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陀螺仪电机测试分析报告

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  • 发布时间:2015/6/11 22:07:16
  • 作者:银河电气

陀螺仪电机测试目的

  本次陀螺仪电机测试的主要目的是分析输入功率波动的原因:是某一相还是三相都有波动;导致功率波动的是谐波或是间谐波、或是电源三相不平衡、或是电压、电流相位差的波动、或是上述诸多因素的综合结果。

陀螺仪电机测试线路

  本次测试采用湖南银河电气有限公司研制的WP4000变频功率分析仪,该分析仪是目前国家变频电量测量仪器计量站的测量基准,测试数据具有较高的精度和最高的权威性。 根据被测电机的电压和电流,WP4000 的功率单元选择 DT223B(128V/1.28A)数字变送器。每个DT 数字变送器可连接一路电压和一路功率。 由于电机未引出中性线,一般采用二瓦计法测量三相功率,为了更加准确直接的反映三相电流,每相电流均采用一个DT数字变送器进行测量。
下图为其测试线路图。

  由于二瓦计法的单个功率读数没有明确的物理意义,当三相功率不相同时,不便于分析功率波动的原因,因此,利用同型号的DT 数字变送器电压通道输入阻抗相等的原理,构建虚拟中性点,并在此基础上采用三瓦计法进行测量。图3c 为其测试线路图。

三瓦计法测量三相功率线路图

三瓦计法测量三相功率线路图

测试现场实物照片

测试现场实物照片

 

陀螺仪电机测试方法及记录

  本次测试采用WP4000 作为基本测试仪器,相关数据分析采用DH2000 谐波分析仪和DCCS2012 分布式数据采集系统等上位机软件。

试验电源测试

1、谐波测试

Uab 谐波频谱

Uab 谐波频谱

Ubc 谐波频谱

Ubc 谐波频谱

Uca 谐波频谱

Uca 谐波频谱

  由图可知,三相电压谐波含量非常小,基本可忽略。

2、三相不平衡度

 

  电源负序分量占比约:0.2%

3、稳定度

10 分钟线电压幅值趋势曲线(更新时间 500mS)

10 分钟线电压幅值趋势曲线(更新时间 500mS)

  10 分钟内,电压波动在±0.02%以内。

陀螺仪电机第一次测试

01三相电压

三相电压

 

02三相电流

10 分钟电流幅值趋势曲线(更新时间 500mS)

10 分钟电流幅值趋势曲线(更新时间 500mS)

  10 分钟内,电流幅值变化在±0.2%以内。

03功率PAB、PCB、P

10 分钟 PAB 幅值趋势曲线(更新时间 500mS)

10 分钟 PAB 幅值趋势曲线(更新时间 500mS)

  10 分钟内,PAB 幅值变化量为 0.1W,相对变化量在 10%以内。

10 分钟 PCB 幅值趋势曲线(更新时间 500mS)

10 分钟 PCB 幅值趋势曲线(更新时间 500mS)

  10 分钟内,PCB 幅值变化量为0.06W,相对变化在1.3%以内。

10 分钟 P幅值趋势曲线(更新时间 500mS)

10 分钟 P 幅值趋势曲线(更新时间 500mS)

  10 分钟内,P 幅值变化量为0.16W,相对变化在4.7%以内。

陀螺仪电机第二次测试

  通过第一次测试,发现功率的波动明显大于电压、电流的波动。对电压、电流信号进行谐波分析,期望从中了解到功率波动的原因。
三相电压

单相电压实时波形

单相电压实时波形

线电压间谐波分析

线电压间谐波分析


  电压波形较纯正,谐波含量可以忽略。最大间谐波含量不超过基波的0.075%。

单相电流实时波形

单相电流实时波形


  电流波形较纯正,谐波含量可以忽略。最大间谐波含量约为基波的0.1%。

陀螺仪电机第三次测试

  经过第二次测试,发现电压、电流信号均较纯正,未发现显著异常。于是对瞬时功率进行测试分析。
  考虑到三相瞬时功率可能不同,而二瓦计法的单个功率读数没有明确的物理意义,本次测试采用虚拟中性点的三瓦计法进行测试。

