一陀螺儀電機(jī)測(cè)試目的

　　本次陀螺儀電機(jī)測(cè)試的主要目的是分析輸入功率波動(dòng)的原因：是某一相還是三相都有波動(dòng)；導(dǎo)致功率波動(dòng)的是諧波或是間諧波、或是電源三相不平衡、或是電壓、電流相位差的波動(dòng)、或是上述諸多因素的綜合結(jié)果。

二陀螺儀電機(jī)測(cè)試線路

　　本次測(cè)試采用湖南銀河電氣有限公司研制的WP4000變頻功率分析儀，該分析儀是目前國(guó)家變頻電量測(cè)量?jī)x器計(jì)量站的測(cè)量基準(zhǔn)，測(cè)試數(shù)據(jù)具有較高的精度和最高的權(quán)威性。 根據(jù)被測(cè)電機(jī)的電壓和電流，WP4000 的功率單元選擇 DT223B（128V/1.28A）數(shù)字變送器。每個(gè)DT 數(shù)字變送器可連接一路電壓和一路功率。 由于電機(jī)未引出中性線，一般采用二瓦計(jì)法測(cè)量三相功率，為了更加準(zhǔn)確直接的反映三相電流，每相電流均采用一個(gè)DT數(shù)字變送器進(jìn)行測(cè)量。
下圖為其測(cè)試線路圖。

　　由于二瓦計(jì)法的單個(gè)功率讀數(shù)沒(méi)有明確的物理意義，當(dāng)三相功率不相同時(shí)，不便于分析功率波動(dòng)的原因，因此，利用同型號(hào)的DT 數(shù)字變送器電壓通道輸入阻抗相等的原理，構(gòu)建虛擬中性點(diǎn)，并在此基礎(chǔ)上采用三瓦計(jì)法進(jìn)行測(cè)量。圖3c 為其測(cè)試線路圖。

三瓦計(jì)法測(cè)量三相功率線路圖

測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)實(shí)物照片

 

三陀螺儀電機(jī)測(cè)試方法及記錄

　　本次測(cè)試采用WP4000 作為基本測(cè)試儀器，相關(guān)數(shù)據(jù)分析采用DH2000 諧波分析儀和DCCS2012 分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等上位機(jī)軟件。

試驗(yàn)電源測(cè)試

1、諧波測(cè)試

Uab 諧波頻譜

Ubc 諧波頻譜

Uca 諧波頻譜

　　由圖可知，三相電壓諧波含量非常小，基本可忽略。

2、三相不平衡度

 

　　電源負(fù)序分量占比約：0.2%

3、穩(wěn)定度

10 分鐘線電壓幅值趨勢(shì)曲線（更新時(shí)間 500ms）

　　10 分鐘內(nèi)，電壓波動(dòng)在±0.02%以內(nèi)。

四陀螺儀電機(jī)第一次測(cè)試

01三相電壓

 

02三相電流

10 分鐘電流幅值趨勢(shì)曲線（更新時(shí)間 500ms）

　　10 分鐘內(nèi)，電流幅值變化在±0.2%以內(nèi)。

03功率PAB、PCB、P

10 分鐘 PAB 幅值趨勢(shì)曲線（更新時(shí)間 500ms）

　　10 分鐘內(nèi)，PAB 幅值變化量為 0.1W，相對(duì)變化量在 10%以內(nèi)。

10 分鐘 PCB 幅值趨勢(shì)曲線（更新時(shí)間 500ms）

　　10 分鐘內(nèi)，PCB 幅值變化量為0.06W，相對(duì)變化在1.3%以內(nèi)。

10 分鐘 P 幅值趨勢(shì)曲線（更新時(shí)間 500ms）

　　10 分鐘內(nèi)，P 幅值變化量為0.16W，相對(duì)變化在4.7%以內(nèi)。

五陀螺儀電機(jī)第二次測(cè)試

　　通過(guò)第一次測(cè)試，發(fā)現(xiàn)功率的波動(dòng)明顯大于電壓、電流的波動(dòng)。對(duì)電壓、電流信號(hào)進(jìn)行諧波分析，期望從中了解到功率波動(dòng)的原因。
三相電壓

