專利名稱：一種核電站三相電動機啟動綜合特性測試系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及核電技術領域，更具體地說，涉及一種核電廠三相電動機啟動綜合特性測試系統。
背景技術：
電動機是核電廠重要設備，特別是核級電動機，與核安全密切相關，因此對電動機的現場試驗儀器、試驗方法和驗收規范要求均十分嚴格。電動機制造廠，由于電源問題，特別對較大容量的電動機，一般都不做額定電壓下的啟動和穩態的運行試驗，而是采用電動機制造行業通行的堵轉試驗方法,給出該電動機的啟動電流、啟動時間、穩態電流等參數。核 電廠是電動機的實際用戶，面對眾多的安裝在工位上的電動機，如何評價電動機在啟動和穩態時的電壓、電流、功率等性能，就成為一個現實問題。大亞灣、嶺澳一期核電站為了解決電動機在工位上的測試問題，與西安交通大學合作，研制出了“單相型電動機啟動測試儀”，填補了國內空白。該測試儀在現場使用中不斷改進，最終滿足了用戶的測試要求。但該測試儀只能用于單相測試，而且不能測量功率、功率因數以及三相電流和電壓的不平衡度。

發明內容
本發明要解決的技術問題在于，針對現有技術的上述只能用于單相測試、不能測量功率、功率因數以及三相不平衡度的缺陷，提供一種三相電動機啟動綜合特性測試系統。本發明解決其技術問題所采用的技術方案是構造一種三相電動機啟動綜合特性測試系統，該系統包括三相電壓探頭和三相電流探頭，用于分別從三相電動機的三條饋線獲取電壓信號和電流信號；測試裝置，包括電壓信號轉換單元、電流信號轉換單元以及連接于它們輸出端的數據采集單元，來自所述探頭的電壓信號和電流信號分別經電壓信號轉換單元和電流信號轉換單元進行調理、限幅后，被所述數據采集單元分組、放大、A/D轉換后輸出；以及數據處理裝置，它連接在所述測試裝置的數據采集單元的輸出端，用于記錄測試裝置采集到的三條饋線上的電流和電壓信號的瞬時波形數據，利用瞬時波形數據計算并輸出三相電動機的綜合特性參數，所述綜合特性參數包括功率、功率因數、三相電流和/或電壓不平衡度以及啟動電流。在本發明所述的三相電動機啟動綜合特性測試系統中，為提高數據測量精度，尤其是提高較短啟動時間下(如小于2秒)的測量精度，所述啟動電流計算模塊包括用電動機啟動階段較平穩處的電流瞬時波形數據擬合曲線的第一子模塊；將擬合曲線端部向外延伸的第二子模塊；以及，獲取啟動開始時間點對應的擬合曲線數據作為啟動電流的第三子模塊。
在本發明所述的三相電動機啟動綜合特性測試系統中，為保證數據測量準確，所述電壓信號轉換單元包括三個電壓信號通道，每個電壓信號通道由電壓傳感器、第一信號調理電路和第一限幅電路順次連接組成，所述電壓傳感器用于將輸入的雙端電壓信號轉換成單端電壓信號，三個電壓信號通道的電壓傳感器采用三角形接法與三個電壓饋線端連接。在本發明所述的三相電動機啟動綜合特性測試系統中，為保證數據測量準確，所述電流信號轉換單元包括三個電流信號通道，每個電流信號通道由濾波器、第二信號調理電路和第二限幅電路順次連接組成。在本發明所述的三相電動機啟動綜合特性測試系統中，為了進一步提高測量的速度和精度，所述數據處理裝置和所述測試裝置的數據采集單元采用USB接口連接。采用USB接口進行數據傳輸，傳輸速度塊，干擾小，為高速采集三相電壓和電流數據，以及精確測量電壓、電流的相位差創造了條件。在本發明所述的三相電動機啟動綜合特性測試系統中，為保證數據測量準確，所述數據采集單元包括多路開關、第一信號放大器、第二信號放大器、A/D轉換器和USB接口電路，轉換后的三相電壓信號和三相電流信號經多路開關分組選擇后，分別輸入第一信號放大器和第二信號放大器放大，再經A/D轉換器轉換成數字信號，然后經USB接口電路打包成USB傳輸用的數據包并調制后輸出。