CN109901068B - 一种感应电机的空载铁耗测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种感应电机的空载铁耗测试方法，该方法包括：在感应电机空载下，检测感应电机在预定输入电压和频率下工作时的空载损耗参数得到电机恒定损耗；将转子通过磁悬浮轴承套接于测试驱动装置的动力输出转轴上；开启测试驱动装置驱动转子旋转，并在预定输入电压和频率下检测风摩损耗参数得到风摩损耗；将转子通过旋转轴承套接于测试驱动装置的动力输出转轴上；并在真空环境下开启测试驱动装置驱动转子旋转，并在预定输入电压和频率下检测机械摩擦损耗参数得到机械摩擦损耗；通过电机恒定损耗、风摩损耗和机械摩擦损耗获取感应电机的空载铁耗。本发明能够有效测出电机内部的风摩损耗和机械摩擦损耗，从而准确地获取感应电机的空载铁耗。

Description

一种感应电机的空载铁耗测试方法

技术领域

本发明涉及感应电机技术领域，尤其涉及一种感应电机的空载铁耗测试方法。

背景技术

感应电机因其结构简单、成本低、可靠性高在国民经济的各个领域有着广泛的应用，近年来，很多学者对感应电机的损耗获取进行了大量研究，但由于条件有限，无法对杂散损耗、风摩损耗，特别是机械摩擦损耗产生的机械损耗进行准确获取，使得电机的损耗的准确测试仍然存在难点。

因此，提供一种感应电机的空载铁耗测试方法。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的感应电机的空载铁耗测试方法，能够有效测出电机内部的风摩损耗和机械摩擦损耗，从而准确地获取感应电机的空载铁耗。

根据本发明的一个方面，提供一种感应电机的空载铁耗测试方法，包括：

在感应电机空载下，检测感应电机在预定输入电压和频率下工作时的空载损耗参数得到电机恒定损耗；

将转子通过磁悬浮轴承套接于测试驱动装置的动力输出转轴上；开启测试驱动装置驱动转子旋转，并在预定输入电压和频率下检测风摩损耗参数得到风摩损耗；

将转子通过旋转轴承套接于测试驱动装置的动力输出转轴上；并在真空环境下开启测试驱动装置驱动转子旋转，并在预定输入电压和频率下检测机械摩擦损耗参数得到机械摩擦损耗；

根据能量守恒定律通过电机恒定损耗、风摩损耗和机械摩擦损耗获取感应电机的空载铁耗。

进一步地，空载损耗参数包括电机相数、输入电流、线电流和线电阻，风摩损耗参数包括风摩转矩和风摩转速，机械摩擦损耗参数包括机械摩擦转矩和机械摩擦转速。

进一步地，上述感应电机的空载铁耗测试方法，还包括：在额定电压预定区间内选取多个均匀分布的电压值，测定在不同电压值下感应电机的空载铁耗值，根据电压值和空载铁耗值绘制空载铁耗-电压曲线。

