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电动机效率和可靠性:新的测试方法与真实世界的条件相匹配

2020-07-20.|電力品質

电动机是许多工业过程中的关键部件,并且可以占工业设备中消耗总能量的高达70%,并消耗全球所有发电的46%。鉴于工业流程的危急性质,与失效电机相关的停机费用可以是每小时数万美元。确保电机高效并可靠地运营是维护技术人员和工程师日常遇到的最重要的任务之一。

电机分析仪效率可靠性

有效利用电力不仅仅是一件“好事”。在许多情况下,能源效率可能意味着盈利和财务损失之间的差别。而且,由于电机在工业中消耗了相当大的一部分能源,它们已成为节约能源和保持盈利能力的主要目标。此外,为了通过提高效率和减少对自然资源的依赖来节约成本,许多公司采用了ISO 50001等行业标准。ISO 50001标准为建立、实施和维护能源管理系统提供了框架和要求,以实现可持续的节约。

传统的电机测试方法

传统的测量方法测量电动机性能和效率明确,但该过程可以安装成本高,在工作过程中难以应用。事实上,在许多情况下,电机性能检查甚至需要完整的系统关闭,这可能导致昂贵的停机时间。为了测量电动机效率,必须在各种动态操作条件下确定电力输入电源和机械输出功率。传统的测量方法,首先需要技术人员将电机安装到电机试验台中。试验台由正在测试的电机组成,安装到发电机或测功机。

传统运动试验台

然后,被测电动机通过轴与负载相连。轴上有一个速度传感器(转速计),和一组扭矩传感器,提供数据,使机械功率计算。该系统提供包括速度、扭矩和机械功率在内的数据。有些系统还包括电能测量能力,以计算效率。

效率计算公式为:

ɳ(效率)=

机械功率
电力

扭矩传感器附有

在测试期间,载荷变化以确定在一系列操作模式下的效率。试验台系统可能似乎是直接的,但有几个固有的缺点:

  1. 这个电机必须停止使用。
  2. 电机负载并不能真正代表电机在运行时的负载。
  3. 在测试期间,必须暂停操作(创建停机时间)或必须暂时安装替换电机。
  4. 扭矩传感器价格昂贵,且操作范围有限,因此可能需要几个传感器来测试不同的电机。
  5. 一个电机试验台,可以覆盖广泛的电机是昂贵的,这种类型的试验台的用户通常是专业的电机维修或开发组织。
  6. “现实世界”的操作条件未被采取账户。
传统电机扭矩测试

电机参数

电动机专为特定类型的应用而设计,具体取决于负载,因此每个电机具有不同的特性。这些特征根据国家电气制造商协会(NEMA)或国际电工委员会(IEC)标准进行分类,并直接影响电机的运行和效率。每个电机都有一个铭牌,它根据NEMA或IEC建议详细说明关键电机操作参数和效率信息。然后可以使用名称板上的数据将电机的要求与真正的操作使用模式进行比较。例如,当比较这些值时,您可以了解电动机超出其预期速度或扭矩规格,在这种情况下,可能会缩短电机的寿命或可能发生过早失效。其他效果这种电压或电流不平衡和与功率质量差相关的谐波也可能降低电动机性能。如果存在这些条件中的任何一种,则电机必须被降级 - 即必须减少电机的预期性能 - 如果没有足够的机械功率,可能会导致该过程中断。根据为电机类型指定的数据根据​​NEMA标准计算降额。NEMA和IEC标准确实有一些差异,但广泛遵循相同的线条。

真实世界的运行条件

在电机试验台上测试电机通常意味着电机在可能的最佳条件下进行测试。相反地,当电动机在运行中使用时,通常不存在最佳的运行条件。这些运行条件的差异都会导致电机性能的下降。例如,在一个工业设施中,可能安装的负载对电能质量有直接影响,造成系统的不平衡,或可能造成谐波。这些情况都会严重影响运动性能。此外,电机驱动的负载可能不是最优的,或与电机的原始设计不一致。负载可能过大,电机无法正确处理,或由于不良的工艺控制而超载,甚至可能因异物阻塞泵或风扇叶轮而引起的过度摩擦而受阻。捕捉这些异常非常困难,而且要有效地排除故障非常耗时。

一种新的方法

Fluk爱游戏平台是正规的吗e 438-II电力质量和电机分析仪提供了一种用于测试电机效率的流线型和经济高效的方法,同时消除了对外部机械传感器的需求和昂贵的停机时间。Fluk爱游戏平台是正规的吗e 438-II基于Fluke 430-II系列电力质量和能量分析仪,具有测量功率质量的全部能力,同时还测量直线电动机的机械参数。使用来自电动机名称板(NEMA或IEC数据)的数据与三相功率测量,438-II计算实时电动机性能数据,包括速度,扭矩,机械功率和效率,而无需额外的扭矩和速度传感器。438-II还直接计算操作模式下的电动机降额因子。

所需的数据福禄克438 - ii执行这些测量输入的爱游戏平台是正规的吗技术员或工程师,包括额定功率在千瓦或惠普、额定电压和电流、额定频率、额定cosφ或功率因数,评级服务因素和电动机设计类型NEMA或IEC类。

电机扭矩测试结果

它是如何工作的

Fluk爱游戏平台是正规的吗e 438-II单元通过对电子波形信号应用专有算法,提供机械测量(电机转速、负载、扭矩和效率)。该算法混合了基于物理和数据驱动的感应电机模型,而不需要任何预测量测试,通常需要估计电机模型参数,如定子电阻。电机转速可以从当前波形中存在的转子槽谐波来估计。电机轴的转矩可以与感应电机的电压、电流和滑差通过众所周知但复杂的物理关系。用输入电流和电压波形测量电力。在获得扭矩和速度估计数后,机械功率(或负载)将使用扭矩乘以速度来计算。电机效率是通过将估计的机械功率除以测量的电力来计算的。爱游戏平台是正规的吗Fluke使用仪表马达驱动测功器进行了广泛的测试。测量实际电力、电机轴转矩和电机转速,并与438-II报告的值进行比较,以确定精度水平。

总结

虽然测量电动机性能和效率的传统方法已被很好地定义,但它们不一定得到广泛应用。这在很大程度上是由于为了测试的目的,使电机(有时是整个系统)脱机所带来的停机成本。Fluk爱游戏平台是正规的吗e 438-II提供了非常有用的信息,直到现在,获取这些信息都非常困难和昂贵。此外,Fluke 438-II利用其爱游戏平台是正规的吗先进的电能质量分析能力,在系统实际运行模式下测量电能质量健康状态。通过消除外部扭矩和单独的速度传感器的需要,可以简化对关键电机效率的测量,从而可以在大多数工业电机驱动过程仍在使用时分析它们的性能。这使得技术人员能够减少停机时间,并有机会预测电机性能随时间的变化,从而更好地了解整个系统的健康状况和性能。通过对性能进行趋势分析,可以看到可能预示电机即将发生故障的变化,并在故障发生前进行更换。