[发明专利]一种数控机床能耗数据测试分析装置及方法

说明书

技术领域

本发明公开了一种数控机床能耗数据测试分析装置及方法，属于能耗测试技术领域。

背景技术

数控机床作为所有机械加工制造的基础，加工过程消耗大量电能，准确计算机械加工过程的机床能耗具有重要意义，是实现低碳制造的第一步。

数控机床主轴系统以及各个进给系统通常安装有变频器，通过改变电压及电流频率调节主轴和进给系统速度。变频器的输入电流频率范围很宽，超出工频测量范围，且三相电流常常不平衡，含有大量谐波分量。普通简易功率计适用于测量工频频率附近的电功率，难以准确测量变频之后的数控机床电功率。高端功率分析仪测量频率范围宽(0.1Hz-1MHz)，然而价格昂贵，高达几十万元一台。因此迫切需要一种测量频率范围宽，价格适中的能够准确测量数控机床功率测试的装置。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明设计了一种基于高精度高频响电流电压传感器、高精度高频率数据采集卡的数控机床能耗数据采集装置，能够用于准确采集数控机床能耗数据，且价格适中，安全性高，具有重要的工程应用价值。

本发明的技术方案为：

所述一种数控机床能耗数据测试分析装置，其特征在于：包括第一电路板、第二电路板、数据采集卡、外接机箱、传感器电源和计算机；所述数据采集卡采用NI9215数据采集卡；

在第一电路板上面安装有三组测量电流模块和三组测量电压模块；每组测量电流模块由电流传感器与第一精密电阻串联组成，每组测量电压模块由电压传感器与第二精密电阻串联组成；三组测量电流模块安装在第一电路板的尾部，三组测量电压模块安装在第一电路板的头部；

第二电路板上面固定有插座，用于引入机床电压至三组测量电压模块；

所述第二电路板与所述第一电路板头部通过螺钉固定构成隔离空间，三组测量电压模块处于隔离空间内；传感器电源和电流传感器、电压传感器相连，为传感器供电；电流传感器通过和第一精密电阻串联，将输入的电流信号转化为电压信号输出至数据采集卡；电压传感器和第二精密电阻串联，输出电压信号至数据采集卡；第一精密电阻和第二精密电阻两端的电压信号被数据采集卡采集；

数据采集卡插入到外接机箱中，外接机箱同计算机相连接，计算机用于对数据进行采集、分析和存储。

所述一种数控机床能耗数据测试分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：通过电流传感器和电压传感器获得机床三根相线电流和电压信号，根据公式P＝U₁I₁+U₂I₂+U₃I₃计算数控机床的瞬时功率，其中：U₁、U₂和U₃分别为机床三根相线的瞬时电压，I₁、I₂和I₃分别为机床三根相线的瞬时电流；

步骤2：根据步骤1计算出的机床瞬时功率，计算机床平均功率为：

其中，为输出平均功率，n为功率数据的采样次数，P_i为第i次采样的机床瞬时功率，Δt为采样间隔；

步骤3：根据步骤2计算的机床平均功率，机床在一段时间内的能量消耗为：

其中，E为机床的能量消耗，t₁和t₂分别是起始和结束时刻，是t时刻的机床平均功率。

有益效果

本发明所得到的数据采集装置测量频率范围宽，价格适中(整体价格在五千元左右)，测量误差小，安全性高，能够同时测量设备运行的功率和能耗。

本发明可应用于数控机床的功率监测，也可推广应用于其他机电设备的功率监测，从而能够在机械加工以及更广的领域范围内进行能耗测试，为制造业节能减排提供基础的功率和能耗数据。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明实验装置的整体结构结构意图。

图2是实验设备的连接电路图。

附图标记说明：1、第一电路板；2、第二电路板；3、电流传感器；4、电压传感器；5、第一精密电阻；6、第二精密电阻；7、插座；8、传感器电源；9、数据采集卡；10、外接机箱；11、计算机。

具体实施方式