單相電壓實(shí)時(shí)波形

線電壓間諧波分析

　　電壓波形較純正，諧波含量可以忽略。最大間諧波含量不超過(guò)基波的0.075%。

單相電流實(shí)時(shí)波形

　　電流波形較純正，諧波含量可以忽略。最大間諧波含量約為基波的0.1%。

六陀螺儀電機(jī)第三次測(cè)試

　　經(jīng)過(guò)第二次測(cè)試，發(fā)現(xiàn)電壓、電流信號(hào)均較純正，未發(fā)現(xiàn)顯著異常。于是對(duì)瞬時(shí)功率進(jìn)行測(cè)試分析。
　　考慮到三相瞬時(shí)功率可能不同，而二瓦計(jì)法的單個(gè)功率讀數(shù)沒(méi)有明確的物理意義，本次測(cè)試采用虛擬中性點(diǎn)的三瓦計(jì)法進(jìn)行測(cè)試。

單相瞬時(shí)功率

三相瞬時(shí)功率

　　理想狀態(tài)下，單相瞬時(shí)功率為倍頻（1000Hz）的正弦波上疊加一個(gè)直流分量（有功功率）。
　　理想狀態(tài)下，三相瞬時(shí)功率為一條直線。
　　對(duì)實(shí)測(cè)的單相瞬時(shí)功率波形進(jìn)行諧波分析，發(fā)現(xiàn)2.74Hz 的間諧波含量較大，A、B、C 三相與有功功率（平均值）的占比分別為：4.4%、4.8%、5.4%。對(duì)實(shí)測(cè)的三相瞬時(shí)功率波形進(jìn)行諧波分析，其主要諧波為500Hz 和1000Hz 兩種頻率分量，其中，1000Hz 占比較大。同時(shí)，也包括與單相功率瞬時(shí)波形相同的2.74Hz 的間諧波，約占有功功率的3.6%。
見(jiàn)下圖。

A 相瞬時(shí)功率的間諧波

B 相瞬時(shí)功率的間諧波

C 相瞬時(shí)功率的間諧波

三相瞬時(shí)功率的間諧波

　　第一次測(cè)試基于時(shí)域，發(fā)現(xiàn)功率明顯波動(dòng)。
　　第二次測(cè)試期望通過(guò)對(duì)電壓、電流的頻域分析，得出造成功率波動(dòng)的原因，未發(fā)現(xiàn)顯規(guī)律。
　　第三次測(cè)試對(duì)功率直接進(jìn)行頻域分析，得出了功率變化的規(guī)律。
　　于是，我們做出如下推測(cè)：
　　理論上，只要電壓和電流為單一頻率的穩(wěn)定信號(hào)，功率就應(yīng)該是穩(wěn)定信號(hào)。
　　本次測(cè)試雖然未在電壓、電流信號(hào)中發(fā)現(xiàn)顯著的多余頻率成分。但在功率信號(hào)中均發(fā)現(xiàn)有明顯的2.74HZ 的間諧波。
　　推測(cè)是電流中較微弱的間諧波引起的電壓和電流之間的相位的微小變化，而本電機(jī)的功率因數(shù)較低，微小相位變化會(huì)對(duì)功率產(chǎn)生較為顯著的影響。

10 分鐘 C 相相位變化趨勢(shì)曲線（更新時(shí)間 20ms）

　　A 相電壓、電流之間的相位差變化量約2.8°電壓、電流不變時(shí)，最小相位288°對(duì)應(yīng)的功率因數(shù)為0.3090，最大相位差290.8 對(duì)應(yīng)的功率因數(shù)為0.3551。功率因數(shù)的上述變化將引起功率15%的變化，這個(gè)測(cè)試結(jié)果與推測(cè)基本相符。

