基于電壓電流測試變頻電機功率技術方案研究

趙寧

(勝利油田技術檢測中心,山東東營 257000)

基于電壓電流測試變頻電機功率技術方案研究

趙寧

(勝利油田技術檢測中心,山東東營 257000)

變頻電驅動鉆機在石油機械上的應用越來越廣泛,其性能的好壞直接影響到鉆機工作的效率。但是,脈寬調制技術同時引進了大量的諧波信號,以致變頻器輸出的電壓、電流信號不再是傳統意義上的正弦波信號。通過使用電壓傳感器、電流傳感器、采集卡、計算機等工具在實驗室條件下進行了測量,并對數據進行了分析、處理最終實現對變頻電機功率的測試。

變頻諧波 電機功率

1 引言

通常我們測量的三相交流電路功率是有功功率,是一個周期內瞬時功率的積分平均值[1]。但在交流電驅動鉆機系統控制中,還需要檢測電機的瞬時功率。

2 傳統檢測方法存在的問題

兩表法的適用條件是中線電流為零;普通萬用表一般只能測量45～66Hz或45～440Hz的交流正弦波。變頻器實際輸出波形為PWM波,除了基波外,還包含載波信號,所以以上兩種方法不再適用。

3 變頻測試原理及方法

(1)原理：同步采集,將得到的離散電壓、電流信號通過離散傅里葉變換求得幅值和相位,進而求得電機各相功率[2]。

(2)測試系統。

圖1 測試系統原理圖

圖2 電壓信號傅里葉變換幅度圖

圖3 電流信號傅里葉變換相位圖

表1 25Hz電壓、電流傅里葉變換幅度、相位數據表(平均值)

4 數據處理

采集到的電壓、電流信號為離散序列,我們利用Matlab的FFT函數求該信號的幅值和相位,進而求得功率的大小[3]。下面以25Hz時A相一次采集得到的電壓信號為例說明電壓、電流信號處理的整個過程。

觀察傅里葉變換幅度圖,找到幅值最大點對應的頻率,記錄下此頻率幅值,同時在相位圖中記錄該頻率下的弧度值,將數據平均值記錄于表1中。

求得所有電壓、電流信號的幅值及相位之后,根據電壓傳感器、鉗形表的參數以及電路中電阻的大小求得實際的電壓幅值和相位。

式中,AUmax-電壓幅度;A1-電壓傳感器倍率;N-采樣點數;電流幅度;A2-鉗形表倍率;R1、R2-取樣電阻阻值。

求得每組數據的電壓幅值和電流幅值及各自的相位,取平均值,記錄于表2中。

通過上述計算得到電壓、電流值均為幅值,計算功率是要使用有效值,根據正弦信號的特點進行換算,然后跟據交流電功率計算公式,求功率

根據公式(3)得：PA、PB、PC分別為表85．9445、80．5800、81．7256(W)

5 結語

(1)通過示波器、LabVIEW SignalExpress等觀測的電壓信號波形可以看出,電壓信號已經不在是傳統的正弦波,萬用表等普通測量工具不能準確的測量。

(2)本文在實驗條件下,通過對變頻電機空載運行狀態下的功率進行測試研究,給出了一種變頻電機功率測試的方法,為鉆機現場實際電機功率測試提出了一種可能性。

[1]王成元,夏加寬,孫宜標.現代電機控制技術[M].北京:機械工業出版社,2009.

[2]陸翔,陳亦新,唐秀峰.寬帶功率測試系統在電機試驗中的應用[J].電機與控制應用,2013,03:57-59.

[3]錢昌東,朱昌謙,包偉國,張宇陽.交-交變頻電機測試系統研究及應用[J].東方電氣評論,1998,04:208-211.