基于PLC、組態(tài)軟件的高壓電機智能試驗系統(tǒng)設計(一)

第1章 引言 　　以前，我國對電機的試驗一直是非智能化的，一般采用人工單機控制,時效性較差，誤差也較大，很難滿足測試的要求。 　　近幾年來，我國對電機的智能檢測有了很大的發(fā)展，國內(nèi)電機行業(yè)的檢測裝備和檢測技術有了較快的發(fā)展,各種檢測傳感器、檢測儀器已比較齊備,而且性能也較穩(wěn)定,為電機檢測系統(tǒng)的研制提供了有利的條件。但就高壓電機檢測系統(tǒng)的實際應用而言，還存在著以下不足:高壓電機檢測系統(tǒng)的自動化程度較低、系統(tǒng)的可靠性、安全性不夠等等。 　　高壓試驗系統(tǒng)投資總額較高,而作為投資方的電機質(zhì)檢機構(gòu),希望在原有低壓檢測系統(tǒng)的基礎上進行設備改造,研制出能進行高壓電機試驗的檢測系統(tǒng)。同時,制造企業(yè)由于各種因素的制約,缺少完備的型式試驗設備和相關的專業(yè)技術人員,對存在的性能缺陷往往不能準確進行地診斷,分析缺陷的原因,提出明確的改進建議。 　　所有的電機（包括高壓電機）在出廠之前都要經(jīng)過型式試驗和性能測試，全面達到技術要求之后才能投產(chǎn)或繼續(xù)生產(chǎn)。這些測試或試驗的數(shù)據(jù)包括電機的電壓、電流、轉(zhuǎn)速、功率、轉(zhuǎn)差率、頻率、效率、溫度、電阻等，這些參數(shù)是在滿足GB1032三相異步電動機試驗方法等國家有關標準的精度及其安全要求的基礎上通過空載試驗、負載試驗、溫升試驗、轉(zhuǎn)矩試驗等多種試驗獲得的，本文所介紹的智能高壓電機試驗系統(tǒng)具有自動測試功能，通過測量數(shù)據(jù)，能夠很好地反映電機性能及其質(zhì)量。 1.1 電機型式試驗簡介 　　電機試驗是利用儀器、儀表及相關設備，按照相關標準的規(guī)定，對電機制造過程中的半成品和成品，或以電機為主體的配套產(chǎn)品的電氣性能、力學性能、安全性能及可靠性能等技術指標進行的檢驗。通過這些檢驗，可以全部或部分的反映被試電機的相關性能數(shù)據(jù)，用這些數(shù)據(jù)，可以判斷被試產(chǎn)品是否符合設計要求、品質(zhì)的優(yōu)劣以及改進的目標和方向。 　　所謂型式試驗是一種全面的性能試驗，能夠較確切地得到被試電機的有關性能參數(shù)的試驗，其目的是為了確定電機的電氣和機械參數(shù)是否全面達到技術要求，各種型式電機均需要通過本試驗才能投產(chǎn)或繼續(xù) 生產(chǎn)。國際標準和英、蘇、德等國家都把型式試驗當作一種性能試驗，用來檢查電機的特性和參數(shù)。這種試驗一般只對各種型式電機中的第一臺或首批的幾臺樣機進行，所以稱為型式試驗。 　　根據(jù)需要，試驗可包括標準中規(guī)定的所有項目，也可以是其中的一部分項目。 　　按國家標準規(guī)定，在下述情況下，應進行型式試驗： 1.新設計試制的產(chǎn)品； 2.經(jīng)鑒定定型后小批試投產(chǎn)的產(chǎn)品； 3.設計或故意上的變更足以引起電機的某些特性和參數(shù)發(fā)生變化的產(chǎn)品； 4.檢查試驗結(jié)構(gòu)與以前試驗結(jié)構(gòu)發(fā)生不可容許的偏差的產(chǎn)品； 5.產(chǎn)品自定型投產(chǎn)后的定期抽試。 1.1.1 空載試驗和負載試驗 　　電機試驗的項目很多，如空載試驗、負載試驗、堵轉(zhuǎn)試驗、溫升試驗等等，在此系統(tǒng)設計中只介紹和設計了空載和負載試驗。所以有必要弄清它們的試驗目的和試驗過程。 1.空載特性試驗 (1)試驗目的： 三相異步電動機的空載試驗是給定子施加額定頻率的額定電壓，試驗目的： a.檢查電機的運轉(zhuǎn)的靈活情況，有無異常噪聲和較強的振動； b.通過測試求得電機在額定電壓時的鐵心損耗和在額定轉(zhuǎn)速時的機械損耗； c.