高压电机叠频温升试验方法及其数据采集研究
    摘要：为了对被试高压电机在不能采用直接负载法或降压负载法时进行温升试验，介绍了叠频试验法；通过采用变频机组提供试验电源，实现电源电压与频率的调节。试验数据的自动采集采用wB000数字功率计与计算机通信，实现数据处理、存储和监控一体化。
    关键词：温升试验；叠频法；数据采集；wT3000；高压电机
     0  引  言
     高压电机温升试验有直接负载法和等效负载法，等效负载法又分为降压负载法与叠频法。采用直接负载法和降压负载法时，被试电机需要与陪试电机进行机械联接，而叠频法进行异步电动机温升试验时则不需要进行机械联接，所以该方法特别适用于难以对无合适的拖动电机如高压立式异步电动机、超设备容量的异步电机及没有合适陪试电机的低速异步电机的温升试验。叠频法温升试验还可以减少对组装配的时间，减少试验时的能源消耗。随着测试手段的不断进步，测试水平的不断提升及测试设备的精度越来越高，自动测试系统及工控计算机的通讯使电机测试技术中测试数据的自动采集成为可能，大大减小了人为误差，提高了工作效率。文中对高压电机采用叠频法测量绕组温升的试验方法进行分析研究。
    试验数据的自动采集采用****的高精度功率分析仪及非电量采集装置并与计算机通信、分析、处理数据并自动生成试验报表。
    1叠频试验方法研究
    l_1  试验原理
    叠频法温升试验使用两组电源，即主电源和副电源。两组电源都由同步发电机发电，电源频率不同，分别施于叠频变压器的原、次边绕组上，被试高压电机电源直接由叠频变压器原边输出而得到供电。主电源的频率为额定频率，对50 Hz的电动机，副电源的频率在38 Hz～42 Hz之间。主电源电压与被试电机额定电压相同，用以保证被试电机在额定电压下运行；副电源的电压等级应与被试电机的UN相同，其额定电流应不小于被试电机的额定电流。调节副电源发电机的励磁，用以保证被试电机在额定电流下运行。被试电机在额定电压和额定电流的条件下进行温升试验，其铁耗和定子铜耗满足试验标准的要求。转子铜耗和杂散损耗因转子导条中的集肤效应加大和被试电机的转速高于额定转速而引起的冷却效果不同而略高于直接负载法的温升值，但仍满足试验标准要求，故采用叠频法进行电机的温升试验符合试验标准。
    试验原理如图1所示。试验系统为5机组供电系统：TFl可通过TD直接挂网发电，也可通过中间电源供zFl发电。TFl提供试验所需的主电源；TF2通过中间直流电源供ZF2发电，TF2提供试验所需的副电源。主、副电源通过叠频变压器给被试机组供电。调节TFl的励磁电流，可改变被试机的电压；调节TF2的励磁电流，可改变被试机的电流。

    l_2试验步骤
    叠频法施于被试电机绕组的主、副电源的相序应相同。在接线前由主、副电源分别起动被试电机，若转向一致，即为同相序。试验时，先由主电源正常起动被试电机，使其在额定电压和额定频率下空载运转，然后接通副电源，给副电源发电机加上励磁，调节励磁电流使被试电动机的定子电流达到满载电流。在试验过程中，随时调节主电源电压，使被试电机的端电压保持额定电压UN值，并保持副电源机组的转速不变，以同时保持副电源频率，不变。
    一切正常后，被试电机在UN、IN下运行，使被试电机达到温升稳定状态，并用数据采集系统对有关电量参数及温升值进行自动测取，得出并判断试验结果，自动生成并打印报表。
    2数据采集
    系统实现虽然国内外文献对采用叠频法进行电机温升试验有所介绍，由于叠频法要随时调节主电源电压，并同时保持副电源频率不变，控制复杂。指针式仪表摆动较大，普通的数字式仪表跳动频繁。
    随着电力电子技术、电气控制技术及微机应用技术的迅速发展，为叠频温升试验方法提供了良好的研究和应用平台。高速采样仪表及高速采样数据卡的出现使测量数据的自动采集得以实现。
    2．1电量采集
    在电机试验中，如不能以高精度进行测量，则无法看到改进效果。本系统采用日本横河公司开发的新一代电参数测量设备wT3000高精度功率分析仪。它最多可用4个输入单元，输入输出同时测量，测量带宽DC和0．1 Hz～1 MHz，测量精确度高达±0．02％，可对叠频前、后的电参数测量提供高等级的精确度和稳定性。除此之外，w13000还具有实时储存、****谐波运算及Ethemel功能，既可显示数据又可显示输入信号波形，可选的谐波测量功能可实现矢量图和棒图显示，以增强可视性。
    试验中主、副电源波形以及叠频变压器输出电源波形如图2所示。WT3000一方面在获得高测量精度的同时，还可测量设备的功率转换效率；另一方面使同步的功率评测更方便、更快捷，从而改善设备评价效率。使用w13000还能同时测量常规数据和谐波数据，可以测量畸变率(rHD)和总电压、电流，无需切换测量模式。试验数据如图2和图3所示。

