CN103235259B - 一种变频电机试验用动态负载装置及模拟方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种变频电机试验用动态负载装置，其特征在于，包括：异步电机，与被试电机同轴连接，采用电压/频率控制模式，用于模拟不同负载类型的转矩特性；转速传感器，连接在异步电机及被试电机的轴上，用于获取异步电机及被试电机的转速；控制器，根据从转速传感器获得的转速信息根据当前的负载类型所对应的转矩-转速关系得到使得异步电机输出与该转速相对应的转矩所需要的电压和频率。本发明还提供了一种负载模拟方法。本发明能够模拟不同的负载类型，使变频电机在试验时可按照用途，加载不同类型的负载进行动态性能试验，比如加速性能试验、减速性能试验、启动性能试验等，保证变频电机的动态性能测试完全在实际负载情况下进行。

Description

一种变频电机试验用动态负载装置及模拟方法

技术领域

本发明涉及一种变频电机的负载模拟装置及模拟方法，模拟不同转矩类型的负载，属于电机测试系统领域。

背景技术

由于变频电机的动态运行一般是带负载状态，因此变频电机的动态性能试验，不仅要试验变频电机的空载动态性能，更重要的是测试变频电机的负载动态性能，负载类型众多，因此必须对在试验时模拟负载，才能真正测试出变频电机在真实负载下的动态性能。

常见的负载类型有4种：恒功率、恒转矩、平方转矩和线性负载，实际应用中，传送带、搅拌机、提升机等属于恒转矩负载；机床主轴、轧机、卷绕机等属于恒功率负载；风机、水泵等属于平方转矩负载；拉丝机，纺织机等属于线性负载。

不同应用场合中，负载转矩与转速之间的关系式为T_L＝K×n^m，其中，T_L为负载转矩；K为负载系数；n为负载转速。四种类型负载的转矩-转速曲线如图1所示，在图1中，曲线A为恒功率负载，此时，m＝-1，在调速范围内，功率恒定，负载转矩与转速成反比关系；曲线B为恒转矩负载，此时，m＝0，在调速范围内，负载转矩保持转矩恒定；曲线C为线性负载，此时，m＝1，在调速范围内，负载转矩随转速的增加而线性增加；曲线D为平方转矩负载，此时，m＝2，在调速范围内，负载转矩与转速成平方递增关系。

现有的变频电机负载试验系统如图2所示，其只能设定单一的转矩类型来进行变频电机的负载性能测试。为了满足不同场合的变频电机动态性能试验要求，电机试验系统必须测试电机在不同负载下的动态性能测试，因而如何模拟不同转矩类型动态运行时的负载成为测试系统必须解决的问题。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种用于变频电机的负载动态性能测试的负载设备，在保证其试验能力的前提下，能够模拟不同转矩类型的负载，提高系统性能。本发明的另一个目的是提供一种采用上述负载设备的模拟方法。

为了达到上述目的，本发明的一个技术方案是提供了一种变频电机试验用动态负载装置，其特征在于，包括：

异步电机，与被试电机同轴连接，采用电压/频率控制模式，用于模拟不同负载类型的转矩特性；

转速传感器，连接在异步电机及被试电机的轴上，用于获取异步电机及被试电机的转速；

控制器，根据从转速传感器获得的转速信息根据当前的负载类型所对应的转矩-转速关系得到使得异步电机输出与该转速相对应的转矩所需要的电压和频率，控制变频器向异步电机输出该电压和频率。

本发明的另一个技术方案是提供了一种采用上述的变频电机试验用动态负载装置的负载模拟方法，其特征在于，步骤为：

第一步、控制器通过转速传感器获取异步电机的转速n，通过公式T_L＝K×n^m计算得到所需模拟的负载转矩T_L，其中，K为负载系数，当所需模拟的负载为恒功率负载时，m＝-1，当所需模拟的负载为恒转矩负载时，m＝0，当所需模拟的负载为平方转矩负载时，m＝1，当所需模拟的负载为线性负载时，m＝2；

第二步、根据异步电机在不同频率时的转矩-转速曲线求取与当前负载转矩T_L及转速n所对应的频率f，再根据计算得到电压U，其中，T＝T_L，P为异步电机的极对数；

第三步、控制器控制变频器向异步电机输出电压U及频率f，使得异步电机模拟转矩为T_L的恒功率负载、或恒转矩负载、或平方转矩负载、或线性负载。

本发明能够模拟不同的负载类型，使变频电机在试验时可按照用途，加载不同类型的负载进行动态性能试验，比如加速性能试验、减速性能试验、启动性能试验等，保证变频电机的动态性能测试完全在实际负载情况下进行。

附图说明

图1为四种类型负载的转矩-转速曲线；

图2为现有的变频电机负载试验系统示意图；

图3为采用本发明提供的变频电机试验用动态负载装置的变频电机负载试验系统示意图；

图4为本发明的负载特性测试流程图；

图5为变频运行时异步电机的转矩-转速特性曲线；

图6为异步电机负载调节曲线。

具体实施方式

为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。

如图3所示，本发明提供的一种变频电机试验用动态负载装置采用基于陪试电机的转矩控制方法，根据不同类型负载的数学模型，相应地调节陪试电机的电压和频率，达到模拟不同负载的目的，其具体包括：

