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1、Sheji yu Fenxi设计与分析便携式电机能效检测仪的研制韦锋'孙逊，史伟伟2(1 江苏出入境检验检疫局，江苏南京21000l;2.上海交通大学电子信息与电气工程学院，上海200240)播 要：首先对各种目机能效检测方法进行了总结分析，在此基础上，指出气隙转矩法是适合现场检测的冇效方法之一 英次对传统 气隙转矩法进行了改进，解决了转速无传感器测昱和定子电阻估算2个现场检测的难点，最后利用DSP研制了便携式电机能效检测仪 样机，实现了电机能效的现场检测。关键词:气隙转矩法:电机效率;现场检测0引盲随着能源紧张问题和温室效应的不断加剧，开发利用清洁 能源.节能减排己成为世界各国关注的
2、焦点对于资源短缺.人 口众多的中国而言，节能就显得尤为必要。中小型三相异步电 动机是应用最广泛的高能耗产品，其应用范围遍及国民经济各 个领域，用电址约占全国总用电童的50%,在工业领域更是占 到2/3左右并且电动机运行效率普遍偏低，因此，提高电动机 的运行效率具有重要意义.导致电动机运行效率偏低的原因有很多.包括电动机本身 的问题，但更主要的是使用问题,如负载率偏低、电机老化等。解 决这一问题有很多方法如推广使用高效电机，替换运行效率明 显偏低的电机或通过适当的控制方法提高电机的运行效率等。 要实现这一目标，首先要能在不干扰电机正常运行的悄况下准 确检测岀其实际运行效率。传统的基于实验室环境的
3、检测方法 不能直接用于现场检测，这是因为空载试验、短路试验.定子电 阻检测和转速检测在现场情况下很难完成。对于大型电机，往往配有电机状态在线监测系统，一般能 够检测电机的运行效率对于中小容星电机，从成本角度考 虎，一般不配备监测系统。而中小容議电机无论从数燉还是 耗电量看都占在用电机的绝大多数。对所有中小型电机进 行在线监测几乎是不可能的，这一工作必须由现场工作人员 完成.为此，有必要开发适用于中小电机的低成本现场效率 检测装置。而现场人员-般希望检测装置的操作尽可能简 单，且便于携带，因此样的装置应尽可能体积小、重量轻. 且操作简单.本文首先对国内外电机效率检测方法和检测设备的发展 现状进行
4、总结，然后结合气隙转矩法和DSP技术开发了便携 式电机能效检测仪，实現了电机效率的现场检测。1国内外发展现状20世纪90年代中期，国外一些专家已开始关注电机能效的 现场检测问题并开始提出一些检测方法，经过10年的研究，已 经取得了一定的成果，一些国外公司也推出了相应的检测设备。1996年JS.Hsu等从对电机运行的影响程度和检测精 度2方面对在此之前的研究成果进行了综合比较。苴中的方法 人都是在IEEE Standard 112®中方法基础上的综合和改进，但 这些方法除铭牌法之外.均或多或少影响电机的正常运行，所 以这些方法均不适合直接用于现场测量。另外，该文献中建议 将气隙转矩法&
5、quot;作为将来进一步研究的备选方案。1999年, A.Wallace竽在文献1的基础上，对12种检测方法在实验 室进行了对比研究。但所有这些方法仍未能消除对电机运行的 影响总Z,20世纪以前的所有方法，都不能在不干扰电机正常 运行的前提下准确地测得电机运行效率。2003 年，E Agamloh 等® 受美国 NEEA(Northwest Energy Efficiency Alliance)的委托，对当时6家公司生产的电机现场效 率测试仪进行了检测，这6家公司宜传其产品可以满足此次检 测的要求。要求主要包括：(1所有检测只能在电机控制柜或启动器的接线端进行；(2)能够根据检测的电
6、流电压值读出功率因数和效率值， 且和试验室检测结果的偏差在±3%之内；(3不能在电机轴上作任何测试；(4)操作必须相对比较简单,现场人员利用操作手册或短 期培训就可以完成操作。测试开始之前，3家因各种原因退出.只有Baker InstrumentsxPdMA、Weyerhaeuser 3 家公司参加。3 种仪器在 50%100%负载率时比较准确，但在负载率小丁 50%时，准确 度显著下降，特别PdMA认为电机效率曲线是一条直线，而 Weyerhaeuser假设电机的空裁电流是额定电流的30%。所以从 测试结果看，目前仍没有理想的检测方法和仪器。2005年,Bin Lu等对此前的方法在
7、此进行了总结，并提 出町以将气隙转矩法.无速度传感器的转速检测法和定子电阻 在线检测法结合起来形成真正地适用于现场的电机效率检测 法这也为这一难遞的解决指明了-个方向。其他还有一些方 法,如基于遗传算法的检测方法等。国内这方面的研究还处于起步阶段，有少数髙校和研究机 构正在开始开展这方面的研究如哈尔滨理工大学和浙江大 学2008年，中国电力科学院山】以中徳技术合作项目“能源 审计与电动机效率检测”为依托，介绍了便携式测试系统 MotorTOP中所釆用的检测方法2电动机效率现场检测方法的分类电动机的效率定义为电机的有功输出功率与有功输入功 率之比即：沪詈=1-爷(1)式中，仏为电机轴上输出的机械功率:Pg为电机的总损耗功 率;A为电机的输入电功率。在式(1)的几个参数屮，片从电源输入端比较容易测定因 此效率测量的关键在于如何测定P.或Pg.这也是各种测量 方法的分类依据。2.1铭牌法铭牌法是一种最简单的效率估算方法它假定电机效率在 任何负载条件下都等于铭牌所示的效率.而实际上，效率随负机电信息20I3年芻3期总第357期125