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1、電力分析儀的應(yīng)用 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步,對(duì)機(jī)床產(chǎn)品的技術(shù)要求日益提高。在貫徹JB/T3382.2-2000標(biāo)準(zhǔn)中,就需要對(duì)機(jī)床主軸空運(yùn)轉(zhuǎn)功率進(jìn)行測(cè)試。按規(guī)定:任何一種型號(hào)的機(jī)床,要確定磨頭空運(yùn)轉(zhuǎn)功率的指標(biāo),可選擇裝配較好的十套磨頭,測(cè)量空運(yùn)轉(zhuǎn)功率,取平均值作為考核指標(biāo)。這對(duì)于以小批量,多品種為特點(diǎn)的機(jī)床行業(yè)來說,如果采用傳統(tǒng)的測(cè)量方法,即三表法或二表法測(cè)量磨頭電機(jī)的功率,這些測(cè)量方法的測(cè)量系統(tǒng)體積龐大,接線復(fù)雜,無疑是一件十分繁重的工作,而且受測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的限制,測(cè)量精度較低,對(duì)主軸的空運(yùn)轉(zhuǎn)功率很難測(cè)試。
2、 為了滿足JB/T3382.2-2000標(biāo)準(zhǔn)中6.4章節(jié)的要求,經(jīng)過一年多時(shí)間的調(diào)訪,決定采用HIOKI3286型電力分析儀,成功地解決了機(jī)床的磨頭空載功率的測(cè)試工作。HIOKI3286型電力分析儀采用單片微處理器技術(shù),可以完成對(duì)單相交流電動(dòng)機(jī)或三相交流電動(dòng)機(jī)的電壓、電流、有功功率、視在功率、功率因數(shù)、相位角等多項(xiàng)性能的測(cè)試。 1、功率因數(shù) 相位角的測(cè)量是通過測(cè)量電壓和電流過零點(diǎn)的差來完成的。如下圖所示。儀器通過相位角,電壓U和電流I來計(jì)算三相實(shí)
3、時(shí)有功功率P,視在功率S ,無功功率Q,反應(yīng)系數(shù)sin,功率因數(shù)cos。 對(duì)于變頻器或晶閘管調(diào)速電路的畸變輸入波形,或者是受干擾的畸變波形,測(cè)試會(huì)不準(zhǔn)確或根本不能進(jìn)行測(cè)試。在三相功率因數(shù)表的模式下,有功功率的計(jì)算是當(dāng)作三相平衡負(fù)載處理的。如果三相不平衡,測(cè)試結(jié)果不準(zhǔn)確。 對(duì)于變頻器或晶閘管調(diào)速電路的畸變輸入波形的測(cè)試為什么會(huì)造成不準(zhǔn)確呢?這是因?yàn)閷?duì)于畸變的波形,單相功率測(cè)量方式下測(cè)得的功率因數(shù)和單相功率因數(shù)測(cè)量方式下測(cè)得的功率因數(shù)是不同的。造成這種測(cè)量結(jié)果不同的,原因是單
4、相功率測(cè)量方式是通過有功功率和視在功率來計(jì)算,即計(jì)算=P/S。而單相功率因數(shù)測(cè)量方式會(huì)將電壓波形和電流波形認(rèn)為是正弦波,通過相位角來計(jì)算。 相位角測(cè)量是功率因數(shù)方式計(jì)算的基礎(chǔ),如果說波形發(fā)生畸變,這種功率因數(shù)的測(cè)量方式計(jì)算會(huì)產(chǎn)生很大誤差,甚至是完全錯(cuò)誤。因此,對(duì)于波形發(fā)生畸變時(shí),應(yīng)該使用單相功率測(cè)量方式計(jì)算功率因數(shù)。 表1 測(cè)量實(shí)例注:峰值因數(shù)為1.9的畸變波。 a)單相功率因數(shù)測(cè)量方式下的計(jì)算,功率因數(shù)測(cè)量方式會(huì)將電壓波形和電流波形認(rèn)為是正弦波,通過相位角來計(jì)算。 相位角測(cè)量是功率因數(shù)方式計(jì)算的基礎(chǔ),如果說電壓波形和電流波形是正常的,無疑單相功率因數(shù)測(cè)量方