进一步地，检测感应电机在预定输入电压和频率下工作时的空载损耗参数得到电机恒定损耗，具体包括：

根据输入电流和输入电压获取电机输入有功功率；

根据线电流和线电阻获取相电流有效值和相电阻；

根据电机相数、相电流有效值和相电阻获取电机铜耗；

根据电机输入有功功率和电机铜耗获取感应电机的恒定损耗。

进一步地，通过以下公式根据输入电流和输入电压获取电机输入有功功率：

P₀＝U₀I₀cosφ

其中，P₀为电机输入有功功率，U₀为输入电压，I₀为输入电流，φ为输入电压与输入电流的相位差角。

进一步地，通过以下公式根据电机相数、相电流有效值和相电阻获取电机铜耗：

P_e＝nI ²R

其中，P_e为电机铜耗，n为电机相数，I为相电流有效值，R为相电阻。

进一步地，通过以下公式根据电机输入有功功率和电机铜耗获取感应电机的恒定损耗：

P_con＝P₀-P_e

其中，P_con为感应电机的恒定损耗，P₀为电机输入有功功率，P_e为电机铜耗。

进一步地，通过以下公式得到风摩损耗：

P_fw＝T₁*n₁/9.55

其中，P_fw为感应电机的风摩损耗，T₁为风摩转矩，n₁为风摩转速。

进一步地，通过以下公式得到机械摩擦损耗：

P_me＝T₂*n₂/9.55

其中，P_me为感应电机的机械摩擦损耗，T₂为机械摩擦转矩，n₂为机械摩擦转速。

进一步地，通过以下公式通过电机恒定损耗、风摩损耗和机械摩擦损耗获取感应电机的空载铁耗：

P_Fe＝P_con-P_fw-P_me

其中，P_Fe为感应电机的空载铁耗，P_con为感应电机的恒定损耗，P_fw为感应电机的风摩损耗，P_me为感应电机的机械摩擦损耗。

本发明与现有技术相比具有以下的优点：

本发明通过将转子通过磁悬浮轴承套接于测试驱动装置的动力输出转轴上进行测试得到风摩损耗，并将转子通过旋转轴承套接于测试驱动装置的动力输出转轴上进行测试得到机械摩擦损耗，以有效测出电机内部的风摩损耗和机械摩擦损耗，从而准确地获取感应电机的空载铁耗。

附图说明

以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明的感应电机的空载铁耗测试方法步骤图；

图2是本发明的感应电机空载试验结构连接图；

图3是本发明的转子试验结构连接图，

在附图中，1-待测感应电机，2-待测感应电机电源，3-待测感应电机功率仪，4-测试驱动装置，5-测试驱动装置电源，6-测试驱动装置功率仪，7-转子，8-转速转矩测量仪。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

图1是本发明的感应电机的空载铁耗测试方法步骤图，本发明提供的感应电机的空载铁耗测试方法，适用于笼形感应电机，包括：

S1，在感应电机空载下，检测感应电机在预定输入电压和频率下工作时的空载损耗参数得到电机恒定损耗，其中，空载损耗参数包括电机相数、输入电流、线电流和线电阻。

图2是本发明的感应电机空载试验结构连接图，在图2中，待测感应电机电源2、待测感应电机功率仪3和待测感应电机1依次电连接，使得在待测感应电机电源2提供预定输入电压和频率下，待测感应电机1工作，并且待测感应电机功率仪3实时采集输入电流。

具体地，对待测电机进行空载试验过程如下：将待测电机接工频电源，并用待测感应电机功率仪采集输入电流，输入电压，并记录采集时的绕组电阻值。在记录数据前，保证电机输入有功功率稳定，应确保在30分钟内电机输入有功功率的波动率小于3％。对于输入电流，输入电压以及电机输入有功功率的数值，可以在待测感应电机功率仪上直接读取，也可以自行计算。

具体地，检测感应电机在预定输入电压和频率下工作时的空载损耗参数得到电机恒定损耗，具体包括：

S11，根据输入电流和输入电压获取电机输入有功功率。通过以下公式根据输入电流和输入电压获取电机输入有功功率：

P₀＝U₀I₀cosφ

其中，P₀为电机输入有功功率，U₀为输入电压，I₀为输入电流，φ为输入电压与输入电流的相位差角。

S12，根据线电流和线电阻获取相电流有效值和相电阻。

具体地，当电机相数为三相并且三相对称负载时，绕组联接方式为星型的情况下，相电阻为线电阻的0.5倍，绕组联接方式为三角形型的情况下，相电阻为线电阻的1.5倍；当电机相数为三相并且三相对称负载时，绕组联接方式为星型的情况下，相电流有效值与线电流相等，绕组联接方式为三角形型的情况下，线电流为相电流有效值的