在本發明所述的三相電動機啟動綜合特性測試系統中，為避免過壓損壞系統，所述測試裝置還包括過壓報警單元，所述過壓報警單元包括脈沖發生器、連接在其輸出端的警示器、以及連接在其觸發端的三個監測通道，每個監測通道由峰值檢測電路和比較器構成。在本發明所述的三相電動機啟動綜合特性測試系統中，為保證穩定可靠地進行測量，所述測試裝置的電源包括AC-DC單元、可充電電池及其充電電路、以及自動切換開關，AC-DC單元輸入端接市電，輸出端接自動切換開關的一輸入端和充電電路的輸入端，充電電路的輸出端接自動切換開關的另一輸入端，自動切換開關的輸出端通過電源開關接至少兩個DC-DC單元。在本發明所述的三相電動機啟動綜合特性測試系統中，為進一步保證穩定可靠地進行測量，所述測試裝置的電源還包括欠壓檢測電路。在本發明所述的三相電動機啟動綜合特性測試系統中，為提高系統的適應性，所述測試裝置包括電壓信號量程選擇開關和電流信號量程選擇開關。本發明的有益效果是，能夠測試三相電動機的功率、功率因數以及三相不平衡度等參數。其利用數據處理裝置自動處理數據，不但能夠當場獲得測試結果，且大大減小了人為誤差。


下面將結合附圖及實施例對本發明作進一步說明，附圖中圖I是實施例三相電動機啟動綜合特性測試系統的原理框圖；圖2是其測試裝置的原理框圖；圖3是其測試裝置中電壓信號轉換單元的原理框圖4是其測試裝置中電流信號轉換單元的原理框圖；圖5是其測試裝置中數據采集單元的原理框圖；圖6是其測試裝置中過壓報警單元的原理框圖；圖7是其測試裝置中電源的原理框圖。
具體實施例方式如圖I所示,本三相電動機啟動綜合特性測試系統包括三相電壓探頭I、三相電流探頭2、測試裝置3和數據處理裝置4。三相電壓探頭I為三條電壓信號電纜，對應連接測試裝置3的P2端口的三個電壓饋線端至三相電動機的三條饋線，用于從三相電動機的三條饋線獲取電壓信號。三相電流探頭2可以采用三個電流互感器或者電流鉗，對應設置在三相電動機的三條饋線上，并對應連接測試裝置3的Ql端口、Q2端口和Q3端口，用于從三相電動機的三條饋線獲取電流信號。數據處理裝置4基于計算機實現，計算機可為筆記本電腦或臺式PC計算機，基本配置為主頻彡2GHz,內存彡1GB，硬盤彡80GB，12”或者14”顯示器，顯示器分辨率1024x768，光驅和鼠標器。計算機至少應有兩個支持USB2. O的插口，應支持Windows XP操作系統。測試裝置3的PO端口通過數據線與數據處理裝置4的USB插口連接。數據處理裝置4內設置數據采集模塊，用于記錄測試裝置3采集到的三相電動機三條饋線上的電流和電壓信號的瞬時波形數據。數據處理裝置4還用于利用所述瞬時波形數據計算并輸出三相電動機的綜合特性參數，這些綜合特性參數包括但不限于功率、功率因數、三相電流和/或電壓不平衡度以及啟動電流。輸出內容的形式可以是報表形式、和/或圖形形式，輸出方式可以是打印、存儲和/或顯示器顯示等。如圖2所示，測試裝置3包括電壓信號轉換單元31、電流信號轉換單元32以及連接于它們輸出端的數據采集單元33。來自三相電壓探頭I的電壓信號和來自三相電流探頭2的電流信號分別經電壓信號轉換單元31和電流信號轉換單元32進行調理、限幅后，被所述數據采集單元33分組、放大、A/D轉換、并打包成USB傳輸用的數據包，以D+和D-調制信號的形式傳送給數據處理裝置4。如圖3所示，電壓信號轉換單元31包括三個電壓信號通道31a、31b、31c，每個電壓信號通道由電壓傳感器311、第一信號調理電路312和第一限幅電路313順次連接組成。電壓傳感器311用于將輸入的雙端電壓信號轉換成單端電壓信號，三個電壓信號通道31a、31b、31c的電壓傳感器采用三角形接法與測試裝置3P2端口的三個電壓饋線端A、B、C連接，由于采用三角形接法，所以電壓信號轉換單元31輸出的電壓信號uA、uB、uc為三個線電壓的瞬時信號，電壓傳感器311具有隔離功能，使uA、uB、u。可以共地。第一信號調理電路312用于對內部的單端信號進行零點和幅度的調整，使其滿足后續電路的要求。第一限幅電路313用于限制電壓信號的幅度，起保護作用。電壓信號轉換單元31還設有量程選擇模塊314，通過電壓信號量程選擇開關K3的控制，選擇合適的量程，以適應不同的電動機。電壓信號量程分為100V和380V兩檔，其中100V檔適用有PT的高壓電動機。
