基于PLC、組態(tài)軟件的高壓電機(jī)智能試驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)(一)

第1章 引言 　　以前，我國(guó)對(duì)電機(jī)的試驗(yàn)一直是非智能化的，一般采用人工單機(jī)控制,時(shí)效性較差，誤差也較大，很難滿足測(cè)試的要求。 　　近幾年來，我國(guó)對(duì)電機(jī)的智能檢測(cè)有了很大的發(fā)展，國(guó)內(nèi)電機(jī)行業(yè)的檢測(cè)裝備和檢測(cè)技術(shù)有了較快的發(fā)展,各種檢測(cè)傳感器、檢測(cè)儀器已比較齊備,而且性能也較穩(wěn)定,為電機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)的研制提供了有利的條件。但就高壓電機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用而言，還存在著以下不足:高壓電機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)的自動(dòng)化程度較低、系統(tǒng)的可靠性、安全性不夠等等。 　　高壓試驗(yàn)系統(tǒng)投資總額較高,而作為投資方的電機(jī)質(zhì)檢機(jī)構(gòu),希望在原有低壓檢測(cè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)備改造,研制出能進(jìn)行高壓電機(jī)試驗(yàn)的檢測(cè)系統(tǒng)。同時(shí),制造企業(yè)由于各種因素的制約,缺少完備的型式試驗(yàn)設(shè)備和相關(guān)的專業(yè)技術(shù)人員,對(duì)存在的性能缺陷往往不能準(zhǔn)確進(jìn)行地診斷,分析缺陷的原因,提出明確的改進(jìn)建議。 　　所有的電機(jī)（包括高壓電機(jī)）在出廠之前都要經(jīng)過型式試驗(yàn)和性能測(cè)試，全面達(dá)到技術(shù)要求之后才能投產(chǎn)或繼續(xù)生產(chǎn)。這些測(cè)試或試驗(yàn)的數(shù)據(jù)包括電機(jī)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(dòng)機(jī)試驗(yàn)方法等國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的精度及其安全要求的基礎(chǔ)上通過空載試驗(yàn)、負(fù)載試驗(yàn)、溫升試驗(yàn)、轉(zhuǎn)矩試驗(yàn)等多種試驗(yàn)獲得的，本文所介紹的智能高壓電機(jī)試驗(yàn)系統(tǒng)具有自動(dòng)測(cè)試功能，通過測(cè)量數(shù)據(jù)，能夠很好地反映電機(jī)性能及其質(zhì)量。 1.1 電機(jī)型式試驗(yàn)簡(jiǎn)介 　　電機(jī)試驗(yàn)是利用儀器、儀表及相關(guān)設(shè)備，按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，對(duì)電機(jī)制造過程中的半成品和成品，或以電機(jī)為主體的配套產(chǎn)品的電氣性能、力學(xué)性能、安全性能及可靠性能等技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行的檢驗(yàn)。通過這些檢驗(yàn)，可以全部或部分的反映被試電機(jī)的相關(guān)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(shè)計(jì)要求、品質(zhì)的優(yōu)劣以及改進(jìn)的目標(biāo)和方向。 　　所謂型式試驗(yàn)是一種全面的性能試驗(yàn)，能夠較確切地得到被試電機(jī)的有關(guān)性能參數(shù)的試驗(yàn)，其目的是為了確定電機(jī)的電氣和機(jī)械參數(shù)是否全面達(dá)到技術(shù)要求，各種型式電機(jī)均需要通過本試驗(yàn)才能投產(chǎn)或繼續(xù) 生產(chǎn)。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和英、蘇、德等國(guó)家都把型式試驗(yàn)當(dāng)作一種性能試驗(yàn)，用來檢查電機(jī)的特性和參數(shù)。這種試驗(yàn)一般只對(duì)各種型式電機(jī)中的第一臺(tái)或首批的幾臺(tái)樣機(jī)進(jìn)行，所以稱為型式試驗(yàn)。 　　根據(jù)需要，試驗(yàn)可包括標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的所有項(xiàng)目，也可以是其中的一部分項(xiàng)目。 　　按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，在下述情況下，應(yīng)進(jìn)行型式試驗(yàn)： 1.新設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)或故意上的變更足以引起電機(jī)的某些特性和參數(shù)發(fā)生變化的產(chǎn)品； 4.檢查試驗(yàn)結(jié)構(gòu)與以前試驗(yàn)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(yàn)和負(fù)載試驗(yàn) 　　電機(jī)試驗(yàn)的項(xiàng)目很多，如空載試驗(yàn)、負(fù)載試驗(yàn)、堵轉(zhuǎn)試驗(yàn)、溫升試驗(yàn)等等，在此系統(tǒng)設(shè)計(jì)中只介紹和設(shè)計(jì)了空載和負(fù)載試驗(yàn)。所以有必要弄清它們的試驗(yàn)?zāi)康暮驮囼?yàn)過程。 1.空載特性試驗(yàn) (1)試驗(yàn)?zāi)康模?三相異步電動(dòng)機(jī)的空載試驗(yàn)是給定子施加額定頻率的額定電壓，試驗(yàn)?zāi)康模?a.檢查電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)的靈活情況，有無異常噪聲和較強(qiáng)的振動(dòng)； b.