倍。

S13，根据电机相数、相电流有效值和相电阻获取电机铜耗。通过以下公式根据电机相数、相电流有效值和相电阻获取电机铜耗：

P_e＝n I ²R

其中，P_e为电机铜耗，n为电机相数，I为相电流有效值，R为相电阻。

当电机相数为三相并且三相对称负载时，还可以直接通过以下公式根据线电流和线电阻获取电机铜耗：

其中，P_e为电机铜耗，U为线电流，I为线电压，

为相电流与相电压的相位差角。

S14，根据电机输入有功功率和电机铜耗获取感应电机的恒定损耗。通过以下公式根据电机输入有功功率和电机铜耗获取感应电机的恒定损耗：

P_con＝P₀-P_e

其中，P_con为感应电机的恒定损耗，P₀为电机输入有功功率，P_e为电机铜耗。

S2，将转子通过磁悬浮轴承套接于测试驱动装置的动力输出转轴上；开启测试驱动装置驱动转子旋转，并在预定输入电压和频率下检测风摩损耗参数得到风摩损耗，其中，风摩损耗参数包括风摩转矩和风摩转速。本步骤可以通过图3的转子试验结构连接图实现，将测试驱动装置电源5、测试驱动装置4、转速转矩测量仪8和转子7连接，在测试驱动装置电源5提供预定输入电压和频率下，测试驱动装置4带动转子7旋转，并且转速转矩测量仪8检测转矩和转速。

在实际应用中，将转子通过磁悬浮轴承套接于测试驱动装置的动力输出转轴上；开启测试驱动装置驱动转子旋转，并在预定输入电压和频率下检测风摩损耗参数，具体实现如下：

提供测试驱动装置以及用于供电的测试驱动装置电源，并提供用于检测转子转矩和转速的转速转矩测量仪，将测试驱动装置电源、测试驱动装置、转速转矩测量仪和转子连接，在测试驱动装置电源提供预定输入电压和频率下，测试驱动装置带动转子旋转，并且转速转矩测量仪检测风摩转矩和风摩转速。

通过以下公式得到风摩损耗：

P_fw＝T₁*n₁/9.55

其中，P_fw为感应电机的风摩损耗，T₁为风摩转矩，n₁为风摩转速。

S3，将转子通过旋转轴承套接于测试驱动装置的动力输出转轴上；并在真空环境下开启测试驱动装置驱动转子旋转，并在预定输入电压和频率下检测机械摩擦损耗参数得到机械摩擦损耗，其中，机械摩擦损耗参数包括机械摩擦转矩和机械摩擦转速。本步骤可以通过图3的转子试验结构连接图实现。

在实际应用中，将转子通过旋转轴承套接于测试驱动装置的动力输出转轴上；并在真空环境下开启测试驱动装置驱动转子旋转，并在预定输入电压和频率下检测机械摩擦损耗参数，具体实现如下：

提供测试驱动装置以及用于供电的测试驱动装置电源，并提供用于检测转子转矩和转速的转速转矩测量仪，将测试驱动装置电源、测试驱动装置、转速转矩测量仪和转子依次连接，在测试驱动装置电源提供预定输入电压和频率下，测试驱动装置带动转子旋转，并且转速转矩测量仪检测机械摩擦转矩和机械摩擦转速。

通过以下公式根据机械摩擦转矩和机械摩擦转速获取感应电机的机械摩擦损耗：

P_me＝T₂*n₂/9.55

其中，P_me为感应电机的机械摩擦损耗，T₂为机械摩擦转矩，n₂为机械摩擦转速，其中，由于转子在步骤S2和S3中的电源供电条件相同，即在与步骤S1中相同的预定输入电压和频率下，该机械摩擦转速与风摩转速相等。

S4，根据能量守恒定律通过电机恒定损耗、风摩损耗和机械摩擦损耗获取感应电机的空载铁耗。在这里，根据能量守恒定律，电机输入有功功率＝电机铜耗+空载铁耗+风摩损耗+机械摩擦损耗，因此，可以通过以下公式通过电机恒定损耗、风摩损耗和机械摩擦损耗获取感应电机的空载铁耗：

P_Fe＝P_con-P_fw-P_me

其中，P_Fe为感应电机的空载铁耗，P_con为感应电机的恒定损耗，P_fw为感应电机的风摩损耗，P_me为感应电机的机械摩擦损耗。

本发明通过将转子通过磁悬浮轴承套接于测试驱动装置的动力输出转轴上进行测试得到风摩损耗，并将转子通过旋转轴承套接于测试驱动装置的动力输出转轴上进行测试得到机械摩擦损耗，以有效测出电机内部的风摩损耗和机械摩擦损耗，从而准确地获取感应电机的空载铁耗，该空载铁耗用于感应电机出厂时标识，便于感应电机的维修、更换和安装应用。

