一種異步電動機參數(shù)測量系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

周志霞

摘 要：文章介紹了一種異步電動機參數(shù)測量系統(tǒng)的設計方法。測量系統(tǒng)采用變頻技術(shù)及公共直流母線能量回饋方式，能耗低，綠色節(jié)能。測量系統(tǒng)測量方法科學，測量精度高，可自動完成測試。

關(guān)鍵詞：異步電動機；公共直流；母線參數(shù)測量

中圖分類號：TM343 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）28-0101-02

引言

異步電動機廣泛應用于現(xiàn)代化工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，它具有結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、價格低廉、堅固耐用、較高的工作效率及良好的工作特性[1]?，F(xiàn)代電機控制系統(tǒng)，如矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制，需要準確的電機參數(shù)。電機參數(shù)的獲取是通過試驗獲得，相關(guān)參數(shù)作為電機出廠隨機技術(shù)資料交付給客戶。

1 能量回饋式異步電機參數(shù)測量系統(tǒng)

傳統(tǒng)的異步電機參數(shù)測量系統(tǒng)利用四機聯(lián)動方案，回饋能量低、耗電量大、占地面積大、操作繁瑣、經(jīng)濟效益低。能量回饋式異步電機參數(shù)測量系統(tǒng)（以下簡稱測量系統(tǒng)）采用變頻技術(shù)及公共直流母線能量回饋方式，電氣控制系統(tǒng)采用PLC與上位計算機控制方式。通過對系統(tǒng)設備協(xié)調(diào)控制及組態(tài)，可實現(xiàn)電動機試驗時的負載特性的模擬和能量回饋，以達到試驗目的。

2 測量系統(tǒng)的技術(shù)方案

測試系統(tǒng)主要由試驗系統(tǒng)主回路設備及電氣控制系統(tǒng)組成。試驗系統(tǒng)主回路采用變頻技術(shù)與公共直流母線能量回饋技術(shù)，通過對逆變單元、整流單元、勵磁裝置、負載、開關(guān)板等的協(xié)調(diào)控制及調(diào)節(jié)，實現(xiàn)對被試電機的各項試驗。原理如圖1所示。

2.1 測量系統(tǒng)控制基本原理

測量系統(tǒng)基本控制框架如圖2。監(jiān)控系統(tǒng)是上位指令系統(tǒng)，試驗人員根據(jù)電機試驗項目發(fā)出電機試驗操作指令，要求試驗設備進行各項操作，以達到試驗的要求。試驗設備根據(jù)電氣控制系統(tǒng)的指令要求進行調(diào)節(jié)，如逆變器的主從控制、能量回饋控制及開關(guān)保護等，實現(xiàn)電機的各項試驗。

2.2 測量系統(tǒng)的組成

測量系統(tǒng)主要設備有高低壓開關(guān)柜、整流變壓器、二極管整流單元、逆變單元1～2、陪試異步電機M1～2、陪試同步電機、齒輪箱、高壓轉(zhuǎn)接及傳感器柜、低壓轉(zhuǎn)接及傳感器柜、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速傳感器、試驗控制臺、上位機、輔助電源柜。

2.3 測量系統(tǒng)的主要技術(shù)指標

被試電機的最大容量：1MW；

被試電機的電壓等級：690V以下低壓三相變頻電機；

被試電機的額定頻率：50～60Hz；

被試電機的額定轉(zhuǎn)速范圍：30～2000rpm；

被試電機的過轉(zhuǎn)矩：60%過轉(zhuǎn)矩（最大），10s；

2.4 測量系統(tǒng)的功能

陪試異步電機M2作原動機，由逆變單元2驅(qū)動，拖動陪試同步電機發(fā)電，向被試異步電動機提供電源。被試電動機通過齒輪箱耦合驅(qū)動陪試異步電機M1（此時陪試異步電機M1作發(fā)電機運行），再由逆變單元1將電能回饋到公共直流母線。被試電動機的輸入電功率和輸出軸功率通過調(diào)節(jié)陪試同步電機的勵磁、逆變單元1、逆變單元2等實現(xiàn)。