通過測(cè)試求得電機(jī)在額定電壓時(shí)的鐵心損耗和在額定轉(zhuǎn)速時(shí)的機(jī)械損耗； c.通過試驗(yàn)得出空載電流與空載電壓的關(guān)系曲線。這條曲線其實(shí)就是一條磁化曲線。它可以反映出電機(jī)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(yàn)過程： 　　將電機(jī)啟動(dòng)后保持額定電壓和額定頻率空載運(yùn)行到機(jī)械損耗穩(wěn)定。判斷機(jī)械損耗穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)是：輸入功率相隔半個(gè)小時(shí)的兩個(gè)讀數(shù)之差不大于前一次輸入功率的3%，在實(shí)際應(yīng)用中，一般憑經(jīng)驗(yàn)來確定，對(duì)1KW以下的電機(jī)一般運(yùn)行15～30min,對(duì)1～10KW的電機(jī)一般運(yùn)行30～60min,對(duì)大于10KW的電機(jī)應(yīng)為60～90min. 試驗(yàn)時(shí)，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(dá)到的最低電壓值，使電流開始回升為止，其間測(cè)取7～9個(gè)點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)應(yīng)測(cè)取下列數(shù)值：三相電壓（如可確定三相平衡時(shí)，可只測(cè)一相），三相電流，輸入功率P0。 2.負(fù)載試驗(yàn) (1)試驗(yàn)?zāi)康模?　　負(fù)載試驗(yàn)的目的實(shí)際上是要測(cè)取電機(jī)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(jī)運(yùn)行性能的必要數(shù)據(jù)。 (2)試驗(yàn)過程： 　　測(cè)試應(yīng)在被試電機(jī)接近熱狀態(tài)下進(jìn)行，在額定功率和額定頻率下，改變負(fù)載，在1.25～0.25倍額定功率范圍內(nèi)測(cè)取6～8點(diǎn)讀數(shù)，每點(diǎn)同時(shí)測(cè)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(shí)際是通過測(cè)出轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速計(jì)算出來的。 1.1.2 電機(jī)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn) 　　本試驗(yàn)中要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)首先必須滿足GB1032三相異步電動(dòng)機(jī)試驗(yàn)方法等國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的精度及安全要求： 1.試驗(yàn)電源 1)試驗(yàn)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?jǐn)?shù)）應(yīng)不超過5%，在進(jìn)行溫升試驗(yàn)時(shí)應(yīng)不超過2.5%。 2)試驗(yàn)電源的三相電壓對(duì)稱系統(tǒng)應(yīng)符合下述要求： 　　電壓的負(fù)序分量和零序分量均不超過正序分量的1%；在進(jìn)行溫升試驗(yàn)時(shí)，負(fù)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(yàn)電源的頻率與額定頻率之差應(yīng)在額定頻率?1%范圍內(nèi)。 2.測(cè)量?jī)x表 　　試驗(yàn)時(shí)，采用的電氣測(cè)量?jī)x表的準(zhǔn)確度應(yīng)不低于0.5級(jí)，三相瓦特表的準(zhǔn)確度應(yīng)不低于1.0級(jí)，互感器的準(zhǔn)確度應(yīng)不低于0.2級(jí)，電量變送器的準(zhǔn)確度應(yīng)不低于0.5%級(jí)（檢查試驗(yàn)時(shí)應(yīng)不低于1%），數(shù)字式轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x及轉(zhuǎn)差率測(cè)量?jī)x的準(zhǔn)確度應(yīng)不低于0.1%?1個(gè)字，轉(zhuǎn)矩測(cè)量?jī)x及測(cè)功機(jī)的準(zhǔn)確度應(yīng)不低于1%（實(shí)測(cè)效率應(yīng)不低于0.5%）。 　　選擇儀表時(shí)，應(yīng)使測(cè)量值位于20%-95%儀表量程范圍內(nèi)。 3.測(cè)量要求 進(jìn)行電氣測(cè)量時(shí)，應(yīng)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(shí)，接入付邊回路儀表的總阻抗（包括連接導(dǎo)線）應(yīng)不超過其額定阻抗值。 3)試驗(yàn)時(shí)，各儀表讀數(shù)同時(shí)讀取。在測(cè)量三相電壓或三相電流時(shí)，應(yīng)取三相讀數(shù)的平均值作為測(cè)量的實(shí)際值。 1.2 電機(jī)自動(dòng)測(cè)試的特點(diǎn)及和當(dāng)前電機(jī)測(cè)試的現(xiàn)狀 　　以往的電機(jī)測(cè)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(shí)驗(yàn)報(bào)告。由于某些原因如電源的波動(dòng)、頻率波動(dòng)、負(fù)載波動(dòng)等因素會(huì)使儀表的指針擺動(dòng)，為了能比較準(zhǔn)確的讀出某一瞬間的各項(xiàng)被測(cè)參數(shù)，往往需要幾個(gè)人同時(shí)讀表，工作效率低。不僅如此，由于讀表的不同時(shí)性以及讀數(shù)、記錄、計(jì)算中各種人為誤差還會(huì)使實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分散性大，試驗(yàn)經(jīng)過的準(zhǔn)確度低，重復(fù)性差，現(xiàn)在這種測(cè)試方法基本被淘汰。