进一步地，上述感应电机的空载铁耗测试方法，还包括：在额定电压预定区间内选取多个均匀分布的电压值，测定在不同电压值下感应电机的空载铁耗值，根据电压值和空载铁耗值绘制空载铁耗-电压曲线。

具体地，空载铁耗-电压曲线可以在0.9～1.1倍额定电压区间内且选取至少包括四个均匀点在内的电压数值测取。利用测试得到的P_Fe-U曲线并求解曲线近似指数函数，此函数即为电机铁耗曲线。此曲线可以用于电机整个测试过程中(包括空载与负载)，获取电机效率。

对于方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明实施例并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明实施例，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作并不一定是本发明实施例所必须的。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种感应电机的空载铁耗测试方法，其特征在于，包括：

在感应电机空载下，检测感应电机在预定输入电压和频率下工作时的空载损耗参数得到电机恒定损耗；

将转子通过磁悬浮轴承套接于测试驱动装置的动力输出转轴上；开启测试驱动装置驱动转子旋转，并在预定输入电压和频率下检测风摩损耗参数得到风摩损耗；

将转子通过旋转轴承套接于测试驱动装置的动力输出转轴上；并在真空环境下开启测试驱动装置驱动转子旋转，并在预定输入电压和频率下检测机械摩擦损耗参数得到机械摩擦损耗；

根据能量守恒定律通过电机恒定损耗、风摩损耗和机械摩擦损耗获取感应电机的空载铁耗；

通过以下公式得到风摩损耗：

P_fw＝T₁*n₁/9.55

其中，P_fw为感应电机的风摩损耗，T₁为风摩转矩，n₁为风摩转速；

通过以下公式得到机械摩擦损耗：

P_me＝T₂*n₂/9.55

其中，P_me为感应电机的机械摩擦损耗，T₂为机械摩擦转矩，n₂为机械摩擦转速；

通过以下公式通过电机恒定损耗、风摩损耗和机械摩擦损耗获取感应电机的空载铁耗：

P_Fe＝P_con-P_fw-P_me

其中，P_Fe为感应电机的空载铁耗，P_con为感应电机的恒定损耗，P_fw为感应电机的风摩损耗，P_me为感应电机的机械摩擦损耗；

电源供电条件相同。

2.根据权利要求1所述的感应电机的空载铁耗测试方法，其特征在于，空载损耗参数包括电机相数、输入电流、线电流和线电阻，风摩损耗参数包括风摩转矩和风摩转速，机械摩擦损耗参数包括机械摩擦转矩和机械摩擦转速。

3.根据权利要求1所述的感应电机的空载铁耗测试方法，其特征在于，还包括：在额定电压预定区间内选取多个均匀分布的电压值，测定在不同电压值下感应电机的空载铁耗值，根据电压值和空载铁耗值绘制空载铁耗-电压曲线。

4.根据权利要求2所述的感应电机的空载铁耗测试方法，其特征在于，检测感应电机在预定输入电压和频率下工作时的空载损耗参数得到电机恒定损耗，具体包括：

根据输入电流和输入电压获取电机输入有功功率；

根据线电流和线电阻获取相电流有效值和相电阻；

根据电机相数、相电流有效值和相电阻获取电机铜耗；

根据电机输入有功功率和电机铜耗获取感应电机的恒定损耗。

5.根据权利要求4所述的感应电机的空载铁耗测试方法，其特征在于，通过以下公式根据输入电流和输入电压获取电机输入有功功率：

P₀＝U₀I₀cosφ

其中，P₀为电机输入有功功率，U₀为输入电压，I₀为输入电流，φ为输入电压与输入电流的相位差角。

6.根据权利要求5所述的感应电机的空载铁耗测试方法，其特征在于，通过以下公式根据电机相数、相电流有效值和相电阻获取电机铜耗：

P_e＝n I²R

其中，P_e为电机铜耗，n为电机相数，I为相电流有效值，R为相电阻。

7.根据权利要求6所述的感应电机的空载铁耗测试方法，其特征在于，通过以下公式根据电机输入有功功率和电机铜耗获取感应电机的恒定损耗：

P_con＝P₀-P_e

其中，P_con为感应电机的恒定损耗，P₀为电机输入有功功率，P_e为电机铜耗。

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