2.5 電氣控制系統(tǒng)

電氣控系制統(tǒng)采用PLC與上位計算機PC方式，由PLC主站、現(xiàn)場觸摸屏HMI、上位工程師站及通訊網(wǎng)絡組成。其中PLC 作為系統(tǒng)的控制核心，對整個電控系統(tǒng)中的設備進行控制。上位工程師站（上位PC）作為人機接口接收工廠監(jiān)控系統(tǒng)的指令，對試驗設備發(fā)出控制指令，同時系統(tǒng)中各設備的運行狀態(tài)及故障信息在上位PC機上直觀、動態(tài)地顯示出來。現(xiàn)場裝設操作終端——HMI（觸摸屏），作為現(xiàn)場的簡單操作、狀態(tài)及數(shù)據(jù)顯示等。

3 測量系統(tǒng)的工作流程

根據(jù)異步電動機的輸入電壓，調(diào)節(jié)好高壓轉(zhuǎn)接柜里的短接母排；先合上開關(guān)K3、K4、K6，預充電完成后，合上主斷路器K1，在公共直流母線上建立起穩(wěn)定的直流電壓。啟動逆變單元2，驅(qū)動陪試電動機M2，使其運行轉(zhuǎn)速到確定的額定轉(zhuǎn)速點上，通過聯(lián)軸器使得陪試發(fā)電機工作在相應的額定轉(zhuǎn)速點上，發(fā)出額定工頻頻率的電壓。調(diào)節(jié)陪試發(fā)電機的勵磁電流，使陪試發(fā)電機的輸出電壓達到一個值，這個值應小于發(fā)電機的輸出額定電壓的1/2。合上開關(guān)K5，啟動被試電動機，使其運轉(zhuǎn)起來。再調(diào)節(jié)陪試發(fā)電機的勵磁電流，使其輸出電壓達到額定電壓，使被試異步電動機工作在接近同步轉(zhuǎn)速狀態(tài)。啟動逆變單元1，使其工作在較小的能量回饋狀態(tài)。觀察整流單元、逆變單元、勵磁單元等設備的工作狀況，保證各設備工作正常。

調(diào)節(jié)逆變單元1的輸出頻率，增加其回饋功率，即增加被試電動機的輸出軸功率。調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)逆變單元2，使其驅(qū)動的電動機M2轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在相應的轉(zhuǎn)速上。同時，協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)陪試發(fā)電機的勵磁電流，使被試電動機工作在規(guī)定的工作點上。當被試電動機工作在穩(wěn)定的工作點，根據(jù)試驗要求進行電機相關(guān)參數(shù)的測試。

4 公共直流母線能量回饋

本方案中能量回饋是以變頻器為核心，主要通過對兩臺逆變器的協(xié)調(diào)控制，把能量回饋至公共直流母線；在能量回饋的過程中，當其中一臺逆變器作為電機驅(qū)動時，另一臺逆變器必然作為能量回饋[2]。整個系統(tǒng)通過對被試電機、陪試電機、逆變器的控制，實現(xiàn)對被試電機提供電源與匹配負載的功能，在節(jié)能的基礎(chǔ)上，達到電機參數(shù)測試的目的。

5 結(jié)束語

異步機參數(shù)測量系統(tǒng)系統(tǒng)設計簡單可靠，可實現(xiàn)能量的回饋，降低系統(tǒng)的損耗及試驗的能源消耗，具有短路保護、過載保護電機缺相等保護，具有自診斷及遠程通訊，實現(xiàn)與廠設備網(wǎng)的通訊功能。測量系統(tǒng)系統(tǒng)測量方法依據(jù)現(xiàn)行有效的國家標準，測試數(shù)據(jù)準確可靠，可以降低誤操作概率，極大地減輕試驗人員的工作強度。

參考文獻：

[1]辜承林，等.電機學[M].武漢：華中科技大學出版社，1993.

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