5、式下的計(jì)算結(jié)果是正確的。 b)如果說輸入的電壓波形和電流波形發(fā)生了畸變時(shí),而單相功率因數(shù)測(cè)量方式同樣會(huì)將電壓波形和電流波形認(rèn)為是正弦波,通過相位角來計(jì)算。 相位角測(cè)量也是功率因數(shù)方式計(jì)算的基礎(chǔ),如果說波形發(fā)生畸變,這種功率因數(shù)的測(cè)量方式計(jì)算會(huì)產(chǎn)生很大誤差。因此,對(duì)于波形發(fā)生畸變時(shí),應(yīng)該使用單相功率測(cè)量方式計(jì)算功率因數(shù),原因是單相功率測(cè)量方式是通過有功功率和視在功率來計(jì)算。 c)三相功率因數(shù)測(cè)量方式下的計(jì)算,功率因數(shù)測(cè)量方式會(huì)將電壓波形和電流波形認(rèn)為是正弦波,通過相位角來計(jì)算。 相位角測(cè)量是功率因數(shù)方式計(jì)算的基礎(chǔ),如果說
6、電壓波形和電流波形是正常的,無疑三相功率因數(shù)測(cè)量方式下的計(jì)算結(jié)果是正確的。 d)如果說輸入的電壓波形和電流波形發(fā)生了畸變時(shí),而三相功率因數(shù)測(cè)量方式同樣會(huì)將電壓波形和電流波形認(rèn)為是正弦波,通過相位角來計(jì)算。 相位角測(cè)量也是功率因數(shù)方式計(jì)算的基礎(chǔ),如果說波形發(fā)生畸變,這種功率因數(shù)的測(cè)量方式計(jì)算會(huì)完全錯(cuò)誤。因此,對(duì)于波形發(fā)生畸變時(shí),應(yīng)該使用三相功率測(cè)量方式計(jì)算功率因數(shù)。原因是與單相功率測(cè)量方式相同,三相功率測(cè)量方式也是通過有功功率和視在功率來計(jì)算。 2、功率測(cè)量 a)對(duì)于單相電路而言,電
7、機(jī)功率的計(jì)算公式是:P=IUcos,由于單相電路的功率測(cè)量電路是維一的測(cè)量回路,它的負(fù)載功率也是維一的,因此可以直接用HIOKI3286型電力分析儀測(cè)量,可以直接從HIOKI3286型電力分析儀上讀出測(cè)量結(jié)果,測(cè)量電路見圖1。圖1 b)對(duì)于三相電路而言, 測(cè)量電路見圖2,三相電機(jī)功率的計(jì)算公式是:P=1.732IUcos,由于三相電路的功率測(cè)量電路是三相的測(cè)量回路,這就涉及它的負(fù)載功率是否平衡, 如果說它的負(fù)載功率是平衡的,可以直接用HIOKI3286型電力分析儀測(cè)量,從HIOKI3286型電力分析儀上讀出測(cè)量結(jié)果。圖2
8、c)如果說它的負(fù)載功率不是平衡的, 測(cè)量電路仍按圖2,直接用HIOKI3286型電力分析儀測(cè)量,從HIOKI3286型電力分析儀上讀出測(cè)量結(jié)果就會(huì)產(chǎn)生較在的測(cè)量誤差。 這是因?yàn)楣绞牵篜=1.732IUcos,其中電流I的取值源于儀器的鉗形傳感器,如果說鉗形傳感器所測(cè)量的那一相的負(fù)載大,則測(cè)量結(jié)果的讀數(shù)就會(huì)相應(yīng)的增大, 如果說鉗形傳感器所測(cè)量的那一相的負(fù)載輕, 則測(cè)量結(jié)果的讀數(shù)就會(huì)相應(yīng)的減小。 圖3 因此, 如果說它的負(fù)載功率不是平衡的, 測(cè)量電路應(yīng)按圖3,對(duì)電機(jī)功率進(jìn)行二次測(cè)量, 從HIOKI3286型電力分析儀上讀出的二次測(cè)量結(jié)果,進(jìn)行相加。電機(jī)功率是:
9、P=P1+P2 三相有功功率P=P1+P2=-O.54+1.98=1.44 kW 三相視在功率S=0.866(2.61+2.57)=4.49 kVA 功率因數(shù)=P/S=1.44/4.49=0.321 d)三相四線回路的測(cè)量,對(duì)于如果說它的負(fù)載功率是平衡的, 三相四線回路的功率和功率因數(shù)測(cè)量是與三相三線回路的測(cè)量相同,不需要使用中線,同樣可以直接用HIOKI3286型電力分析儀測(cè)量,可以直接從HIOKI3286型電力分析儀上讀出測(cè)量結(jié)果。然而,對(duì)于三相不平衡負(fù)載,測(cè)量方式與單相二線系統(tǒng)相同,將單元設(shè)置為單相測(cè)量模式,但測(cè)量電路應(yīng)按圖4進(jìn)行接線和測(cè)量,以中線為
