, 实现工业级标准测量。
(4) 能够设置不同类型产品的工位数量及位置参数, 并能够在线监控运行过程。
(5) 可以实现数据自动控制、采集、传输, 并且由机器一次性自动完成, 不需人工辅助。
(6) 可实现对设备的高速、稳定、高效的监控。
(7) 大数据的深度挖掘与精细管理。
(8) 为有效发挥预警功能, 采用温度巡检仪将13路感温探头信号集成, 循环显示, 通过modbus-Rtu通信方式将温度巡检仪的温度信号接入到生产车间集控系统中。通过软件开发, 将信号传入生产车间集控服务器, 进行数据存储和画面显示, 同时实现远程监控和数据查询功能;在生产车间设备上同时安装声光报警器, 并生产车间集控监控终端设计显示画面预警功能, 形成多维度监控模式。
3 大电机智能预警系统的优势
(1) 提升设备管理水平, 实时便捷发现问题。
(2) 提升车间巡检效率。
(3) 便于制定设备运行计划和维修计划, 降低成本, 保障运行。
(4) 便于提前发现电机故障, 以科学合理安排维修保养, 改变传统电机保养“不坏不修”的状态。
(5) 可预先发现电机存在的故障隐患, 提前保养, 提前维修, 减少电机故障, 减少停产时间。
参考文献
[1]孙丽玲, 许伯强, 孙俊忠.笼型异步电动机转子断条故障新特征[J].电力系统自动化, 2007, (22)
[2]赵翔, 李著信, 萧德云.故障诊断技术的研究现状与发展趋势[J].机床与液压, 2002, (04)
[3]吴今培, 肖健华.智能故障诊断与专家系统[M].北京:科学出版社, 1997
小功率电动机新标准着眼安全要求 篇7
《小功率电动机的安全要求》 (GB 12350-2009) 已于2009年9月30日发布, 并于2010年8月1日起实施, 正式替代2000版。该标准适用于连续额定功率不超过1 100 W的异步电动机、同步电动机、直流电动机和交流换向器电动机。
此次标准更新前后相差近10年, 变化较大, 主要表现为:一是对原标准章节进行了重组重编, 引用了《小功率电动机通用技术条件》 (GB/T 5171) 中相关的安全要求, 并形成了新的标准章节;二是增加了新的安全要求, 如铭牌和说明书的内容, 内部布线引出线的最低耐热温度, 爬电距离和电气间隙对污染等级、附加绝缘、加强绝缘的考虑, 发热试验时电机负载及温升试验后限值的确定, 电气强度和绝缘电阻的试验方法和限值, 电磁兼容特性, 单相异步电机的最大最小扭矩、堵转转矩、匝间绝缘试验等。
小功率电动机广泛应用于电动工具、家用电器、玩具等产品中, 标准的更新影响的产品较多, 对于相关行业的发展将起到积极的推动作用。
发动机功率检测结果的浅析 篇8
针对发动机技术状况进行检测时,发动机功率、油耗及磨损情况是必须要检测的参数。原因很简单,发动机功率和油耗直接反映了车辆的动力性和经济性,而发动机的运动部件的磨损除了会对功率和油耗产生影响,还会直接影响汽车的机油消耗、尾气排放等。因此,发动机功率是诊断发动机技术状况的综合性指标。发动机单位时间内所做的功叫做这发动机的功率。它又被分为指示功率和有效功率(输出功率)两种评价指标,这两者的差值就是机械损失功率。实际的检测过程主要是针对有效功率进行的。
2 发动机功率检测方法
一般情况下可通过有负荷测功和无负荷测功两种方法来实现汽车发动机的有效功率的检测。发动机的有效功率是指汽车发动机飞轮输出的功率。是发动机在扣除本身机械摩损同时带动其他辅机的外部损耗后,向外有效输出的功率,是发动机在某一转速发出的功率与同一转速下所可能发出的最大功率之比,是汽车发动机工况检测的重要参数指标。通过测量发动机的输出转矩及转速,便可以计算出发动机功率。其计算公式为:P=n*Te/9550(式中P:有效功率KW;n:转速rpm;Te:转矩N.m)
2.1 有负荷测功
有负荷测功也叫有外载测功,此种方法要对发动机施加外部负荷,是一种在试验台上通过测功器测试功率的稳态测功方法。常用的测功器有电力测功器、水力测功器和电涡测功器等,它们都是在发动机节气门开度一定,转速一定及其他参数均保持一定的稳定状态下进行的测功。通过测功器测出发动机的转速n和转矩Te,运用上面的公式即可计算出发动机功率Pe。
