基于电压电流测试变频电机功率技术方案研究

赵宁

(胜利油田技术检测中心,山东东营 257000)

基于电压电流测试变频电机功率技术方案研究

赵宁

(胜利油田技术检测中心,山东东营 257000)

变频电驱动钻机在石油机械上的应用越来越广泛,其性能的好坏直接影响到钻机工作的效率。但是,脉宽调制技术同时引进了大量的谐波信号,以致变频器输出的电压、电流信号不再是传统意义上的正弦波信号。通过使用电压传感器、电流传感器、采集卡、计算机等工具在实验室条件下进行了测量,并对数据进行了分析、处理最终实现对变频电机功率的测试。

变频谐波 电机功率

1 引言

通常我们测量的三相交流电路功率是有功功率,是一个周期内瞬时功率的积分平均值[1]。但在交流电驱动钻机系统控制中,还需要检测电机的瞬时功率。

2 传统检测方法存在的问题

两表法的适用条件是中线电流为零;普通万用表一般只能测量45～66Hz或45～440Hz的交流正弦波。变频器实际输出波形为PWM波,除了基波外,还包含载波信号,所以以上两种方法不再适用。

3 变频测试原理及方法

(1)原理：同步采集,将得到的离散电压、电流信号通过离散傅里叶变换求得幅值和相位,进而求得电机各相功率[2]。

(2)测试系统。

图1 测试系统原理图

图2 电压信号傅里叶变换幅度图

图3 电流信号傅里叶变换相位图

表1 25Hz电压、电流傅里叶变换幅度、相位数据表(平均值)

4 数据处理

采集到的电压、电流信号为离散序列,我们利用Matlab的FFT函数求该信号的幅值和相位,进而求得功率的大小[3]。下面以25Hz时A相一次采集得到的电压信号为例说明电压、电流信号处理的整个过程。

观察傅里叶变换幅度图,找到幅值最大点对应的频率,记录下此频率幅值,同时在相位图中记录该频率下的弧度值,将数据平均值记录于表1中。

求得所有电压、电流信号的幅值及相位之后,根据电压传感器、钳形表的参数以及电路中电阻的大小求得实际的电压幅值和相位。

式中,AUmax-电压幅度;A1-电压传感器倍率;N-采样点数;电流幅度;A2-钳形表倍率;R1、R2-取样电阻阻值。

求得每组数据的电压幅值和电流幅值及各自的相位,取平均值,记录于表2中。

通过上述计算得到电压、电流值均为幅值,计算功率是要使用有效值,根据正弦信号的特点进行换算,然后跟据交流电功率计算公式,求功率

根据公式(3)得：PA、PB、PC分别为表85．9445、80．5800、81．7256(W)

5 结语

(1)通过示波器、LabVIEW SignalExpress等观测的电压信号波形可以看出,电压信号已经不在是传统的正弦波,万用表等普通测量工具不能准确的测量。

(2)本文在实验条件下,通过对变频电机空载运行状态下的功率进行测试研究,给出了一种变频电机功率测试的方法,为钻机现场实际电机功率测试提出了一种可能性。

[1]王成元,夏加宽,孙宜标.现代电机控制技术[M].北京:机械工业出版社,2009.

[2]陆翔,陈亦新,唐秀峰.宽带功率测试系统在电机试验中的应用[J].电机与控制应用,2013,03:57-59.

[3]钱昌东,朱昌谦,包伟国,张宇阳.交-交变频电机测试系统研究及应用[J].东方电气评论,1998,04:208-211.