10、基準(zhǔn),對(duì)三相負(fù)載進(jìn)行分別測(cè)量, 分別從HIOKI3286型電力分析儀上讀出的三次測(cè)量結(jié)果,將這些功率讀數(shù)進(jìn)行累加,此時(shí)的功率應(yīng)是:P=P1+P2+P3 圖4 e) 對(duì)于小功率的三相交流異步電機(jī), 測(cè)量電路見圖2,在這種情況下, 雖然說它的三相負(fù)載功率是平衡的,但由于電機(jī)功率太小, 難以直接從HIOKI3286型電力分析儀上讀出測(cè)量結(jié)果。 以我公司生產(chǎn)的HZ-150手動(dòng)小型1平面磨床為例,它的磨頭電機(jī)的功率是0.75kW,而它的磨頭電機(jī)的空載功率僅只有50W-80W之間,在這種情況下,已低于HIOKI3286型電
11、力分析儀的最小分辨率,不可能直接從HIOKI3286型電力分析儀上讀出測(cè)量結(jié)果。因此,測(cè)量電路仍應(yīng)按圖2接線,將單元設(shè)置為單相測(cè)量模式,直接從HIOKI3286型電力分析儀上讀出測(cè)量結(jié)果除以1.732即此時(shí)的磨頭電機(jī)空載功率P=P(讀數(shù))/1.732。 3、視在功率S,無功功率Q,反應(yīng)系數(shù)sin,功率因數(shù)cos的測(cè)量 這些是在功率測(cè)量和功率因數(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。根據(jù)被測(cè)對(duì)象的不同,分別按圖1至圖4測(cè)量電路接線,然后按不模式按鍵,可直接從HIOKI3286型電力分析儀上讀出。視在功率S,無功功率Q,反應(yīng)系數(shù)sin,功率因數(shù)c
12、os的測(cè)量結(jié)果。 4、電流,電壓,頻率和相序的檢測(cè) 電流的檢測(cè)要激活電流顯示模式,打開鉗頭,鉗住被測(cè)導(dǎo)體, 被測(cè)導(dǎo)體應(yīng)置于鉗頭的中心位置,可以檢測(cè)出電流的有效值,最大值和電路的頻率。還可根據(jù)需要選擇自動(dòng)檔和手動(dòng)檔測(cè)量。 電壓的檢測(cè)要激活電壓顯示模式,將電壓連線連接到儀器,可以檢測(cè)出電壓的有效值,最大值。還可根據(jù)需要選擇自動(dòng)檔和手動(dòng)檔測(cè)量。 相序的檢測(cè),按LINE/HARM鍵,選擇三相功率因數(shù)方式,RST相序模式開始工作,將電壓測(cè)試端子
13、連接到儀器上,然后將紅夾子,黑夾子,黃夾子連接到被測(cè)電路上,對(duì)于三相回路,儀器會(huì)分別顯示出正常相序,反向相序和缺相三種測(cè)量結(jié)果。 除了上述所述的測(cè)試外,儀器還可以進(jìn)行電流諧波和電壓諧波的測(cè)量,還可以將瞬間測(cè)量的結(jié)果保持儀器中。 5、HIOKI3286型電力分析儀 HIOKI3286型電力分析儀具有重量輕,便于攜帶,操作方便,讀數(shù)直觀正確等顯著特點(diǎn)。在生產(chǎn)和科研工作中,筆者應(yīng)用HIOKI3286型電力分析儀,成功地對(duì)我公司8種平面磨床產(chǎn)品的主軸空運(yùn)轉(zhuǎn)功率,滿載功率進(jìn)行測(cè)量。 根據(jù)這些測(cè)量數(shù)據(jù),專程到海寧永發(fā)電機(jī)有限公司,利用該公司大型精密電機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)中,進(jìn)行校核。校核的結(jié)果證明應(yīng)用HIOKI3286型電力分析儀測(cè)量的數(shù)據(jù)是正確可靠。此后,還把儀器送浙江省測(cè)試技術(shù)研究院進(jìn)行鑒定,證明儀器的各項(xiàng)性能是合格的。
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