CN106772046B - 一种自定义电气环境下的电机综合试验设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自定义电气环境下的电机综合试验设备，包括电机测试台架、开放变流器机箱、PWM控制机箱、实时仿真器、上位机和对拖机组；所述实时仿真器的两端分别通过太网通信模块与上位机和PWM控制机箱进行通信；所述开放变流器机箱内设置有第一变流器、第二变流器和第三变流器；所述PWM控制机箱通过PWM信号分别与第一变流器、第二变流器和第三变流器进行通信；所述对拖机组包括笼型电机和绕线转子电机，且笼型电机和绕线转子电机分别通过螺栓与电机测试台架上端面固定连接；本发明简单高效，性能优良，可实现多种功能，具有电气环境参数完全可控，控制模型图形化效率较高。

Description

一种自定义电气环境下的电机综合试验设备
技术领域
本发明涉及交直流变频技术和电机矢量控制技术以及发电机并网技术领域，具体为一种自定义电气环境下的电机综合试验设备。
背景技术
旋转电机是电气工程领域的重要设备。近年来，风力发电快速发展,风电设备市场活跃。相对于其他类型的变速恒频风力发电机组，双馈异步风力发电机组因其技术成熟、性价比高等优点，在当前的风电市场中占据了主要的份额。该类机组中的核心部件——双馈发电机，已在风电场大规模投运。风电机组的现场运行工况十分恶劣，为了保证双馈发电机在使用年限内正常工作，制造厂商在出厂前必须按照国家标准对产品进行严格的试验，所以如何更经济可靠地对电机的各项性能进行测试也是一项问题，为此需要建设双馈发电机对拖试验平台。常见的电机对拖系统一般用于电机控制和性能测试，功能比较单一，不方便进行电机控制策略的改变，电机的并网环境参数固定，不易模拟多种电网工况。目前，既能用于电机控制和性能测试试验，又能模拟双馈电机并网时电网正常和故障等工况的综合试验平台还未发现，而同时满足电气环境参数完全可控，控制模型图形化的要求的综合试验平台更是没有。基于此本发明设计了该电机对拖系统综合试验平台，有效解决了上述难题，试验结果表明该综合试验平台经济可靠、性能优良。
发明内容
本发明的目的在于提供一种自定义电气环境下的电机综合试验设备，通用性好、可观测性高，不但可以实现电机的机械特性测试、效率特性测试、力矩控制精度试验测试等基本性能测试，又能完成电机各种调节控制方案，而且可以满足双馈电机的启动方式、并网控制以及变速运行控制的试验验证，还能用于研究电网正常和故障等工况下的并网策略，是一种既经济又高效的测试平台；以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种自定义电气环境下的电机综合试验设备，包括电机测试台架、开放变流器机箱、PWM控制机箱、实时仿真器、上位机和对拖机组；所述实时仿真器的两端分别通过太网通信模块与上位机和PWM控制机箱进行通信；所述开放变流器机箱内设置有第一变流器、第二变流器和第三变流器；所述PWM控制机箱通过PWM信号分别与第一变流器、第二变流器和第三变流器进行通信；所述对拖机组包括笼型电机和绕线转子电机，且笼型电机和绕线转子电机分别通过螺栓与电机测试台架上端面固定连接；所述笼型电机的第一转动轴和绕线转子电机的第二转动轴分别通过联轴器连接；所述笼型电机通过定子绕组开关与第一变流器电性连接；所述绕线转子电机分别通过转子励磁开关和并网开关与第二变流器和第三变流器电性连接。
作为本发明的一种优选技术方案，所述笼型电机通过速度传感器与实时仿真器电性连接。
作为本发明的一种优选技术方案，所述联轴器上设置有扭力传感器。
作为本发明的一种优选技术方案，所述第一变流器、第二变流器和第三变流器结构一致。
作为本发明的一种优选技术方案，所述第一变流器、第二变流器和第三变流器分别通过导线与外部供电电网电性连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
（1）电机测试台架能够保证两台电机精确可靠的同轴连接，保证高速运转时电机能抵抗抖动、位移、强扭矩等风险，并且能方便地进行拆卸、更换、维修等。
（2）采用控制机箱产生PWM作用于开放变流器机箱的多组变流器，使输入到输出的整个过程，系统完全可控。且并网时，变流器充当电网模拟器，可以模拟电网正常和故障的各种工况。可用来完成直流励磁同步发电机并网实验；交流励磁同步发电机并网实验；笼型异步电机调速实验等，是一个多功能的综合试验平台。
（3）通过控制系统对“变流器—电机”进行矢量控制，进而实现将交流异步电机解耦转化为直流电机的励磁控制和转矩控制，电流、转矩波动小,转速响应迅速,系统的各项指标都满足电机实际运行特性要求。同时可以通过上位机对实时仿真器进行监控，具有控制设备成本低、仿真模拟效果好的特点。
可见，本发明简单高效，性能优良，可实现多种功能，具有电气环境参数完全可控，控制模型图形化的特点。进行了实际运行测试,所得结果与理论分析、仿真分析结果一致,表明该电机综合试验平台运行效果良好,效率较高,优于现有其他测试平台。
附图说明
图1为本发明的控制结构示意图。
附图标记说明：1-电机测试台架、2-开放变流器机箱、3-PWM控制机箱、4-实时仿真器、5-上位机、6-以太网通信模块、7-第一变流器、8-第二变流器、9-第三变流器、10-笼型电机、11-绕线转子电机、12-联轴器、13-定子绕组开关、14-转子励磁开关、15-并网开关、16-对拖机组、17-速度传感器、18-扭力传感器、19-外部供电电网、20-第一转动轴、21-第二转动轴。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
