本發(fā)明屬于異步電機
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別是涉及一種在線估計電機效率的方法和裝置。
背景技術(shù)：
：最近一項研究指出，電機能耗占工業(yè)總用電量的69％，占全球總用電量的46％。如果能夠識別低效率或存在故障的電機，并根據(jù)需要，維修或更換電機，以提高運行效率，就可以大大降低電機的能耗。現(xiàn)有技術(shù)中，測量電機效率時，需要將電機安裝在專用的電機測試平臺上，這樣就必須使正在工作的電機停止工作，然后將其從工位中拆除安裝到專用測量設(shè)備上，檢測完之后將其裝回工位繼續(xù)工作。然而，這種方式迫使工廠的電機停工，會導(dǎo)致巨大的經(jīng)濟損失，而且測功機的測試環(huán)境與電機實際工作環(huán)境完全不同，所以用測功機測量的電機效率并不能等同于電機實際工作效率，造成測量結(jié)果不準確。技術(shù)實現(xiàn)要素：為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種在線估計電機效率的方法和裝置，能夠在電機不停機的情況下估計電機的效率，只需要測量電機的輸入瞬時電壓和輸入瞬時電流，不需要其他的傳感器，避免了額外的成本和停機狀態(tài)下運行時間的損失。本發(fā)明提供的一種在線估計電機效率的方法，包括：接收用戶輸入的電機的銘牌參數(shù)，根據(jù)所述銘牌參數(shù)計算電機模型參數(shù)；實時檢測所述電機的電氣參數(shù)，包括輸入瞬時電壓和輸入瞬時電流；根據(jù)所述電機模型參數(shù)和所述電氣參數(shù)計算輸入電功率、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)差率；根據(jù)所述電氣參數(shù)、所述轉(zhuǎn)差率和所述電機模型參數(shù)估算出電機轉(zhuǎn)矩；根據(jù)所述電機轉(zhuǎn)矩和所述轉(zhuǎn)速計算電機的輸出機械功率，根據(jù)所述輸出機械功率和所述輸入電功率估計電機效率。優(yōu)選的，在上述在線估計電機效率的方法中，在所述根據(jù)所述輸出機械功率和所述電功率估計電機效率之后，還包括：顯示所述電機效率、轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。優(yōu)選的，在上述在線估計電機效率的方法中，所述接收用戶輸入的電機的銘牌參數(shù)，根據(jù)所述銘牌參數(shù)計算電機模型參數(shù)包括：接收用戶輸入的電機的銘牌參數(shù)，包括額定功率PN、同步轉(zhuǎn)速Ns、額定電壓VN、額定轉(zhuǎn)矩TN、額定轉(zhuǎn)差率SN、額定功率因數(shù)pfN、最大轉(zhuǎn)差率sM，根據(jù)所述額定轉(zhuǎn)矩TN計算出最大轉(zhuǎn)矩TM；根據(jù)非線性方程組求出所述電機模型參數(shù)x，其中，x＝[R1X1R2X2Xm]。優(yōu)選的，在上述在線估計電機效率的方法中，所述實時檢測所述電機的電氣參數(shù)，包括輸入瞬時電壓和輸入瞬時電流包括：檢測電機輸入端的瞬時線電壓un和瞬時線電流in；根據(jù)公式計算線電壓有效值Vrms和Irms，其中N表示采樣個數(shù)。優(yōu)選的，在上述在線估計電機效率的方法中，所述根據(jù)所述電機模型參數(shù)和所述電氣參數(shù)計算輸入電功率、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)差率包括：根據(jù)公式計算所述輸入電功率，其中cosφ為額定功率因數(shù)pfN；根據(jù)公式估算所述轉(zhuǎn)差率，其中為三相電壓有效值；根據(jù)公式N＝(1-s)Ns計算所述轉(zhuǎn)速。優(yōu)選的，在上述在線估計電機效率的方法中，所述根據(jù)所述電氣參數(shù)、所述轉(zhuǎn)差率和所述電機模型參數(shù)估算出電機轉(zhuǎn)矩包括：根據(jù)公式估算出所述電機轉(zhuǎn)矩，其中優(yōu)選的，在上述在線估計電機效率的方法中，所述根據(jù)所述電機轉(zhuǎn)矩和所述轉(zhuǎn)速計算電機的輸出機械功率，根據(jù)所述輸出機械功率和所述輸入電功率估計電機效率包括：根據(jù)公式計算所述輸出機械功率；根據(jù)公式估算電機效率η。