【文章內(nèi)容簡介】 第 2 章 系統(tǒng)的測量原理 系統(tǒng)各物理量的測量原理和方法 電機試驗無論是型式試驗還是出廠試驗都要對被測電機的電壓、電流、功率。電網(wǎng)頻率、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、功率因數(shù)以及溫度等一些物理量進行測試。在這些物 理量中又有電量和非電量之分，對于交流電機而言，電量的測量主要包括交流電壓、交流電流及其有效值、平均功率、功率因數(shù)及效率、繞組冷態(tài)直流電阻的測量等，非電量的測量主要包括轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、溫升的測量 電機的測試包括電機的電壓、電流、功率、頻率、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、功率因數(shù)及溫度等量 的采樣，本系統(tǒng)采用的都是智能儀器儀表對信號進行采樣然后再用 RS485 通信協(xié)議來通信從而測量系統(tǒng)的各電量參數(shù) 。 系統(tǒng)的電量和非電量的采集由電參數(shù)測試儀、電阻測試儀和轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測試儀、溫度測量儀等來完成。這些測試儀它們可以單獨測量電機某些參量，又可根據(jù) 靈活、方便的通訊協(xié)議，把采集得到的數(shù)據(jù)送到計算機 [1]。 電壓電流的測量 在本系統(tǒng)中，用 GAAZ06 GAVZ062 采集電壓電流，再經(jīng)過 RS485/RS232 通信接口傳到計算機和顯示器顯示。 有功功率和無功功率的測量 交流電路的有功功率定義為電壓和電流瞬時值的乘積，即 ?（ ?） ??（ ?） ?（ ?） ，對其進行離散化處理，對于 第 ?個采樣點（ ?????）時 的瞬時功率為 [1]： ?（ ???） ??（ ???） ?（ ???） ?????????????????????????????????????????????????????????????（ ???） ?由式可知，計算瞬時功率，要求采用同一時刻的電壓和電流值相乘，在本系統(tǒng)中 是首先利用電流互感器把線路電流變?yōu)?5A 以內(nèi)的信號再利用 三相三線有功無功功率變送器 （ GAP／ Q3062） 測得系統(tǒng)中的有功功率和無功功率。 功率因數(shù)和頻率的測量 正弦波電壓和電流供電時，交流電路的平均功率為 [2]： ???????????????????????COSφ （ ） 其中 ?和 ??分別為電壓和電流的有效值，而φ為電壓和電流之間的相位移。在智能化電機測試系統(tǒng)中，功率因數(shù)的測量由 功率因數(shù)變送器 （ GACOS062） 來完成。 電網(wǎng)頻率的測量頻 率變送器 （ GAF061） 來完成。 轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的測量 測量轉(zhuǎn)速的方法很多，主要分為數(shù)字式測速和模擬式測速兩類，數(shù)字式測速是通過某種方法讀出一定時間內(nèi)的總轉(zhuǎn)速或一定轉(zhuǎn)速所經(jīng)歷的時間來計算轉(zhuǎn)速，而模擬方法是測出有瞬時值轉(zhuǎn)速引起的某種物理量的（如離心力等）的變化來表示轉(zhuǎn)速的大小。 溫度的測量 電機各部分溫度如機殼溫 度、鐵心溫度、軸承溫度和繞組溫度等，特別是繞組溫度不僅表示電機的發(fā)熱狀態(tài)，而且與電機的壽命有密切的關(guān)系，一般認為，繞組溫度每增加 8～ 10℃ ，繞組壽命將縮短一半。電機試驗標準中規(guī)定要進行溫升試驗，其目的就是在于熱穩(wěn)定狀態(tài)下測定電機各部分的溫度。 為保證電機的正常運行，那么電機各部件的穩(wěn)定溫升不得超過國家標準的允許值。國家標準中對電機的鐵心，軸承，潤滑油，冷卻介質(zhì)等規(guī)定了溫度的極限值，對電機的繞組也規(guī)定了溫升的極限值。繞組的溫升除了與各種絕緣結(jié)構(gòu)的極限使用溫度有關(guān)以外，還與環(huán)境溫度，熱點溫度有關(guān)。 電機溫升的 測量方法根據(jù)國家標準的規(guī)定有四種：溫度計法、電阻法、埋置檢溫計法和迭加法（雙橋?qū)﹄姕y溫法），紅外線測溫儀溫度指示器等等。