如圖4所示，電流信號轉換單元32包括三個電流信號通道32a、32b、32c,每個電流信號通道由濾波器321、第二信號調理電路322和第二限幅電路323順次連接組成。三個電流信號通道32a、32b、32c分別接收并處理來自三個電流鉗的電流信號。第二信號調理電路322用于對濾波后的電流信號進行零點和幅度的調整，使其滿足后續電路的要求。第二限幅電路323用于限制電流信號的幅度，起保護作用。轉換后輸出的電流信號iA、iB、i。是共地的三個內部數據采集用的電流信號。電流信號轉換單元32還設有量程選擇模塊324，通過電流信號量程選擇開關K2的控制，選擇合適的量程，以適應不同的電動機。電流信號的量程分為1V、2V和3V三檔，以電流直接測量為例，當對應的電流鉗檔位選擇lmV/A時，對應1V、2V和3V三檔，電流探頭的電流測量量程為1000A、2000A、3000A。如圖5所示，數據采集單元33包括多路開關331、第一信號放大器332、第二信號放大器333、A/D轉換器334和USB接口電路335，三相電壓信號uA、uB、Uc和三相電流信號 iA、iB、ic經多路開關331分組選擇(如uA和iA、uB和iB、uc和i。)后，分別輸入第一信號放大器332和第二信號放大器333放大，再經A/D轉換器334轉換成數字信號，然后經USB接口電路335打包成USB傳輸用的數據包并調制后，以D+和D-調制信號的形式傳送給數據處理裝置4，實現數據的采集。因為A/D轉換器334和USB接口電路335的工作電壓不同，故用電平轉換電路完成電源電壓和信號電平的轉換。圖5中的時序脈沖產生電路用于產生數據采集單元33工作時的各種控制信號。為避免過壓損壞本測試系統，測試裝置3還設置了過壓報警單元34。如圖6所示，本過壓報警單元34包括脈沖發生器341和連接在其輸出端的警示器342，以及連接在脈沖發生器341觸發端的三個監測通道343a、343b、343c，每個監測通道由峰值檢測電路和比較器構成。三個監測通道343a、343b、343c分別檢測電壓信號轉換單元31輸出的三相電壓信號uA、uB、U。，通過比較器與參考電壓比較，若信號大于設定值的20%，比較器的輸出反轉，啟動脈沖發生器341，輸出脈沖信號，使警示器342發出聲光報警。為保證本測試系統穩定可靠地進行測量，測試裝置3設置了充電電池及其充電電路。具體地，如圖7所示，測試裝置3的電源35包括AC-DC單元351、可充電電池352及其充電電路353、以及自動切換開關354，AC-DC單元351輸入端接市電，輸出端接自動切換開關354的一輸入端和充電電路353的輸入端，充電電路353的輸出端接自動切換開關354的另一輸入端，自動切換開關354的輸出端通過電源開關355接第一 DC-DC單元356和第二 DC-DC單元357。220V的市電經AC-DC單元351變成9V的直流電，該9V的直流電經自動切換開關354和電源開關355送到第一 DC-DC單元356和第二 DC-DC單元357，產生測試裝置3工作使用的+5V和±12V直流電。AC-DC單元351輸出的9V直流電還被直接送到充電電路353，使其為后備的可充電電池352充電。當交流220V電源斷開時，自動切換開關354發生切換，充電電路353將可充電電池352中的電能通過自動切換開關354和電源開關355送到第一 DC-DC單元356和第二 DC-DC單元357，提供測試裝置3工作使用的+5V和±12V直流電。