永磁電動滾筒綜合測試裝置的應用

馮帥

（冀中能源峰峰集團 華北重型裝備制造有限公司，河北 邯鄲 056046）

0 引 言

目前我國在稀土永磁電機的研究開發方面有很大進展，稀土永磁電機將越來越多地在特種電機領域替代傳統電機，成為了未來的發展趨勢。礦用隔爆型永磁直驅電動滾筒，創造性的運用先進的外轉子永磁直驅技術，與智能控制系統相結合，將電機與滾筒融為一體，革命性的拋棄了減速器、液力耦合器和聯軸器等機械裝置，使輸送機直接驅動變為現實。為了測試產品性能指標，保證產品質量及工作的可靠性，研制了一套穩定的、先進的加載測試系統。

1 綜合測試裝置系統結構及原理

綜合測試裝置測試系統主電路采用三相10 kV電源供電，通過2 臺高壓進線柜控制，分別向2 臺整流變壓器供電，由整流變壓器TM1 將10 kV 電壓轉換成被試品需要的400 、690 、1 200 V 三種工作電源電壓，由整流變壓器TM2 將10 kV 電壓轉換成陪試回饋變頻器需要的690 V 工作電壓。TM1 輸出接被試變頻器，不同的電壓檔位接不同的被試變頻器及永磁電動滾筒。被試永磁電動滾筒與變頻器負載試驗時，被試品支路運行在電動狀態時，回饋變頻器支路運行在發電狀態；當被試品支路運行在發電狀態時，回饋變頻器支路運行在電動狀態，不管哪種工況，試驗能量都在10 kV 交流母線上循環，由電網補償系統中運行設備的損耗。簡單來說，其工作原理是將陪試電動機發出的交流電經變頻器逆變為交流電上網，通過控制系統調節被試電動機的電流來控制電動機的轉速和扭矩，與測控系統配套使用，還可以對溫度、壓力、電流、電壓等參數進行測量和控制，傳動系統示意如圖1 所示。

圖1 傳動系統示意Fig.1 Diagram of transmission system

2 綜合測試裝置的組成

永磁電動滾筒綜合測試裝置是對永磁電動滾筒、永磁電機及變頻器進行綜合性能測試的裝置，主要由加載系統、控制及采集系統等組成（圖2）。

圖2 主電路電氣原理（單線圖）Fig.2 Electrical principle of main circuit(single line diagram)

主電源由中央控制室10 kV±10%、50 Hz±3%交流三相交流電經800 kVA 變壓器TM1 轉換為1 200 、690、400 V， 經800 kVA 變壓器TM2 轉換為1 200 V、690 V，分別供給加載變頻器及AFE四象限整流單元供電單元。

AFE 四象限整流單元由供電單元及INU 逆變控制單元等元部件組成變頻器，其集成了濾波電抗器、保護單元、輸入輸出母線、整流單元、逆變單元、制動單元等部件于一體的整體設備。

從結構上看，由于采用了IGBT 功率元件，其輸入為交流輸出為直流，因為它位于電源進線側，稱之為前端。與傳統的二極管或可控制硅整流技術相比，主動前端不再是被動地將交流轉變成直流，而是具備了很多主動的控制功能。它不但能消除高次諧波，提高功率因數，而且不受電網波動的影響，具有卓越的動態特性。其工作原理可簡述為：AFE 整流單元從電網汲取正弦波交流，經整流后輸出直流電壓，并保持所要求的電壓值。各次諧波由濾波電路刪除。

測量系統包括被試電機電量、機械參數、溫度測量和直流電阻測量。一次回路選用滿足寬頻測量的高精度電流傳感器或互感器測量被試電機的電參數。二次回路選用PA333H 高精度功率計和轉矩轉速測量儀表完成被試電機試驗過程中的電壓、電流、頻率、扭矩、轉速等數據的采集，功率計通過以太網通信接口將采集到的原始數據實時傳輸給工業計算機，通過數據采集軟件對原始測量數據進行二次運算分析并實時顯示在人機界面上。主測量系統的拓撲結構如圖3 所示。

圖3 主測量系統的拓撲結構Fig.3 Topology of main measurement system

控制系統主要由工業計算機及顯示器、工業以太網交換機、控制PLC 及中繼系統、打印機、UPS隔離電源等設備組成。采用西門子S7-1200 系列PLC 分布式控制架構，減少了控制臺與外部設備控制線纜的連接。PLC 通過以太網通信的方式和工業計算機相連，PLC 負責試驗系統相關線路中的斷路器、接觸器、繼電器等開關量的控制與狀態監視。控制系統結構如圖4 所示。

圖4 計算機控制系統拓撲Fig.4 Topology of computer control system

3 永磁電動滾筒專用加載試驗臺

永磁電動滾筒專用加載試驗臺架主要由陪試低速電機、傳動滾筒、改向滾筒、皮帶、漲緊機構及夾緊機構組成，如圖5、圖6 所示。試驗時，將永磁電動滾筒放置在試驗臺架上并連接扭矩轉速傳感器，通過液壓系統調整夾緊油缸，驅動夾緊裝置改變永磁電動滾筒上皮帶包角大小，防止皮帶打滑。調整漲緊油缸，使這條皮帶處于漲緊狀態。啟動陪試電機，通過傳動滾筒帶動皮帶運轉傳遞到被試滾筒上，此時被試滾筒開始加載，通過轉矩轉速傳感器將檢測數據傳遞到計算機上。

圖5 滾筒加載試驗臺原理Fig.5 Principle of roller loading test bench

圖6 滾筒加載試驗臺結構Fig.6 Structure of roller loading test rig

4 結 語

永磁電動滾筒綜合測試裝置在華北重型裝備制造有限公司投入使用，運行平穩可靠，各項檢測指標達到產品試驗檢驗要求，為保障產品質量提供可靠的技術支持。