[实用新型]三相异步电机负载转矩与功率因数测量用数据采集电路

说明书

技术领域

本实用新型属于机械量测量技术领域，具体涉及一种三相异步电机负载 转矩与功率因数测量用数据采集电路。

背景技术

负载转矩是旋转动力机械的重要工作参数，并已经成为机械量测量中一 个重要组成部分。而且在机械系统中出现的振动，干扰等不正常行为都可以 通过电机输出轴上的负载转矩变化体现出来。比如齿轮啮合过程中产生的震 动会以固定频率影响电机负载转矩的变化。因此若能准确、可靠、方便地测 出电机实时的负载转矩值，这将有利于对旋转动力机械进行实时监控和故障 分析。

目前，测量负载转矩的方式是利用测量输出轴的机械变形来测量输出轴 的负载转矩，其所需要的设备传感器安装方式复杂，对安装空间和操作人员 的要求较高。在煤矿综采工作面对采煤机滚筒进行转矩监控时，没有足够的 空间将采用机械方法的扭矩测量设备安装上去。以MG100-TP型单滚筒采煤机 为例，其滚筒直径540mm，切割速度2.96m/min，需选用10kN.m的扭矩传感 器，其安装长度大概为0.7m，对滚筒轴设计影响较大。因此，只能在采煤机 设计时留有足够的空间，这样就加大了设计难度。

另外，现有技术中，三相异步电机功率因数与负载转矩的测量也是各自 由独立的装置测量的，集成度低，且缺乏电路结构简单、工作可靠性高、测 量精度高的功率因数测量装置。

为了解决以上问题，有人提出了通过检测三相异步电机的输入相电流和相电压，来通过计算机计算测量三相异步电机负载转矩及功率因数的方法，具体地，负载转矩的计算方法为：首先，根据公式和公式计算得到两相静止坐标系下的电压分量u_α和电压分量u_β，并根据公式和公式计算得到两相静止坐标系下的电流分量i_α和电流分量i_β，其中，u_A为三相异步电机的A相输入电压，u_B为三相异步电机的B相输入电压，u_C为三相异步电机的C相输入电压，i_A为三相异步电机的A相输入电流，i_B为三相异步电机的B相输入电流，i_C为三相异步电机的C相输入电流，然后，根据公式M_em＝n_p[i_β∫(u_α-R_si_α)dt-i_α∫(u_β-R_si_β)dt]计算得到电磁转矩M_em，其中，R_s为三相异步电机定子的电阻，n_p为三相异步电机的极对数，t为时间，最后，根据公式M＝M_em-M₀计算得到三相异步电机负载转矩M，其中，M₀为空载转矩；功率因数的计算方法为：根据公式计算得到角度φ_A，再根据公式cosθ_A＝cos(90°-φ_A)计算得到三相异步电机的A相功率因数cosθ_A；根据公式计算得到角度φ_B，再根据公式cosθ_B＝cos(90°-φ_B)计算得到三相异步电机的B相功率因数cosθ_B；根据公式计算得到角度φ_C，再根据公式cosθ_C＝cos(90°-φ_C)计算得到三相异步电机的C相功率因数cosθ_C，其中，T为对u_A、u_B、u_C、i_A、i_B和i_C进行周期性检测的检测周期，τ_A为A相输入电压u_A与A相输入电流i_A过零点的时间差，τ_B为B相输入电压u_B与B相输入电流i_B过零点的时间差，τ_C为C相输入电压u_C与C相输入电流i_C过零点的时间差。但是，现有技术中还缺乏结构简单、设计合理、实现方便且成本低、使用操作方便、工作可靠性高、实用性强、使用效果好的三相异步电机负载转矩与功率因数测量用数据采集电路。