自動切換開關354可選用繼電器、接觸器等電磁開關。為了防止可充電電池352過渡放電，保證本測試系統穩定可靠地進行測量，電源35設置了欠壓檢測電路358，當可充電電池352電壓過低時，欠壓蜂鳴器S1發出聲響警告，并且工作指示燈Dl隨之閃爍。現有技術中采用輔助切線法計算啟動電流，對于啟動時間短(如小于2秒)的電動機，易造成讀取的數據比錄取的波形最大值還要大，從而發生嚴重的數據偏差。針對此缺陷，本發明一些較佳實施例三相電動機啟動綜合特性測試系統中，采用了擬合曲線法來計算啟動電流，以提高數據測量精度，尤其是提高較短啟動時間下(如小于2秒)的測量精度。具體的，一些較佳實施例三相電動機啟動綜合特性測試系統，在數據處理裝置4中構造了啟動電流計算模塊，該啟動電流計算模塊包括用電動機啟動階段較平穩處的電流瞬時波形數據擬合曲線的第一子模塊；將擬合曲線端部向外延伸的第二子模塊；以及，獲取啟動開始時間點對應的擬合曲線數據作為啟動電流的第三子模塊。一些較佳實施例三相電動機啟動綜合特性測試系統具有以下主要功能I)在三相電動機啟動過程中、或者運行階段，采集并記錄三根電動機饋線上的電流與電壓信號的瞬時波形數據，然后用對所記錄的數據進行分析計算，得到測試結果。測得的數據和測試結果可以打印、存盤，以便長期保存； 2)可以單相、兩相、三相同時測試；3)測試主要結果包括(I)電動機中的電流和電壓的瞬時值隨時間的變化曲線；(2)電動機中的電流和電壓的有效值隨時間的變化曲線；(3)電動機在啟動過程和運行階段的功率和功率因數曲線；(4)電動機啟動過程中的啟動時間、啟動電流、最小電壓和峰值電壓等啟動電參數；(5)電動機穩態運行階段的各相的穩態電流、穩態電壓等運行電參數；(6)穩態功率和功率因數；(7)三相電流、三相電壓的不平衡程度等。一些較佳實施例三相電動機啟動綜合特性測試系統的主要技術指標如下
I)信號額定測量范圍交流電壓信號(三相)O IOOV / O 380V rms 電流鉗輸出信號(三相)U IV / O 2V/ O 3V rms
2)測量誤差
電壓信號彡1%
電流信號<1%
功率測量<2%
3)相位測量分辨率優于I度
4)波形連續記錄時間>120秒
5)數據采集
通道數6通道
分辨率12位
數據采集速率55l〗5KS/s
6)工作電源
交流電源220V±5% 50Hz s^50W·
電池供電工作時間>60分鐘
充電時間<2小時
7)工作環境
工作溫度10°C 40°C
相對濕度〈85%
8)測試裝置3的外形尺寸310x340x110
9)測試裝置3的重量<6kg—些較佳實施例三相電動機啟動綜合特性測試系統至少具有以下有益效果I)采用先進的數據采集和處理技術，將采集的電氣參數經過自動分析處理，在測試現場就能夠快速直觀地給出測試結果，并能判斷數據是否符合規范要求；2)采用新的曲線計算方法，提高了數據測量準確性；3)采用USB2. O接口進行數據傳輸，傳輸速度塊，干擾小；4)體積小，重量輕，便于攜帶，現場使用方便；5)是目前國內唯一符合核級三相電動機啟動特性測試參數計算的儀器，且全自動化，減少了人為誤差；6)具有測試報告自動生成功能，測量的數據可自動存儲，連接打印機可直接打印，無需實驗人員再編輯。
權利要求
1.一種三相電動機啟動綜合特性測試系統，其特征在于，包括 三相電壓探頭(I)和三相電流探頭(2)，用于分別從三相電動機的三條饋線獲取電壓信號和電流信號； 測試裝置(3)，包括電壓信號轉換單元(31)、電流信號轉換單元(32)以及連接于它們輸出端的數據采集單元(33)，來自所述探頭的電壓信號和電流信號分別經電壓信號轉換單元和電流信號轉換單元進行調理、限幅后，被所述數據采集單元分組、放大、A/D轉換后輸出；以及 數據處理裝置(4)，它連接在所述測試裝置的數據采集單元的輸出端，用于記錄測試裝置采集到的三條饋線上的電流和電壓信號的瞬時波形數據，利用瞬時波形數據計算并輸出三相電動機的綜合特性參數，所述綜合特性參數包括功率、功率因數、三相電流和/或電壓不平衡度以及啟動電流。