本發(fā)明提供的一種在線估計電機效率的裝置，包括：接收單元，用于接收用戶輸入的電機的銘牌參數(shù)，根據(jù)所述銘牌參數(shù)計算電機模型參數(shù)；檢測單元，用于實時檢測所述電機的電氣參數(shù)，包括輸入瞬時電壓和輸入瞬時電流；計算單元，用于根據(jù)所述電機模型參數(shù)和所述電氣參數(shù)計算輸入電功率、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)差率；第一估算單元，用于根據(jù)所述電氣參數(shù)、所述轉(zhuǎn)差率和所述電機模型參數(shù)估算出電機轉(zhuǎn)矩；第二估算單元，用于根據(jù)所述電機轉(zhuǎn)矩和所述轉(zhuǎn)速計算電機的輸出機械功率，根據(jù)所述輸出機械功率和所述輸入電功率估計電機效率。優(yōu)選的，在上述在線估計電機效率的裝置中，還包括：顯示單元，用于顯示所述電機效率、轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。優(yōu)選的，在上述在線估計電機效率的裝置中，所述檢測單元包括電壓采樣電路和霍爾傳感器。通過上述描述可知，本發(fā)明提供的上述在線估計電機效率的方法和裝置，由于該方法包括接收用戶輸入的電機的銘牌參數(shù)，根據(jù)所述銘牌參數(shù)計算電機模型參數(shù)；實時檢測所述電機的電氣參數(shù)，包括輸入瞬時電壓和輸入瞬時電流；根據(jù)所述電機模型參數(shù)和所述電氣參數(shù)計算輸入電功率、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)差率；根據(jù)所述電氣參數(shù)、所述轉(zhuǎn)差率和所述電機模型參數(shù)估算出電機轉(zhuǎn)矩；根據(jù)所述電機轉(zhuǎn)矩和所述轉(zhuǎn)速計算電機的輸出機械功率，根據(jù)所述輸出機械功率和所述輸入電功率估計電機效率，因此能夠在電機不停機的情況下估計電機的效率，只需要測量電機的輸入瞬時電壓和輸入瞬時電流，不需要其他的傳感器，避免了額外的成本和停機狀態(tài)下運行時間的損失。附圖說明為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖。圖1為本申請實施例提供的第一種在線估計電機效率的方法的示意圖；圖2為Y90L-2電機的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速特性曲線的示意圖；圖3為Y90L-2電機的電流-轉(zhuǎn)速特性曲線的示意圖；圖4為本申請實施例提供的第一種在線估計電機效率的裝置的示意圖。具體實施方式本發(fā)明的核心思想在于提供一種在線估計電機效率的方法和裝置，能夠在電機不停機的情況下估計電機的效率，只需要測量電機的輸入瞬時電壓和輸入瞬時電流，不需要其他的傳感器，避免了額外的成本和停機狀態(tài)下運行時間的損失。下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。本申請實施例提供的第一種在線估計電機效率的方法如圖1所示，圖1為本申請實施例提供的第一種在線估計電機效率的方法的示意圖，該方法包括如下步驟：S1：接收用戶輸入的電機的銘牌參數(shù)，根據(jù)所述銘牌參數(shù)計算電機模型參數(shù)；需要說明的是，通常來說，電機外殼裝有電機銘牌，銘牌上有比較全面的描述電機特性的參數(shù)，如果銘牌上只有部分參數(shù)，則可以通過電機型號查找國標得到電機參數(shù)。S2：實時檢測所述電機的電氣參數(shù)，包括輸入瞬時電壓和輸入瞬時電流；具體的，可以利用檢測模塊通過對電壓進行采樣和電流傳感器檢測電機輸入端的瞬時電壓un和瞬時電流in，可以將電機的A、B、C三相輸入接入電壓采樣電路實現(xiàn)對AB、AC、BC端線電壓的采樣：un＝VAB、VAC、VBC；用霍爾傳感器檢測每一相的電流：in＝IA、IB、IC。S3：根據(jù)所述電機模型參數(shù)和所述電氣參數(shù)計算輸入電功率、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)差率；S4：根據(jù)所述電氣參數(shù)、所述轉(zhuǎn)差率和所述電機模型參數(shù)估算出電機轉(zhuǎn)矩；S5：根據(jù)所述電機轉(zhuǎn)矩和所述轉(zhuǎn)速計算電機的輸出機械功率，根據(jù)所述輸出機械功率和所述輸入電功率估計電機效率。