做有负荷测功时,通常不会把发动机从汽车上拆卸下来,再安装到发动机台架上去进行检测。因为这样会费时费力,增加人力物力成本,很不方便。较常用的方法是采用底盘测功机来检测汽车的发动机功率。底盘测功的目的,有时是为了获得驱动轮上的驱动力或输出功率,以便评价汽车的动力性;有时则是用获得的驱动轮上的输出功率与发动机飞轮输出功率比对,并计算出传动系的功率,以便判断汽车传动系的技术状况。底盘测功是在滚筒式试验台上进行的。滚筒式试验台是以滚筒表面代替正常道路表面状况,试验时候通过加载装置给滚筒施加负荷,模拟正常行驶时的路面阻力,是车辆的行驶最大限度的接近实际的行驶工况。汽车的动力性、经济性、制动性、滑行距离及车速表指示误差等,均可以在滚筒式试验台上进行检测。
根据底盘测功机检测的驱动轮输出功率与发动机飞轮输出功率,通过公式ηk=Pk/Pe(式中:ηk传动系的效率;Pk驱动轮输出功率KW;Pe飞轮输出功率KW)计算出传动系的效率。并与汽车的机械传动效率正常值比较,评价出该车发动机的技术状况。举例说明,轿车的传动效率ηk的正常值为0.90~0.92之间,当被检测轿车的传动效率低于这个区间值的时候,说明消耗于传动系中的离合器、变速器、转向装置等部件的能量和功率较多。提高车辆传动效率的办法则是正确调整和合理使用和润滑传动系各个部件。随着汽车使用的年限和行驶里程的增加,车辆磨损也会逐步加大,摩擦损失的能耗也逐渐增高,从而降低车的传动效率。因此,传动效率可以为汽车底盘技术状况的评定提供重要依据。
2.2 无负荷测功
无负荷测功是指发动机在节气门开度和转速变化的情况下测量发动机功率的一种测功方法,又称动态测功。此方法测功无需对发动机施加外部负荷,故而又称为无外载测功。检测时让发动机低速运转,突然全开节气门或者使油门齿杆位置为最大,发动机将克服惯性和内部各种阻力加速运转,其加速性能直接反映最大功率。这种方法不加负荷,不需要大型的测功设备,既可在实验台上进行,也可就车进行,因而提高了检测方便性和检测速度,为在用汽车提供了方便检测途径。
无负荷测功结果可根据国家相关标准,如GB 7258-2012《机动车运行安全技术条件》及GB/T 3799《汽车发动机大修竣工技术条件》等有关规定,对其检测结果进行分析判断。要求在用汽车发动机功率不得低于额定功率的75%;大修之后的发动机功率不得低于额定功率的90%。我们可以这样理解,只要测出发动机在指定转速范围内急加速时的平均加速度,即可得知发动机的动力性能。或者说通过测量某一定转速时的瞬时加速度,就可以确定出发动机的功率大小。瞬时加速度愈大,则发动机功率愈大。此外还应根据检测结果对发动机技术状况作出进一步的判断。当发动机功率偏低,因燃料供给或点火系统的技术状况调整不佳所致,则应对油、电路系统进行检测调整。若调整后仍然较低,则应检测气缸压力和进气管真空度,判断是否是机械部分的故障。如对个别气缸的技术状况有怀疑,可对其断火后再测功,从功率下降的大小来诊断该缸的工作情况。
正常工作的发动机,在某一转速下稳定地空转时,发动机的指示功率与摩擦功率是平衡的。此时,若取消任一气缸的工作,发动机转速就会有相同的下降值。当发动机在800r/min下稳定工作时,使某一缸断火,导致发动机转速平均下降值最高和最低转速下降之差不大于平均值的30%。例如,四缸发动机转速正常平均下降值为150r/min,当低于该值时,说明断火的气缸工作不良。转速下降值越小,则单杠功率越小。当下降值为零时,单杠功率也为零,此缸就不工作了。发动机单杠功率偏低的原因基本是缸高压分火线或火花塞技术状况不佳导致,也有可能是气缸密闭不良,机油混入气缸造成。特别指出,发动机功率和海拔高度之间存在密切关系。无负荷测功的检测结果是正常大气压下的发动机功率,如果海拔高度有变化则要乘以校正系数,校正到标准大气压下的发动机功率。
结束语
使用以上方法对汽车进行检测,继而判断汽车的使用情况和当下的技术状况,用定量的分析依据。为检测提高准确性和便捷性。这两种测功方式各有其特点和优点及不足,一般情况下有负荷测功(稳态测功)的结果比较准确可靠,比无负荷测功(动态测功)的精确度高。而无负荷测功的检测对场地和设备的要求也不高,整个检测过程更便捷,效率更高。
摘要：发动机功率是诊断发动机技术状况的综合性指标。针对发动机技术状况进行检测时,发动机功率、油耗及磨损情况是必须要检测的参数。本文简单探讨了有负荷测功和无负荷测功的检测特点和各自的在实际检测运用上优点和不足。
降低螺杆泵电动机功率可行性研究 篇9
1 理论研究
1.1 节能分析
螺杆泵耗电的唯一设备是电动机, 电动机的匹配是否合理直接影响螺杆泵的耗电多少。从异步电动机的功率因数、转矩和效率特性曲线 (图1) 可以看出, 随着电动机的轴功率P2相对于电动机额定功率PN的增大, 电动机的效率η、功率因数cosϕ提高, 从而达到节能的目的。