2.根據權利要求I所述的三相電動機啟動綜合特性測試系統，其特征在于，所述數據處理裝置包括啟動電流計算模塊，所述啟動電流計算模塊包括 用電動機啟動階段較平穩處的電流瞬時波形數據擬合曲線的第一子模塊； 將擬合曲線端部向外延伸的第二子模塊；以及 獲取啟動開始時間點對應的擬合曲線數據作為啟動電流的第三子模塊。
3.根據權利要求I所述的三相電動機啟動綜合特性測試系統，其特征在于，所述電壓信號轉換單元(31)包括三個電壓信號通道(31a) (31b) (31c)，每個電壓信號通道由電壓傳感器(311)、第一信號調理電路(312)和第一限幅電路(313)順次連接組成，所述電壓傳感器用于將輸入的雙端電壓信號轉換成單端電壓信號，三個電壓信號通道的電壓傳感器采用三角形接法與三個電壓饋線端連接。
4.根據權利要求I所述的三相電動機啟動綜合特性測試系統，其特征在于，所述電流信號轉換單元(32)包括三個電流信號通道(32a) (32b) (32c)，每個電流信號通道由濾波器(321)、第二信號調理電路(322)和第二限幅電路(323)順次連接組成。
5.根據權利要求I所述的三相電動機啟動綜合特性測試系統，其特征在于，所述數據處理裝置(4)和所述測試裝置(3)的數據采集單元采用USB接口連接。
6.根據權利要求5所述的三相電動機啟動綜合特性測試系統，其特征在于，所述數據采集單元(33)包括多路開關(331)、第一信號放大器(332)、第二信號放大器(333)、A/D轉換器(334)和USB接口電路(335)，轉換后的三相電壓信號和三相電流信號經多路開關分組選擇后，分別輸入第一信號放大器和第二信號放大器放大，再經A/D轉換器轉換成數字信號，然后經USB接口電路打包成USB傳輸用的數據包并調制后輸出。
7.根據權利要求I所述的三相電動機啟動綜合特性測試系統，其特征在于，所述測試裝置還包括過壓報警單元(34)，所述過壓報警單元包括脈沖發生器(341)、連接在其輸出端的警示器(342)、以及連接在其觸發端的三個監測通道(343a) (343b) (343c)，每個監測通道由峰值檢測電路和比較器構成。
8.根據權利要求I所述的三相電動機啟動綜合特性測試系統，其特征在于，所述測試裝置的電源(35)包括AC-DC單元(351)、可充電電池(352)及其充電電路(353)、以及自動切換開關(354)，AC-DC單元輸入端接市電，輸出端接自動切換開關的一輸入端和充電電路的輸入端，充電電路的輸出端接自動切換開關的另一輸入端，自動切換開關的輸出端通過電源開關(355)接至少兩個DC-DC單元(356) (357)。
9.根據權利要求8所述的三相電動機啟動綜合特性測試系統，其特征在于，所述測試裝置的電源(35)還包括欠壓檢測電路(358)。
10.根據權利要求I所述的三相電動機啟動綜合特性測試系統，其特征在于，所述測試裝置包括電壓信號量程選擇開關和電流信號量程選擇開關。
全文摘要
本發明涉及核電站三相電動機啟動綜合特性測試系統，其包括三相電壓探頭和三相電流探頭、測試裝置、以及數據處理裝置，測試裝置包括電壓信號轉換單元、電流信號轉換單元以及連接于它們輸出端的數據采集單元，來自探頭的電壓信號和電流信號經測試裝置處理后，傳輸給數據處理裝置計算并輸出三相電動機的綜合特性參數。本系統能夠測試三相電動機的功率、功率因數、啟動特性以及三相不平衡度等參數，并且能夠當場獲得測試結果。
文檔編號G01R31/34GK102928778SQ20121040582
公開日2013年2月13日 申請日期2012年10月23日 優先權日2012年10月23日
發明者劉國強, 李同合, 袁金, 李響, 陳曉義 申請人:中廣核工程有限公司, 中國廣東核電集團有限公司