单相瞬时功率

单相瞬时功率

三相瞬时功率

三相瞬时功率


  理想状态下,单相瞬时功率为倍频(1000Hz)的正弦波上叠加一个直流分量(有功功率)。
  理想状态下,三相瞬时功率为一条直线。
  对实测的单相瞬时功率波形进行谐波分析,发现2.74Hz 的间谐波含量较大,A、B、C 三相与有功功率(平均值)的占比分别为:4.4%、4.8%、5.4%。对实测的三相瞬时功率波形进行谐波分析,其主要谐波为500Hz 和1000Hz 两种频率分量,其中,1000Hz 占比较大。同时,也包括与单相功率瞬时波形相同的2.74Hz 的间谐波,约占有功功率的3.6%。
见下图。

A 相瞬时功率的间谐波

A 相瞬时功率的间谐波

B 相瞬时功率的间谐波

B 相瞬时功率的间谐波

C 相瞬时功率的间谐波

C 相瞬时功率的间谐波

三相瞬时功率的间谐波

三相瞬时功率的间谐波

  第一次测试基于时域,发现功率明显波动。
  第二次测试期望通过对电压、电流的频域分析,得出造成功率波动的原因,未发现显规律。
  第三次测试对功率直接进行频域分析,得出了功率变化的规律。
  于是,我们做出如下推测:
  理论上,只要电压和电流为单一频率的稳定信号,功率就应该是稳定信号。
  本次测试虽然未在电压、电流信号中发现显著的多余频率成分。但在功率信号中均发现有明显的2.74HZ 的间谐波。
  推测是电流中较微弱的间谐波引起的电压和电流之间的相位的微小变化,而本电机的功率因数较低,微小相位变化会对功率产生较为显著的影响。

10 分钟 C 相相位变化趋势曲线(更新时间 20mS)

10 分钟 C 相相位变化趋势曲线(更新时间 20mS)


  A 相电压、电流之间的相位差变化量约2.8°电压、电流不变时,最小相位288°对应的功率因数为0.3090,最大相位差290.8 对应的功率因数为0.3551。功率因数的上述变化将引起功率15%的变化,这个测试结果与推测基本相符。

陀螺仪电机综合分析

 

01电源分析

    陀螺电机是精密机械,其工作电源应有较高的精度和稳定性。
  测试表明,其三相电压包含0.2%的负序分量,应该予以消除。

02功率波动分析

    理想的三相电机带三相对称负载,且在三相对称电源供电时,其输入的三相瞬时功率波形应为一条直线。实测三相功率的瞬时波形包含约4%左右的2.7Hz 的低频的间谐波。
  我们实际测试读取的是三相瞬时功率的平均值,由于瞬时功率是波动的,平均值与平均时间有关,表现在仪表上,与更新时间有关。
  下图记录了更新时间分别为20mS、500mS、730mS 和1000mS 下的有功功率趋势曲线。

10 分钟有功功率趋势曲线(20mS)

10 分钟有功功率趋势曲线(20mS)

  10 分钟内,有功功率变化量约为0.7W,相对变化量约为20%。

10 分钟有功功率趋势曲线(500mS)

10 分钟有功功率趋势曲线(500mS)

  10 分钟内,有功功率变化量约为0.15W,相对变化量约为4.3%。

10 分钟有功功率趋势曲线(730mS)

10 分钟有功功率趋势曲线(730mS)

  10 分钟内,有功功率变化量约为0.055W,相对变化量约为1.6%。

10 分钟有功功率趋势曲线(1000mS)

10 分钟有功功率趋势曲线(1000mS)

  10 分钟内,有功功率变化量约为0.09W,相对变化量约为2.6%。
  相比之下,730mS 趋势曲线较平缓,这是因为730mS 是间谐波周期365mS 的整数倍。
  2.74Hz 的间谐波是造成功率波动的主要原因,尽管设置合适的更新时间,可以获得相对稳定的读数,但是,这个波动是真实存在的。从严格考核的角度出发,设置更新时间以获取稳定读数并没有实际意义,相反由于实际信号的规律未充分展现时,由于更新时间的匹配程度不同,可能得出相反的结论。
  例如:本电机的实际波动约4%,但是,采用合适的更新周期,读数波动可以控制在1%以内。
  而另外一台电机实际波动约2%,由于更新时间不匹配;读数波动完全可能大于1%。
  2.74Hz 的间谐波产生原因可能在电机,也可能在负载,也可能是电机和负载都有关联。
  负载方面,对于三相电机的每一相的波动贡献应该均等,这一点,从测试数据看,三相功率均包含2.74Hz的间谐波。
  电机方面,C 相的波动最大,2.74Hz 的间谐波幅值最大,电机异常的可能性较大。
  三相直流电阻存在一定的不平衡度。
  仅从测试数据看,电机和负载都有可能是导致功率波动的原因。