异步电机，在本实施例中采用异步电机，与被试电机同轴连接，采用电压/频率控制模式，用于模拟不同负载类型的转矩特性；

转速传感器，连接在异步电机及被试电机的轴上，用于获取异步电机及被试电机的转速；

控制器，在本实施例中采用异步电机调速专用32位控制芯片DSP，运算速度快，实时操作强。根据从转速传感器获得的转速信息根据当前的负载类型所对应的转矩-转速关系得到使得异步电机输出与该转速相对应的转矩所需要的电压和频率，控制变频器向异步电机输出该电压和频率。

本发明还提供了一种采用上述的变频电机试验用动态负载装置的负载模拟方法，其步骤为：

第一步、控制器通过转速传感器获取异步电机的转速n，通过公式T_L＝K×n^m计算得到所需模拟的负载转矩T_L，其中，K为负载系数，当所需模拟的负载为恒功率负载时，m＝-1，当所需模拟的负载为恒转矩负载时，m＝0，当所需模拟的负载为平方转矩负载时，m＝1，当所需模拟的负载为线性负载时，m＝2；

第二步、根据异步电机在不同频率时的转矩-转速曲线求取与当前负载转矩T_L及转速n所对应的频率f。图5为变频运行时异步电机的转矩-转速特性曲线，在图中，f₁至f₅为异步电机的不同运行频率，将图5与图1相结合便可以得到图6，只要得到了负载转矩T_L及转速n，就可以在图6中找出与当前类型负载所对应的频率f。再根据计算得到电压U，其中，T＝T_L，P为异步电机的极对数，从而得到与当前类型的负载转矩T_L所对应的一对频率f及电压U。当然本领域技术人员也可以事先进行多组试验，得到不同转速n所对应的不同负载转矩T_L，再根据负载类型，得到特定型号的异步电机的所需要的不同频率f及电压U，最终建立一张针对特定型号的异步电机，为模拟不同类型的负载，不同转速n与不同的频率f及电压U的对应表，在实际运行时，只需要设定需要模拟的负载类型并得到异步电机的转速n就可以查表得到相对应的频率f及电压U。

第三步、控制器控制变频器向异步电机输出电压U及频率f，使得异步电机模拟转矩为T_L的恒功率负载、或恒转矩负载、或平方转矩负载、或线性负载。

本发明提供的变频电机试验用多转矩类型快速响应型试验负载是根据陪试电机的特性，直接建立数学模型，得到转矩和电压、电流、转速、发电功率、频率等参数的关系，通过计算，快速调节陪试电机的频率和电压参数，达到调节被试机转矩以及调节被试电机转矩按一定变化规律变化的效果。

当然，上述计算是理论计算，实际运行时的各点电压值根据实际电机特性，对电机的转矩计算结果，对电压、频率值进行修正，即可得到任意设定的负载转矩控制曲线。

如图5所示，采用本发明提供的负载模拟方法进行负载特性测试的具体步骤为：首先进入负载测试程序，对测试参数(额定转矩、陪试电机参数)进行设置，负载电机根据检测来的转速计算该转速下的负载转矩，根据计算出的负载转矩和陪试电机的特性计算电机的电压和频率，程序控制变频器输出计算出的电压和频率，如此循环进行计算可控制，直到得到停车命令。

变频电机的加减速性能和启动性能作为变频电机的一项重要技术指标，对于变频电机进行相关动态试验具有重要意义，因此不同转矩类型动态运行时的负载模拟试验，对提高变频电机性能，减少变频电机损耗，细化变频电机分类设计，提高产品质量都有重大的现实意义。

Claims (2)

1.一种变频电机试验用动态负载装置，其特征在于，包括：

异步电机，与被试电机同轴连接，采用电压和频率控制模式，用于模拟不同负载类型的转矩特性；

转速传感器，连接在异步电机及被试电机的轴上，用于获取异步电机及被试电机的转速；

控制器，根据从转速传感器获得的转速信息根据当前的负载类型所对应的转矩-转速关系得到使得异步电机输出与该转速相对应的转矩所需要的电压和频率，控制变频器向异步电机输出该电压和频率。

2.一种采用如权利要求1所述的变频电机试验用动态负载装置的负载模拟方法，其特征在于，步骤为：

第一步、控制器通过转速传感器获取异步电机的转速n，通过公式T_L＝K×n^m计算得到所需模拟的负载转矩T_L，其中，K为负载系数，当所需模拟的负载为恒功率负载时，m＝-1，当所需模拟的负载为恒转矩负载时，m＝0，当所需模拟的负载为平方转矩负载时，m＝1，当所需模拟的负载为线性负载时，m＝2；

第二步、根据异步电机在不同频率时的转矩-转速曲线求取与当前负载转矩T_L及转速n所对应的频率f，再根据计算得到电压U，其中，T＝T_L，P为异步电机的极对数；

第三步、控制器控制变频器向异步电机输出电压U及频率f，使得异步电机模拟转矩为T_L的恒功率负载、或恒转矩负载、或平方转矩负载、或线性负载。