通過上述描述可知，本申請實施例提供的上述第一種在線估計電機效率的方法，由于包括接收用戶輸入的電機的銘牌參數(shù)，根據(jù)所述銘牌參數(shù)計算電機模型參數(shù)；實時檢測所述電機的電氣參數(shù)，包括輸入瞬時電壓和輸入瞬時電流；根據(jù)所述電機模型參數(shù)和所述電氣參數(shù)計算輸入電功率、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)差率；根據(jù)所述電氣參數(shù)、所述轉(zhuǎn)差率和所述電機模型參數(shù)估算出電機轉(zhuǎn)矩；根據(jù)所述電機轉(zhuǎn)矩和所述轉(zhuǎn)速計算電機的輸出機械功率，根據(jù)所述輸出機械功率和所述輸入電功率估計電機效率，因此能夠在電機不停機的情況下估計電機的效率，只需要測量電機的輸入瞬時電壓和輸入瞬時電流，不需要其他的傳感器，避免了額外的成本和停機狀態(tài)下運行時間的損失。本申請實施例提供的第二種在線估計電機效率的方法，是在上述第一種在線估計電機效率的方法的基礎(chǔ)上，還包括如下技術(shù)特征：在所述根據(jù)所述輸出機械功率和所述電功率估計電機效率之后，還包括：顯示所述電機效率、轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，在這種情況下，操作人員就能夠得知實時情況，并進行相應(yīng)的處理，更有利于工作的開展。本申請實施例提供的第三種在線估計電機效率的方法，是在上述第一種或第二種在線估計電機效率的方法的基礎(chǔ)上，還包括如下技術(shù)特征：所述接收用戶輸入的電機的銘牌參數(shù)，根據(jù)所述銘牌參數(shù)計算電機模型參數(shù)包括：接收用戶輸入的電機的銘牌參數(shù)，包括額定功率PN、同步轉(zhuǎn)速Ns、額定電壓VN、額定轉(zhuǎn)矩TN、額定轉(zhuǎn)差率SN、額定功率因數(shù)pfN、最大轉(zhuǎn)差率sM，根據(jù)所述額定轉(zhuǎn)矩TN計算出最大轉(zhuǎn)矩TM；根據(jù)非線性方程組求出所述電機模型參數(shù)x，其中，x＝[R1X1R2X2Xm]。需要說明的是，通常銘牌中不會直接給出最大轉(zhuǎn)矩TM，而是給出最大轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩的比值b，由此得到最大轉(zhuǎn)矩TM，即TM＝bTN，所以這種情況下會用到額定轉(zhuǎn)矩TN這個參數(shù)。本申請實施例提供的第四種在線估計電機效率的方法，是在上述第三種在線估計電機效率的方法的基礎(chǔ)上，還包括如下技術(shù)特征：所述實時檢測所述電機的電氣參數(shù)，包括輸入瞬時電壓和輸入瞬時電流包括：檢測電機輸入端的瞬時線電壓un和瞬時線電流in；根據(jù)公式計算線電壓有效值Vrms和Irms，其中N表示采樣個數(shù)。當(dāng)un＝VAB時，由上式可以得到AB端的線電壓有效值Vrms_AB，同理可以得到Vrms_AC和Vrms_BC。當(dāng)in＝IA時，由上式可以得到A相的電流有效值Irms_A，同理可以得到Irms_B和Irms_C。本申請實施例提供的第五種在線估計電機效率的方法，是在上述第四種在線估計電機效率的方法的基礎(chǔ)上，還包括如下技術(shù)特征：所述根據(jù)所述電機模型參數(shù)和所述電氣參數(shù)計算輸入電功率、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)差率包括：根據(jù)公式計算所述輸入電功率，其中cosφ為額定功率因數(shù)pfN；根據(jù)公式估算所述轉(zhuǎn)差率，其中為三相電壓有效值；根據(jù)公式N＝(1-s)Ns計算所述轉(zhuǎn)速。需要說明的是，其基本原理是：電機的定子電流Is與輸入電流Irms相等，而定子電流可以通過電機模型參數(shù)求出，即定子電流與轉(zhuǎn)差率、電機模型參數(shù)和電壓有關(guān)，Is＝f(s,x,Vφ)，所以通過上述方程就可以估算電機的轉(zhuǎn)差率。本申請實施例提供的第六種在線估計電機效率的方法，是在上述第五種在線估計電機效率的方法的基礎(chǔ)上，還包括如下技術(shù)特征：所述根據(jù)所述電氣參數(shù)、所述轉(zhuǎn)差率和所述電機模型參數(shù)估算出電機轉(zhuǎn)矩包括：根據(jù)公式估算出所述電機轉(zhuǎn)矩，其中本申請實施例提供的第七種在線估計電機效率的方法，是在上述第六種在線估計電機效率的方法的基礎(chǔ)上，還包括如下技術(shù)特征：所述根據(jù)所述電機轉(zhuǎn)矩和所述轉(zhuǎn)速計算電機的輸出機械功率，根據(jù)所述輸出機械功率和所述輸入電功率估計電機效率包括：根據(jù)公式計算所述輸出機械功率；根據(jù)公式估算電機效率η。下面以型號為Y90L-2的異步電機為例，詳細闡述上述方法的求解過程。