参见图1，本发明提供的自定义电气环境下的电机综合试验设备，包括电机测试台架1、开放变流器机箱2、PWM控制机箱3、实时仿真器4、上位机5和对拖机组16；所述实时仿真器4的两端分别通过太网通信模块6与上位机5和PWM控制机箱3进行通信；所述开放变流器机箱2内设置有第一变流器7、第二变流器8和第三变流器9；所述PWM控制机箱3通过PWM信号分别与第一变流器7、第二变流器8和第三变流器9进行通信；所述对拖机组16包括笼型电机10和绕线转子电机11，且笼型电机10和绕线转子电机11分别通过螺栓与电机测试台架1上端面固定连接；所述笼型电机10的第一转动轴20和绕线转子电机11的第二转动轴21分别通过联轴器12连接；所述笼型电机10通过定子绕组开关13与第一变流器7电性连接；所述绕线转子电机11分别通过转子励磁开关14和并网开关15与第二变流器8和第三变流器9电性连接；所述笼型电机10通过速度传感器17与实时仿真器4电性连接；所述联轴器12上设置有扭力传感器18；所述第一变流器7、第二变流器8和第三变流器9结构一致；所述第一变流器7、第二变流器8和第三变流器9分别通过导线与外部供电电网19电性连接。
（1）对于发电机并网试验，由于该对拖系统16中任一台电机可作为发电机和原动机，而直流励磁和交流励磁同步发电机并网及运行控制实验的区别在于绕线转子电机11转子的励磁电流是直流还是交流。所以下面仅以交流励磁同步发电机并网及运行控制实验，笼型电机10作为原动机，绕线转子电机11作为发电机为例作以简要说明：在上位机5中建模，下载到实时仿真器4中运行，由PWM控制机箱3产生多路PWM脉冲分别作用于相应的变流器，其中第一变流器7输出电压和频率可调的交流电,提供笼型电机10所需的能量；绕线转子电机11转子接第二变流器8输入的交流励磁电流。由于笼型电机10与绕线转子电机11同轴连接,则笼型电机10拖动绕线转子电机11发电。绕线转子电机11定子发出的交流电检同期后并入第三变流器9。即完成交流励磁同步发电机并网运行及控制实验。
（2）笼型异步电机调速实验时，笼型电机10和绕线转子电机11组成对拖系统16，任一台都可作为被试电机。下面以绕线转子电机11为被试电机，笼型电机10作为负载电机为例；将绕线转子电机11转子绕组短接，在上位机5中建模，下载到实时仿真器4中运行，由PWM控制机箱3产生的PWM脉冲作用于第三变流器9，第三变流器9产生电压频率可调的三相交流电，并由绕线转子电机11的定子绕组接入电路，则绕线转子电机11拖动笼型电机10同轴旋转。PWM控制机箱3采集传感器反馈的电流、转速、转矩量等进行闭环矢量控制。这样对拖测试平台可以实现速度和转矩的灵活调节,完成各种试验功能测试；上位机5用于监控整个系统的运行,根据试验要求通过总线向变流器发出控制指令,同时接收它们的运行数据,并对数据进行保存、分析与显示。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下。由语句“包括一个......限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素”。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种自定义电气环境下的电机综合试验设备，包括电机测试台架(1)、开放变流器机箱(2)、PWM控制机箱(3)、实时仿真器(4)、上位机(5)和对拖机组(16)；其特征是：所述实时仿真器(4)的两端分别通过太网通信模块(6)与上位机(5)和PWM控制机箱(3)进行通信；所述开放变流器机箱(2)内设置有第一变流器(7)、第二变流器(8)和第三变流器(9)；所述PWM控制机箱(3)通过PWM信号分别与第一变流器(7)、第二变流器(8)和第三变流器(9)进行通信；所述对拖机组(16)包括笼型电机(10)和绕线转子电机(11)，且笼型电机(10)和绕线转子电机(11)分别通过螺栓与电机测试台架(1)上端面固定连接；所述笼型电机(10)的第一转动轴(20)和绕线转子电机(11)的第二转动轴(21)分别通过联轴器(12)连接；所述笼型电机(10)通过定子绕组开关(13)与第一变流器(7)电性连接；所述绕线转子电机(11)分别通过转子励磁开关(14)和并网开关(15)与第二变流器(8)和第三变流器(9)电性连接。
2.根据权利要求1所述的自定义电气环境下的电机综合试验设备，其特征在于：所述笼型电机(10)通过速度传感器(17)与实时仿真器(4)电性连接。
3.根据权利要求1所述的自定义电气环境下的电机综合试验设备，其特征在于：所述联轴器(12)上设置有扭力传感器(18)。
4.根据权利要求1所述的自定义电气环境下的电机综合试验设备，其特征在于：所述第一变流器(7)、第二变流器(8)和第三变流器(9)结构一致。
5.根据权利要求1所述的自定义电气环境下的电机综合试验设备，其特征在于：所述第一变流器(7)、第二变流器(8)和第三变流器(9)分别通过导线与外部供电电网(19)电性连接。
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