[發明專利]感應電機輕載判斷裝置和方法

在審

• 申請號: 201710301329.5
• 申請日: 2017-05-02
• 公開（公告）號: CN106953576A
• 公開（公告）日: 2017-07-14
• 發明（設計）人: 溫嘉斌;孟慶彤;劉金輝
• 申請（專利權）人: 哈爾濱理工大學
• 主分類號: H02P23/02
• 分類號: H02P23/02;H02P23/14
• 代理公司: 哈爾濱市偉晨專利代理事務所(普通合伙)23209
• 代理人: 張偉

技術領域

本發明涉及電機技術，尤其涉及一種感應電機輕載判斷裝置和方法。

背景技術

目前，我國在役10億臺電機，耗電占電網總負荷的60％，然而七成以上是在低于設計額定負荷30％-60％的欠負荷狀態下大馬拉小車的運行，使30％或更高的用電被白白浪費掉。僅5kW以上電機的總容量達6億kW，每年近四千億度(kW·h/a)以上的浪費。隨電機變頻技術的普遍推廣應用，對允許調速運行設備如風機水泵等的電機產生良好節電功效。然而占50％以上的工況要求恒速運行的電機，如扶梯、傳送帶、沖床、車床、攪拌機、壓鑄機、球磨機等設備，其負載多變、且常有處于輕載或空載狀態的時段或周期。變頻器因其調頻變速特性故在恒速運行或周期往復性瞬變運行下無法實現節電或效果不理想，因而50％以上的應用電機存在節電領域空白點。其應用市場存在有兩千億度的節電空間，約1000億人民幣以上的市場空間(目前是節電的空白點)；新技術1％～5％的市場推廣應用即10-50億的市場。

異步電動機空載、輕載時輸出功率減少，同時轉子銅耗PCu2隨之降低，但鐵耗pFe、風摩損耗pm和雜散損耗ps基本不變。由于勵磁電流未變，定子銅耗PCu1降低較少，因此，電動機效率和功率因數大為降低。同時當系統輕載運行時，在某個頻率段電機定子電流會出現持續振蕩現象，嚴重時會引起驅動器的過流保護，甚至會造成功率模塊的燒毀。而且此時電機輸出的電磁轉矩也存在振蕩，這將對電機軸以及與電機軸硬連接的其他機械設備造成損害，縮短設備壽命。在研究異步電動機的降壓節能時，需輕載狀態下對電機功率因數檢測，傳統的功率因數的檢測，需要對電壓、電流的相位角進行精確測量。

然而，目前尚無有效的可用于判定感應電機輕載的技術。

發明內容

在下文中給出了關于本發明的簡要概述，以便提供關于本發明的某些方面的基本理解。應當理解，這個概述并不是關于本發明的窮舉性概述。它并不是意圖確定本發明的關鍵或重要部分，也不是意圖限定本發明的范圍。其目的僅僅是以簡化的形式給出某些概念，以此作為稍后論述的更詳細描述的前序。

鑒于此，本發明提供了一種感應電機輕載判斷裝置和方法，以至少解決目前尚無有效的可用于判定感應電機輕載的技術的問題。

根據本發明的一個方面，提供了一種感應電機輕載判斷裝置，感應電機輕載判斷裝置包括主控制器、電源、雙向晶閘管電路、電流電壓采樣電路和觸發模塊；外界電網經所述雙向晶閘管電路向電機提供穩定的三相交流電，所述三相交流電通過所述雙向晶閘管電路進行電路電壓的調控；外界電網還經所述電源向所述主控制器供電；所述電流電壓采樣電路用于采集所述電機的正常工作參數，以及采集所述電機的待檢工作參數，所述電機的正常工作參數包括所述電機在正常工作狀態下的電流參數和電壓參數，所述電機的待檢工作參數包括所述電機在待檢狀態下的電流參數和電壓參數；所述主控制器用于根據所述電機的正常工作參數和待檢工作參數計算所述電機的當前功率因數，利用所述當前功率因數來判定所述電機的當前負載狀態：當所述當前功率因數小于或等于0.2時判定所述電機處于空載狀態，而當所述當前功率因數大于0.2且小于0.55時判定所述電機處于輕載狀態；在判定所述電機處于空載狀態或輕載狀態時，根據所述正常工作參數和所述待檢工作參數計算所述雙向晶閘管電路的導通角的值，以根據該值來通過所述觸發模塊控制所述雙向晶閘管電路的導通角。

進一步地，主控制器用于根據下式計算所述電機M的當前功率因數其中，為額定功率因數；m為負載系數，且m等于所述電機(M)的當前實際功率與額定功率之比，所述電機(M)的當前實際功率根據所述電機(M)的待檢工作參數計算獲得；K_U為調壓比，且K_U等于減低的電壓與額定電壓之比，其中所述減低的電壓為當前電壓與額定電壓之差，所述當前電壓由所述待檢工作參數獲得；ee為額定空載電流與額定電流之比。

進一步地，主控制器用于根據e計算所述雙向晶閘管電路的導通角θ的值；其中，α為所述雙向晶閘管電路的晶閘管觸發角；φ為所述電機的功率因數角，該功率因數角由所述當前功率因數確定。

進一步地，感應電機輕載判斷裝置還包括鍵盤、LED燈顯示模塊和外部RAM模塊，鍵盤、LED燈顯示模塊和外部RAM模塊分別連接主控制器1。

進一步地，電流電壓采樣電路通過執行電壓過零檢測和電流過零檢測來完成對電機M的正常工作參數以及待檢工作參數的采集。