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(lái)說(shuō)，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(wú)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。
為了滿(mǎn)足JB/T3382.2-2000標(biāo)準(zhǔn)中6.4章節(jié)的要求，經(jīng)過(guò)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(guò)測(cè)量電壓和電流過(guò)零點(diǎn)的差來(lái)完成的。如下圖所示。儀器通過(guò)相位角φ，電壓U和電流I來(lái)計(jì)算三相實(shí)時(shí)有功功率P，視在功率S
，無(wú)功功率Q，反應(yīng)系數(shù)sinφ，功率因數(shù)cosφ。
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)λ和單相功率因數(shù)測(cè)量方式下測(cè)得的功率因數(shù)λ是不同的。造成這種測(cè)量結(jié)果不同的，原因是單相功率測(cè)量方式是通過(guò)有功功率和視在功率來(lái)計(jì)算λ，即計(jì)算λ=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(guò)相位角φ來(lái)計(jì)算λ。 相位角測(cè)量是功率因數(shù)方式計(jì)算的基礎(chǔ)，如果說(shuō)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)。
例如：
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λ，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(guò)相位角來(lái)計(jì)算λ。 相位角測(cè)量是功率因數(shù)方式計(jì)算的基礎(chǔ)，如果說(shuō)電壓波形和電流波形是正常的，無(wú)疑單相功率因數(shù)測(cè)量方式下的計(jì)算λ結(jié)果是正確的。
b)如果說(shuō)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(guò)相位角來(lái)計(jì)算λ。 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(shuō)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(guò)有功功率和視在功率來(lái)計(jì)算λ。
c)三相功率因數(shù)測(cè)量方式下的計(jì)算λ，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(guò)相位角來(lái)計(jì)算λ。 相位角測(cè)量是功率因數(shù)方式計(jì)算的基礎(chǔ)，如果說(shuō)電壓波形和電流波形是正常的，無(wú)疑三相功率因數(shù)測(cè)量方式下的計(jì)算λ結(jié)果是正確的。
d)如果說(shuō)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(guò)相位角來(lái)計(jì)算λ。 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(shuō)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(guò)有功功率和視在功率來(lái)計(jì)算λ。
2.功率測(cè)量
a)對(duì)于單相電路而言，電機(jī)功率的計(jì)算公式是：P=IUcosφ，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(jiàn)附圖1。
b)對(duì)于三相電路而言， 測(cè)量電路見(jiàn)附圖2，三相電機(jī)功率的計(jì)算公式是：P=1.732IUcosφ，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(shuō)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。
c)如果說(shuō)它的負(fù)載功率不是平衡的， 測(cè)量電路仍按附圖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=1.732IUcosφ，其中電流I的取值源于儀器的鉗形傳感器，如果說(shuō)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(shuō)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。
因此， 如果說(shuō)它的負(fù)載功率不是平衡的， 測(cè)量電路應(yīng)按附圖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：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)λ=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(shuō)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)按附圖四進(jìn)行接線和測(cè)量，以中線為基準(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
e) 對(duì)于小功率的三相交流異步電機(jī)， 測(cè)量電路見(jiàn)附圖2，在這種情況下， 雖然說(shuō)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)按附圖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(wú)功功率Q，反應(yīng)系數(shù)sinφ，功率因數(shù)cosφ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，分別按附圖1至附圖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(wú)功功率Q，反應(yīng)系數(shù)sinφ，功率因數(shù)cosφ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(kāi)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(kāi)始工作，將電壓測(cè)試端子連接到儀器上，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(mǎn)載功率進(jìn)行測(cè)量。
根據(jù)這些測(cè)量數(shù)據(jù)，專(zhuān)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。
在今年三月和九月，國(guó)家機(jī)床質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)中心對(duì)我公司生產(chǎn)的MM7132A，M7150H，HZ-150三個(gè)產(chǎn)品的出口產(chǎn)品許可證復(fù)查中，應(yīng)用HIOKI3286型電力分析儀測(cè)量三個(gè)被檢產(chǎn)品的主軸空載功率和滿(mǎn)載功率，圓滿(mǎn)完成測(cè)量任務(wù)，受到國(guó)家機(jī)床質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)中心專(zhuān)家的好評(píng)。
實(shí)踐證明，應(yīng)用HIOKI3286型電力分析儀是我公司電機(jī)性能測(cè)試技術(shù)的重大進(jìn)步。
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