在我們研制的電機測試控系統(tǒng)中，溫度的測量由 Pt100 溫度傳感器測得電阻的變化值再利用 多路智能巡檢遠傳控制儀 （ WIDEPLUSF0880408H） 顯示和傳給計算機進行處理。 測量誤差的原理 一切實驗檢測結(jié)果都具有誤差，或者說，誤差自始至終存在于一切科學實驗及檢測的過程中。 誤差的分類及定義 按誤差的實際含義分類 按誤差的實際含義，可分為 絕對誤差、相對誤差和引用誤差三種。 (1) 絕對誤差 某量的給出值與它的真值之差，稱為絕對誤差，簡稱真誤差。 用 Δ ?、 ??和 ???分別代表絕對真誤差、給出值和真值，則可用下式表示它們之間的關(guān)系 [3]。 Δ ??=?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????（ ???） ?給出值 ? 包括測量值、標稱值、近似值等。 真值 Δ ??是指在規(guī)定的時間空間內(nèi)被測定值的真實大小，它一般是未知的， 此時真誤差也是未知的；有的真值是可知的，還有的從相對意義上來說是可知的。 ?可知的真值有如下幾種： ① ?理論真值。 ?② ?計量學約定真值。 ③ ?標準器相對真值。高一級標準器的誤差與低一級標準器或者普通儀 器的誤差相比，比值為 （或 ）時，則可以認為前者是后者的相對真值。 對于真值可知的測量值，我們可以對其進行修正。修正值即是絕對真誤差，但與真誤差符號相反，即 [5] xxxx ????? 0? （ ） xxx ???0 （ ） （ 2） 相對真誤差 絕對真誤差與真值之比的百分數(shù)被稱為相對真誤差，用 ? 表示，其式為 （ ） 相對誤差通 常用于衡量測量（或量具及測量儀表）的準確度。相對誤差越小，準確度越高。 （ 3） 引用誤差 引用誤差是一種簡化的和實用方便的相對誤差。它常在多檔和連續(xù)刻度的儀器儀表中應(yīng)用。為了計算和劃分準確度等級的方便，通常取該儀器儀表量程中的測量上限（滿刻度）作為固定的真值，由此得出引用誤差的定義為：引用誤差是儀器儀表的絕對真誤差與該儀器儀表量程最大值（ 滿量程）之比的百分數(shù)，用式子表示為 [9] （ ） 按誤差的來源分類 按誤差的來源分類，可分為裝置誤差、方法誤差、人員誤差和環(huán)境誤差四類。 （ 1） 裝置誤差 ① 標準器誤差。標準器是提供標準量的器具，如恒流源，標準電阻等，它們%100%1000 ?????? xxx x?%100??? Nn x x? 本身的標稱值都會有誤差。 ② 儀表誤差。也稱工具誤差或簡稱儀差。 ③ 裝備、附件誤差。這里是指電源的波形、三相電源的不對稱度和正弦交流電的波形畸變等，以及各測量附件如轉(zhuǎn)換開關(guān)、觸點、接線等所帶來的誤差。 （ 2）方法誤差 方法誤差也稱理論誤差。 它是由于測量方法本身的理論根據(jù)不完善或采用了近似公式所造成的誤差。 （ 3）人員誤差 人員誤差是由于測量人員的感覺器官和運動器官所造成的誤差。如讀表人員與儀表指針的相對位置不正確造成的讀數(shù)誤差等。 （ 4）環(huán)境誤差 由于環(huán)境（如溫度、濕度、氣壓、電磁場等）的變化使測量值偏離規(guī)定值而產(chǎn)生的誤差叫做環(huán)境誤差。 提高精度和削弱系統(tǒng)誤差的基本方法 精度的含義 精度一詞本身是一個泛指測量指準確度的廣義名詞，它可以分為三個比較具體的概念。 準確度。反映系差大小的程度。 精密度。反映隨差大小 的程度。 精確度。反映系差和隨差合成大小的程度。 削弱系統(tǒng)誤差的基本方法 消除或削弱系統(tǒng)誤差主要方法是針對不同的誤差源進行有針對性的事前處理和防范。 （ 1） 儀器儀表誤差和裝置誤差的削弱 堅持對所用儀器儀表和有關(guān)裝置進行周期鑒定，檢查其精度是否符合要求，給出誤差修正值或修正公式，有些還要給出修正圖表或曲線，以便使用時對測量結(jié)果加以修正。 在每次使用前，應(yīng)對儀器儀表的接線，指針的位置（不通電應(yīng)指零位的儀器儀表），使用環(huán)境條件等進行一次嚴格地檢查，不符合要求的，應(yīng)進行更正后再投入使用。 （ 2） 人員誤差的削弱 人員誤差的大小主要決定于人員的技術(shù)素質(zhì)和責任心。其次是試驗過程中的人員組織調(diào)配和相互配合問題。在平時注意上述方面的培養(yǎng)，工作時就能最大限度地削弱由此 帶來的誤差。 （ 3） 方法誤差或理論誤差的消除 由于測量方法所造成的誤差，有的有一定規(guī)律和修正方法，如用電流電壓法求取繞組的冷態(tài)電阻時，電壓表或電流表在測量中造成的誤差句可以按有關(guān)公式進行修正。