一種能量自回饋式制動電機試驗系統的研究

李云飛+王欣仁

摘 要：制動電機都是交流三相異步電動機和制動器的組合。需要對交流電機在不同頻率、不通負載情況下進行測試[1]。隨便變頻器的廣泛應用和變頻技術不斷發展，變頻控制技術也被應用到交流電機的測試中[2]。交流電機測試中很重要的一項技術是負載模擬，一般采用電力測功機、磁粉制動器或陪試機加傳感器等來實現[3]。目前，大多數交流電機測試系統采用陪試機和轉矩轉速傳感器與被試機同軸相聯。為了減少系統能耗，需對陪試電機進行能量回饋。陪試電機的能量回饋都是通過逆變器向電網進行回饋，這種回饋方式系統結構復雜，控制困難，并對電網污染較大。本系統提出了一種新的能量回饋方式，將陪試機產生的電能直接向被試機回饋能量。從整個系統來說，構成了能量的自回饋形式。該系統結構簡單，控制方便，對電網幾乎沒有污染。

關鍵詞：自回饋式；制動電機；試驗系統；研究

1、制動電機試驗系統總體結構

試驗系統由正弦波試驗電源、動力開關柜、信號傳感裝置與功率測量設備、自動化試驗測量單元、控制操作臺及交流電機試驗軟件系統、數據庫系統等部分組成。試驗系統中的負載設備可依據被試電機功率的大小選用相應的陪試變頻電機，以滿足不同型號和不同功率制動電機的試驗。

1.1試驗系統總體方案

試驗系統采用變頻電動機以對拖形式進行加載的方案，選用若干規格的變頻調速三相異步電動機和轉矩轉速傳感器，可實現對被試驗電機的對拖。試驗時，被試電機和陪試電機分別置于試驗臺上，兩臺電機通過聯軸器與轉矩轉速傳感器相連，兩臺規格相同的變頻器分別給被試電機和陪試電機供電[4]。制動電機試驗時的安裝方式如圖1所示。本方案適用于各種類型制動電機的試驗，能完成制動電機的全套型式試驗。

1.2試驗系統原理圖

本系統采用公用直流母線的兩臺變頻器以實現電功率封閉，并采用IGBT整流供電方式以減少諧波提高功率因數的設計。試驗系統原理框圖如圖2所示，被試電機和陪試電機采用單獨的變頻器驅動，被試和陪試部分通過兩臺變頻器的直流母線連接在一起，組成電功率閉環，達到較好的節能效果，實現電能循環。

系統容量滿足110kW制動電機試驗需求，其正弦波變頻試驗電源容量185kVA，負載部分容量同樣為185kVA，由于采用共直流母線，因此整流部分的容量僅為63kVA。考慮到電機堵轉試驗需求，兩變頻器可以并聯運行，提供更大的試驗電流。裝置采取多重保護模式，防止過載損壞。

1.3試驗系統測量框圖

本測試系統中，主要測量被試電機的輸入參數（電壓、電流、輸入功率、功率因素等）和輸出測試參數（轉矩、轉速等），為保證精度，采用高精度的轉矩轉速傳感器和功率分析儀。被試電機的輸入電壓直接由電機的輸入端連接到電參數表上，減少了由于線路的壓降造成測量精度的下降。被試電機的輸入電流通過多個電流互感器連接到電參數表上，根據被試電機額定電流的大小來切換不同的電流互感器，增加了電流的測量精度。被試電機的電量參數都傳輸到上位機（即工控機），通過軟件實現實時監控，基于此測量系統的基本框圖如圖3所示。

2、結語

能量自回饋制動電機試驗系統，其結構簡單、控制方便、成本較低，其最大的特點是實現了系統內部能量的自回饋，大大節約了能耗，同時消除了能量回饋對電網的影響，減少了對電網的污染。該系統在制動電機試驗行業中處于技術領先地位，有很好的應用前景。

參考文獻

[1]孫玉昆.變頻電機測試系統[J].變頻器世界，2009（9）：97-99.

[2]葉雙，郭耀華.變頻器在電機測試平臺的應用[J].電機與控制應用，2007，34（7）：54-56.

[3]楊家強，黃進.一種基于PWM整流器和異步電機直接轉矩控制的新型動態電力測功機[J].儀器儀表學報，2005，26（12）：1123-1128.

[4]張春波，薛山.變頻器在電機試驗系統中的應用，變頻器世界[J]，2005（5）：90～92.endprint