七陀螺儀電機(jī)綜合分析

　

01電源分析

　   陀螺電機(jī)是精密機(jī)械，其工作電源應(yīng)有較高的精度和穩(wěn)定性。
　　測(cè)試表明，其三相電壓包含0.2%的負(fù)序分量，應(yīng)該予以消除。

02功率波動(dòng)分析

　   理想的三相電機(jī)帶三相對(duì)稱負(fù)載，且在三相對(duì)稱電源供電時(shí)，其輸入的三相瞬時(shí)功率波形應(yīng)為一條直線。實(shí)測(cè)三相功率的瞬時(shí)波形包含約4%左右的2.7Hz 的低頻的間諧波。
　　我們實(shí)際測(cè)試讀取的是三相瞬時(shí)功率的平均值，由于瞬時(shí)功率是波動(dòng)的，平均值與平均時(shí)間有關(guān)，表現(xiàn)在儀表上，與更新時(shí)間有關(guān)。
　　下圖記錄了更新時(shí)間分別為20ms、500ms、730ms 和1000ms 下的有功功率趨勢(shì)曲線。

10 分鐘有功功率趨勢(shì)曲線（20ms）

　　10 分鐘內(nèi)，有功功率變化量約為0.7W，相對(duì)變化量約為20%。

10 分鐘有功功率趨勢(shì)曲線（500ms）

　　10 分鐘內(nèi)，有功功率變化量約為0.15W，相對(duì)變化量約為4.3%。

10 分鐘有功功率趨勢(shì)曲線（730ms）

　　10 分鐘內(nèi)，有功功率變化量約為0.055W，相對(duì)變化量約為1.6%。

10 分鐘有功功率趨勢(shì)曲線（1000ms）

　　10 分鐘內(nèi)，有功功率變化量約為0.09W，相對(duì)變化量約為2.6%。
　　相比之下，730ms 趨勢(shì)曲線較平緩，這是因?yàn)?30ms 是間諧波周期365ms 的整數(shù)倍。
　　2.74Hz 的間諧波是造成功率波動(dòng)的主要原因，盡管設(shè)置合適的更新時(shí)間，可以獲得相對(duì)穩(wěn)定的讀數(shù)，但是，這個(gè)波動(dòng)是真實(shí)存在的。從嚴(yán)格考核的角度出發(fā)，設(shè)置更新時(shí)間以獲取穩(wěn)定讀數(shù)并沒(méi)有實(shí)際意義，相反由于實(shí)際信號(hào)的規(guī)律未充分展現(xiàn)時(shí)，由于更新時(shí)間的匹配程度不同，可能得出相反的結(jié)論。
　　例如：本電機(jī)的實(shí)際波動(dòng)約4%，但是，采用合適的更新周期，讀數(shù)波動(dòng)可以控制在1%以內(nèi)。
　　而另外一臺(tái)電機(jī)實(shí)際波動(dòng)約2%，由于更新時(shí)間不匹配；讀數(shù)波動(dòng)完全可能大于1%。
　　2.74Hz 的間諧波產(chǎn)生原因可能在電機(jī)，也可能在負(fù)載，也可能是電機(jī)和負(fù)載都有關(guān)聯(lián)。
　　負(fù)載方面，對(duì)于三相電機(jī)的每一相的波動(dòng)貢獻(xiàn)應(yīng)該均等，這一點(diǎn)，從測(cè)試數(shù)據(jù)看，三相功率均包含2.74Hz的間諧波。
　　電機(jī)方面，C 相的波動(dòng)最大，2.74Hz 的間諧波幅值最大，電機(jī)異常的可能性較大。
　　三相直流電阻存在一定的不平衡度。
　　僅從測(cè)試數(shù)據(jù)看，電機(jī)和負(fù)載都有可能是導(dǎo)致功率波動(dòng)的原因。

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