這些方法誤差或理論誤差應(yīng)通過修正等方法消除，但是有些方法或理論誤差就較難消除，如用反轉(zhuǎn)法測取三相異步電動機的雜散損耗問題。 （ 4） 采用特殊的測量方法消除或削 弱誤差 ① 零點法。在測量時，使被測之量的作用效應(yīng)與已知量的作用效應(yīng)相互抵消或平衡，總的效應(yīng)為零，于是被測量即等于已知量。這種已知量一般稱為標準器，它可以按需要做成較高的精度。 ② 微差法。微差法是一種不徹底的零示法。它的基本方法是用適當?shù)氖侄螠y量出被測量 x與一個數(shù)值相近的標準量 N之間的差值（ Nx），即可得到 x=N（ Nx）。 微差法的優(yōu)點是：即使差值的測量精度不算高，因為差值和標準量相比很小，而標準量的精度較高，所以最后的結(jié)果精度也會較高。另 外，與零示法比較，它的優(yōu)點還在于不一定要用可調(diào)的標準器，還可能在指示儀器上直接以最終測量結(jié)果來標度，從而成為一種較高精度的直接法儀器，簡化了測量的手續(xù)等。 測量結(jié)果的誤差計算 測量分直接測量和間接測量兩種。在電機試驗中，用溫度計直接測量溫度，用電壓表直接測量電壓等都屬于直接測量；由幾種儀器儀表組合后測得的最終讀數(shù)或由幾個讀數(shù)再經(jīng)過數(shù)學運算才能得到所要的結(jié)果的測量為間接測量，如通過電流互感器傳遞后測量的交流電流，用損耗分析法求得的電機輸出功率和效率等。 直接測量的誤差比較明確，而間接測量的誤差 則需通過一定方法的計算才能得到。 設(shè)間接測量值 y由幾個直接測量值 xi（ i=1~n） 所決定，它們之間的函數(shù)關(guān)系為 [6] ),( 21 nxxxfy ??? （ ） 設(shè)各直接測量值 xi的誤差為 xi? ，則間接測量值 y的誤差 y? 用下式求得 [6] ? ?? ? ?????????????????? ni ni xiixiixnnxxy xyxyxyxy 1 12211 ??? ?? （ ） 設(shè) y 的相對 誤差為 y? ，則 [6] ?? ?????? ni iiy xx yyy 1 ln? （ ） 第 3 章 電機測試方法 絕緣電阻的測定 試驗?zāi)康募坝绊懸蛩? 絕緣電阻測定是一個頗為重要的非破壞性試驗。測定電機繞組的絕緣電阻可以反映電機電阻絕緣處理質(zhì)量，以及絕緣受潮和表面污染情況。絕緣電阻降低到一定值會影響電機的耐電壓試驗，也會影響電機起動和正常運行，甚至會危及使用者的人 身安全并損壞電機。因此，在各種電機的試驗方法標準中，第一項試驗便是測定電機繞組各相之問及其對機殼的絕緣電阻。 影響電機絕緣電阻測試值的因素有：溫度、濕度、測試電壓值及作用時間。繞組殘存電荷和絕緣表面狀況等。電機繞阻絕緣電阻與繞組實際溫度有關(guān)。絕緣電阻隨繞組溫度上升而呈指數(shù)關(guān)系下降： ??????????????式中 ??為溫度 ??時的絕緣電阻， ??為環(huán)境溫度；??為溫度 ??時的絕緣電阻。 測試儀器的選擇 在本試驗系統(tǒng)中用到的是電阻儀。三相電阻測試儀是由杭州威博儀器公司生產(chǎn)的專用帶電測試電阻的儀器 ，其測試結(jié)果比較準確，測試數(shù)據(jù)直接由擴展的串行通信接口傳送給計算機進行處理。 測量的方法 （ 1）測試時電機的狀態(tài) 測量電機繞組的絕緣電阻時，應(yīng)分別在實際狀態(tài)下和熱狀態(tài)下進行。檢查試驗時，可只在實際狀態(tài)下進行。 （ 2）測試方法 對電機的交流異步電機的定子繞組和繞線轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子繞組；交流同步電機的定子繞組、勵磁繞組及某些自勵電機的勵磁系統(tǒng)中的電抗器、電流互感器等繞組，如果它們的兩個線端都已引出到電機殼之外，則應(yīng)分別測量每個繞組（包括三相交流電機的定子三相繞組）對機殼的絕緣電阻和各繞組相互間的絕緣電 阻。試驗時，不參與試驗是繞組應(yīng)與機殼可靠連接。對在電機內(nèi)部已做連接的繞組（如三相繞組已接成 Y 形或△形），則可只測它們對機殼的絕緣電阻。 測試標準 國家標準規(guī)定電機組在工作溫度時絕緣電阻應(yīng)符合下式 [1]： （ ） 式中 ?—— 電機繞組的絕緣電阻（ MΩ） ?—— 電機繞組的額定電壓（ ?）； ?—— 電機額定功率（ ??）。 繞組冷態(tài)電阻的測 定 試驗?zāi)康? （ 1） 用來檢查