2．2非电量采集
    1)转速测量转速测量采用M法，又叫定时测角法：

    式中，Tg为规定的时间间隔(s)；P为脉冲发生器每转一圈发出的脉冲数；m，为规定时间内测得的脉冲数。
    用此法测得的分辨率为：

    由于检测的起始时间具有随机性，测量过程在极端情况下会产生±1个转速脉冲的检测误差，则相对误差为1／m1。

    情况下，缩短检测时间的****办法是改用P值大(转盘刻线密度大或透光孔多)的旋转编码器，旋转编码器可与计算机直接通讯。
    2)温升测量试验过程中对温度的监视用埋置检温计(ETD)法，即用埋入电机内部的检温计(如电阻检温计、热电偶或半导体热敏元件等)来测量温度。
    它可与数字温度计相联，直接显示绕组温度，用于试验过程中对绕组温度的监视。
    温升的测量一般仍用电阻法，即利用电阻随温度升高而相应增大的性质来确定绕组温升。

    式中，砭为常数，对铜绕组，为235，对铝绕组，除另有规定外，应取225，其他材料的绕组，应采用该材料在O℃时电阻温度系数的倒数。
    此外，目前国内正在研制的有无线电测温、红外线测温等。
    2．3自动测试软件
    测试软件以windows操作系统为平台，以快速采集的试验数据为基础，采用VB6．O和Vc6．O进行开发。调用Matlah内部函数进行强大的数据处理与计算，将测试数据的采样及处理、测试结果(电压、电流、功率等)的实时显示、曲线的处理以及绘制等集成在一起，开发、研究可视化软件，实现智能化的试验操作与管理。软件还运用动态链接库，****解决****语言对低层设备控制的可靠性问题。严格按照国际标准和试验流程设计，以实用可靠为原则，确保能满足试验要求。使用面向对象的可视化、模块化编程语言作为编程工具，采用全图形界面，合理划分操作界面，既清晰明了、简单直观，又生动活泼、易于接受。
    自行研制的软件灵活应用VB的各种控件可方便编辑试验过程中的界面，并且可实时观察试验中各个参数的变化情况，并将这些参数数据保存到数据库中，以便于对电机的运行性能和质量进行分析。
    3结论
    在实际生产中，随着电机容量的提高和型式的增多，很多温升试验无法进行直接负载法测量温升。同时，为了降低成本，提高试验站的试验能力，采用叠频法进行电机的温升试验是很好的选择。系统中提供变频电源的5机组也可用能耗低、噪声小的电力电子装置替代，但所需变频电源的容量大，成本高，且电压和频率的可调性要求要好。试验过程中数据采集的精确程度直接影响到试验结果判定的准确性。试验操作复杂程度的高低又直接影响到试验人员工作的繁重程度。
    试验系统中数据采集自动化和自行研制的软件大大地降低了试验人员的人为误差，提高了试验数据的重复性。