目前测试的电动机消耗功率是电动机的输入功率P1, 是输入到电动机定子上的电功率, 如图2所示, 其中一部分功率消耗于定子绕组铜耗pCu1和电动机的铁耗pFe上。扣除这些损耗后, 剩下的功率便是通过气隙中的旋转磁场, 经电磁感应作用传递到转子上的电磁功率Pem, 即
由于正常运行时, 转子频率很低 (通常只有1～3 Hz) , 转子铁耗很小, 因此, 铁耗pFe实际上主要是定子铁耗。
电磁功率Pem减去转子绕组铜耗pCu2之后便是电动机转子上获得的总机械功率Pmec, 即
电动机旋转时还有机械损耗pem和附加损耗pad, 其中附加损耗pad主要是由于定、转子上有齿槽存在, 当电动机旋转时使气隙磁通发生脉振产生的, 因此, 在定子、转子铁心中产生损耗。这种损耗在电机转子上产生制动力矩, 从而消耗了电动机转子上的一部分机械功率。以总机械功率Pmec扣去机械损耗pmec和附加损耗pad, 之后, 便是电动机转轴上输出的机械功率P2, 即
综合上述分析, 可得异步电动机的功率平衡方程式为
式中∑p为总损耗。
电动机效率
1.2 螺杆泵功率计算
螺杆泵有效功率计算方法如下:
式中:
Pe——有效功率, kW;
γ——泵输送液体的重度, N/m3。
Q——排量, m3/s;
H——扬程或举升高度, m;
ρ——液体密度, 860 kg/m3;
g——重力加速度, m/s2。
式中:
η总——地面驱动效率, 0.66;
η轴承——轴承效率, 0.94;
η齿轮——齿轮效率, 0.96;
η皮带——皮带效率, 0.96;
η机油——机油效率, 0.96;
n——功率因数, 0.8;
PN——电动机功率。
式中, a为安全系数, 1.2～1.4。
1.2.1 计算实例
按照原计算方法计算KGLB75-40型螺杆泵电动机功率。已知扬程H为1 500 m、转速为200 r/min、地面驱动效率0.66, 依据公式 (7) 计算得出有效功率Pe=4.79 kW。安全系数为1.4, 电动机功率PN为6.71 kW, 所以取7.5 kW。
1.2.2 计算实例分析
通过上述计算可以看出, 用厂商的计算方法计算功率比实际现场应用的电动机功率偏大, 主要表现在以下几个方面:
1) 选用扬程比实际的举升高度偏大, 目前螺杆泵下泵深度在900 m左右, 且有一定的沉没度。
2) 转速偏高, 目前螺杆泵采用的转速一般不高于130 r/min。
3) 螺杆泵的排量Q值偏高, 没有考虑泵效, 厂商计算按100%计算, 实际上目前现场泵效只是60%左右。
综合上述三点可知, 螺杆泵井目前配置的电动机功率偏大, 因此螺杆泵电动机功率有下降的空间。
1.2.3 结合现场实际合理匹配电机
根据目前全厂的实际情况, 按照上述计算方法, 计算得出适合于现场实际的电动机与螺杆泵泵型的匹配标准。
依据上述公式计算出适合目前第一采油厂的螺杆泵泵型与电动机匹配的标准, 见表1。
表1计算方法及公式与原方法相同, 但是, 结合实际情况对参数进行了调整, 转速采用150 r/min, 螺杆泵泵效按70%计算, 安全系数均采用1.2～1.4。
从表1可以看出, 按照目前标准电动机功率可以下调的有如下泵型:
◇KGLB75-40, 由7.5 kW下调至5.5 kW;
◇KGLB120-27, 由7.5 k W下调至5.5 k W;
◇KGLB200-27, 由11 kW下调至7.5 kW;
◇KGLB400-20, 由15 kW下调至11 kW;
◇KGLB500-14, 由22 kW下调至15 kW;
◇GLB800-14, 由30 k W下调至18.5 kW;
◇GLB1200-14, 由30 kW下调至22 kW。
2 现场试验
根据理论计算结果, 对现场55口井进行了试验, 结果见表2。
从表2看出, 换电动机前后对比, 平均单井装机功率下降6.43 kW, 有功功率下降2.76 kW, 吨液耗电下降1.25 k Wh, 系统效率提高8.18个百分点, 节电率达到20.59%, 单井日节电可达66.24 kWh, 年节电2.38×104k Wh。
摘要：螺杆泵具有低能耗、低噪音、低投入, 以及占地面积小等优点, 适用于过渡带、稠油、出砂、家属区等生产井, 尤其在节能方面具有很大的优势。大庆油田第一采油厂共有1 542口螺杆泵井, 节能潜力较大, 通过节能理论分析和螺杆泵功率计算, 得出了适合该厂的螺杆泵泵型与电动机匹配标准。现场试验结果表明优化螺杆泵井电机配置可以实现节能降耗。