通過試驗得出空載電流與空載電壓的關系曲線。這條曲線其實就是一條磁化曲線。它可以反映出電機磁路工作的情況，例如鐵心材料的性能，轉(zhuǎn)子的氣隙等的選擇是否合理。 (2)試驗過程： 　　將電機啟動后保持額定電壓和額定頻率空載運行到機械損耗穩(wěn)定。判斷機械損耗穩(wěn)定的標準是：輸入功率相隔半個小時的兩個讀數(shù)之差不大于前一次輸入功率的3%，在實際應用中，一般憑經(jīng)驗來確定，對1KW以下的電機一般運行15～30min,對1～10KW的電機一般運行30～60min,對大于10KW的電機應為60～90min. 試驗時，施于定子繞組上的電壓從1.1～1.3Un開始，逐漸降低到可能達到的最低電壓值，使電流開始回升為止，其間測取7～9個點，每個點應測取下列數(shù)值：三相電壓（如可確定三相平衡時，可只測一相），三相電流，輸入功率P0。 2.負載試驗 (1)試驗目的： 　　負載試驗的目的實際上是要測取電機的工作特性曲線，考慮效率和功率因素是否合格，取得分析電機運行性能的必要數(shù)據(jù)。 (2)試驗過程： 　　測試應在被試電機接近熱狀態(tài)下進行，在額定功率和額定頻率下，改變負載，在1.25～0.25倍額定功率范圍內(nèi)測取6～8點讀數(shù)，每點同時測量：三相電壓，三相電流，輸入功率，功率因素，轉(zhuǎn)差率，輸出轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)差率實際是通過測出轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速計算出來的。 1.1.2 電機測試標準 　　本試驗中要實現(xiàn)系統(tǒng)的設計首先必須滿足GB1032三相異步電動機試驗方法等國家有關標準的精度及安全要求： 1.試驗電源 1)試驗電源的電壓波形正弦畸變率（電壓波形中所包含的除基波分量以外的各次諧波的有效值平方和的根值與基波分量有效值之比的百分數(shù)）應不超過5%，在進行溫升試驗時應不超過2.5%。 2)試驗電源的三相電壓對稱系統(tǒng)應符合下述要求： 　　電壓的負序分量和零序分量均不超過正序分量的1%；在進行溫升試驗時，負序分量不超過正序分量的0.5%,零序分量的影響予以消除。 　　試驗電源的頻率與額定頻率之差應在額定頻率?1%范圍內(nèi)。 2.測量儀表 　　試驗時，采用的電氣測量儀表的準確度應不低于0.5級，三相瓦特表的準確度應不低于1.0級，互感器的準確度應不低于0.2級，電量變送器的準確度應不低于0.5%級（檢查試驗時應不低于1%），數(shù)字式轉(zhuǎn)速測量儀及轉(zhuǎn)差率測量儀的準確度應不低于0.1%?1個字，轉(zhuǎn)矩測量儀及測功機的準確度應不低于1%（實測效率應不低于0.5%）。 　　選擇儀表時，應使測量值位于20%-95%儀表量程范圍內(nèi)。 3.測量要求 進行電氣測量時，應遵循下列要求： 1) 三相電流用三電流互感器（或二互感器）法。 2) 采用電流互感器時，接入付邊回路儀表的總阻抗（包括連接導線）應不超過其額定阻抗值。 3)試驗時，各儀表讀數(shù)同時讀取。在測量三相電壓或三相電流時，應取三相讀數(shù)的平均值作為測量的實際值。 1.2 電機自動測試的特點及和當前電機測試的現(xiàn)狀 　　以往的電機測試往往采用普通的指針式儀表由人工讀數(shù)、人工記錄，然后由人工整理成數(shù)據(jù)并描繪曲線或編寫實驗報告。由于某些原因如電源的波動、頻率波動、負載波動等因素會使儀表的指針擺動，為了能比較準確的讀出某一瞬間的各項被測參數(shù)，往往需要幾個人同時讀表，工作效率低。不僅如此，由于讀表的不同時性以及讀數(shù)、記錄、計算中各種人為誤差還會使實驗數(shù)據(jù)分散性大，試驗經(jīng)過的準確度低，重復性差，現(xiàn)在這種測試方法基本被淘汰。