銘牌參數(shù)如表1所示，根據(jù)這些銘牌參數(shù)得到電機的模型參數(shù)，需要給定一組變量的初始值，然后通過數(shù)值解法求解出所需參數(shù)，即需要求解電機模型參數(shù)：定子阻抗R1、定子電抗X1、轉(zhuǎn)子阻抗R2、轉(zhuǎn)子電抗X2及漏感電抗Xm的值。表1電機的銘牌參數(shù)根據(jù)非線性方程組求解得到的Y90L-2電機模型參數(shù)如表2所示：表2電機的模型參數(shù)型號X1/ΩX2/ΩXm/ΩR1/ΩR2/ΩY90L-23.2623.2620.23965.8253.883得到電機模型參數(shù)之后，就可以得到電機的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速特性和電流-轉(zhuǎn)速特性，具體來說就是電機的輸出轉(zhuǎn)矩與電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系，以及電機輸入電流和電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系。對于Y90L-2電機的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速特性曲線與電流-轉(zhuǎn)速特性曲線分別如圖2和圖3所示，圖2為Y90L-2電機的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速特性曲線的示意圖，圖3為Y90L-2電機的電流-轉(zhuǎn)速特性曲線的示意圖。這兩條曲線是估計電機轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的重要曲線，從中直觀的可以看出電機的輸入電流、輸出轉(zhuǎn)矩與電機轉(zhuǎn)速之間的動態(tài)關(guān)系。得到電機特性曲線后，根據(jù)電機的輸入電流求出電機的轉(zhuǎn)速，然后根據(jù)轉(zhuǎn)速估算電機的輸出機械轉(zhuǎn)矩。在額定條件下，Y90L-2電機的估計轉(zhuǎn)速為：估計轉(zhuǎn)矩為：由估計得到的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩求出估計的機械功率：Pm＝2.214KW。根據(jù)檢測模塊檢測得到的電氣參數(shù)求出電功率：Pe＝2.717KW。由估計出來的機械功率和電功率就可以估計得到電機的運行效率：η＝81.5％。本申請實施例提供的第一種在線估計電機效率的裝置如圖4所示，圖4為本申請實施例提供的第一種在線估計電機效率的裝置的示意圖，該裝置包括：接收單元201，用于接收用戶輸入的電機的銘牌參數(shù)，根據(jù)所述銘牌參數(shù)計算電機模型參數(shù)，需要說明的是，通常來說，電機外殼裝有電機銘牌，銘牌上有比較全面的描述電機特性的參數(shù)，如果銘牌上只有部分參數(shù)，則可以通過電機型號查找國標得到電機參數(shù)；檢測單元202，用于實時檢測所述電機的電氣參數(shù)，包括輸入瞬時電壓和輸入瞬時電流，具體的，可以利用檢測模塊通過對電壓進行采樣和電流傳感器檢測電機輸入端的瞬時電壓un和瞬時電流in；計算單元203，用于根據(jù)所述電機模型參數(shù)和所述電氣參數(shù)計算輸入電功率、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)差率；第一估算單元204，用于根據(jù)所述電氣參數(shù)、所述轉(zhuǎn)差率和所述電機模型參數(shù)估算出電機轉(zhuǎn)矩；第二估算單元205，用于根據(jù)所述電機轉(zhuǎn)矩和所述轉(zhuǎn)速計算電機的輸出機械功率，根據(jù)所述輸出機械功率和所述輸入電功率估計電機效率。本申請實施例提供的第二種在線估計電機效率的裝置，是在上述第一種在線估計電機效率的裝置的基礎(chǔ)上，還包括：顯示單元，用于顯示所述電機效率、轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，在這種情況下，操作人員就能夠得知實時情況，并進行相應(yīng)的處理，更有利于工作的開展。本申請實施例提供的第三種在線估計電機效率的裝置，是在上述第一種或第二種在線估計電機效率的裝置的基礎(chǔ)上，還包括如下技術(shù)特征：所述檢測單元包括電壓采樣電路和霍爾傳感器。具體的，可以將電機的A、B、C三相輸入接入電壓采樣電路實現(xiàn)對AB、AC、BC端線電壓的采樣，用霍爾傳感器檢測每一相的電流。對所公開的實施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。當(dāng)前第1頁1 2 3