基于PLC、组态软件的高压电机智能试验系统设计(一)

第1章 引言 　　以前，我国对电机的试验一直是非智能化的，一般采用人工单机控制,时效性较差，误差也较大，很难满足测试的要求。 　　近几年来，我国对电机的智能检测有了很大的发展，国内电机行业的检测装备和检测技术有了较快的发展,各种检测传感器、检测仪器已比较齐备,而且性能也较稳定,为电机检测系统的研制提供了有利的条件。但就高压电机检测系统的实际应用而言，还存在着以下不足:高压电机检测系统的自动化程度较低、系统的可靠性、安全性不够等等。 　　高压试验系统投资总额较高,而作为投资方的电机质检机构,希望在原有低压检测系统的基础上进行设备改造,研制出能进行高压电机试验的检测系统。同时,制造企业由于各种因素的制约,缺少完备的型式试验设备和相关的专业技术人员,对存在的性能缺陷往往不能准确进行地诊断,分析缺陷的原因,提出明确的改进建议。 　　所有的电机（包括高压电机）在出厂之前都要经过型式试验和性能测试，全面达到技术要求之后才能投产或继续生产。这些测试或试验的数据包括电机的电压、电流、转速、功率、转差率、频率、效率、温度、电阻等，这些参数是在满足GB1032三相异步电动机试验方法等国家有关标准的精度及其安全要求的基础上通过空载试验、负载试验、温升试验、转矩试验等多种试验获得的，本文所介绍的智能高压电机试验系统具有自动测试功能，通过测量数据，能够很好地反映电机性能及其质量。 1.1 电机型式试验简介 　　电机试验是利用仪器、仪表及相关设备，按照相关标准的规定，对电机制造过程中的半成品和成品，或以电机为主体的配套产品的电气性能、力学性能、安全性能及可靠性能等技术指标进行的检验。通过这些检验，可以全部或部分的反映被试电机的相关性能数据，用这些数据，可以判断被试产品是否符合设计要求、品质的优劣以及改进的目标和方向。 　　所谓型式试验是一种全面的性能试验，能够较确切地得到被试电机的有关性能参数的试验，其目的是为了确定电机的电气和机械参数是否全面达到技术要求，各种型式电机均需要通过本试验才能投产或继续 生产。国际标准和英、苏、德等国家都把型式试验当作一种性能试验，用来检查电机的特性和参数。这种试验一般只对各种型式电机中的第一台或首批的几台样机进行，所以称为型式试验。 　　根据需要，试验可包括标准中规定的所有项目，也可以是其中的一部分项目。 　　按国家标准规定，在下述情况下，应进行型式试验： 1.新设计试制的产品； 2.经鉴定定型后小批试投产的产品； 3.设计或故意上的变更足以引起电机的某些特性和参数发生变化的产品； 4.检查试验结构与以前试验结构发生不可容许的偏差的产品； 5.产品自定型投产后的定期抽试。 1.1.1 空载试验和负载试验 　　电机试验的项目很多，如空载试验、负载试验、堵转试验、温升试验等等，在此系统设计中只介绍和设计了空载和负载试验。所以有必要弄清它们的试验目的和试验过程。 1.空载特性试验 (1)试验目的： 三相异步电动机的空载试验是给定子施加额定频率的额定电压，试验目的： a.检查电机的运转的灵活情况，有无异常噪声和较强的振动； b.通过测试求得电机在额定电压时的铁心损耗和在额定转速时的机械损耗； c.通过试验得出空载电流与空载电压的关系曲线。这条曲线其实就是一条磁化曲线。它可以反映出电机磁路工作的情况，例如铁心材料的性能，转子的气隙等的选择是否合理。 (2)试验过程： 　　将电机启动后保持额定电压和额定频率空载运行到机械损耗稳定。判断机械损耗稳定的标准是：输入功率相隔半个小时的两个读数之差不大于前一次输入功率的3%，在实际应用中，一般凭经验来确定，对1KW以下的电机一般运行15～30min,对1～10KW的电机一般运行30～60min,对大于10KW的电机应为60～90min. 试验时，施于定子绕组上的电压从1.1～1.3Un开始，逐渐降低到可能达到的最低电压值，使电流开始回升为止，其间测取7～9个点，每个点应测取下列数值：三相电压（如可确定三相平衡时，可只测一相），三相电流，输入功率P0。 2.负载试验 (1)试验目的： 　　负载试验的目的实际上是要测取电机的工作特性曲线，考虑效率和功率因素是否合格，取得分析电机运行性能的必要数据。 (2)试验过程： 　　测试应在被试电机接近热状态下进行，在额定功率和额定频率下，改变负载，在1.25～0.25倍额定功率范围内测取6～8点读数，每点同时测量：三相电压，三相电流，输入功率，功率因素，转差率，输出转矩。转差率实际是通过测出转子的转速计算出来的。 1.1.2 电机测试标准 　　本试验中要实现系统的设计首先必须满足GB1032三相异步电动机试验方法等国家有关标准的精度及安全要求： 1.试验电源 1)试验电源的电压波形正弦畸变率（电压波形中所包含的除基波分量以外的各次谐波的有效值平方和的根值与基波分量有效值之比的百分数）应不超过5%，在进行温升试验时应不超过2.5%。 2)试验电源的三相电压对称系统应符合下述要求： 　　电压的负序分量和零序分量均不超过正序分量的1%；在进行温升试验时，负序分量不超过正序分量的0.5%,零序分量的影响予以消除。 　　试验电源的频率与额定频率之差应在额定频率�1%范围内。 2.测量仪表 　　试验时，采用的电气测量仪表的准确度应不低于0.5级，三相瓦特表的准确度应不低于1.0级，互感器的准确度应不低于0.2级，电量变送器的准确度应不低于0.5%级（检查试验时应不低于1%），数字式转速测量仪及转差率测量仪的准确度应不低于0.1%�1个字，转矩测量仪及测功机的准确度应不低于1%（实测效率应不低于0.5%）。 　　选择仪表时，应使测量值位于20%-95%仪表量程范围内。 3.测量要求 进行电气测量时，应遵循下列要求： 1) 三相电流用三电流互感器（或二互感器）法。 2) 采用电流互感器时，接入付边回路仪表的总阻抗（包括连接导线）应不超过其额定阻抗值。 3)试验时，各仪表读数同时读取。在测量三相电压或三相电流时，应取三相读数的平均值作为测量的实际值。 1.2 电机自动测试的特点及和当前电机测试的现状 　　以往的电机测试往往采用普通的指针式仪表由人工读数、人工记录，然后由人工整理成数据并描绘曲线或编写实验报告。由于某些原因如电源的波动、频率波动、负载波动等因素会使仪表的指针摆动，为了能比较准确的读出某一瞬间的各项被测参数，往往需要几个人同时读表，工作效率低。不仅如此，由于读表的不同时性以及读数、记录、计算中各种人为误差还会使实验数据分散性大，试验经过的准确度低，重复性差，现在这种测试方法基本被淘汰。