CN108845260A - 一种基于变频控制技术的电机加载试验台 - Google Patents
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Abstract
一种基于变频控制技术的电机加载试验台，测试电机(4)与负载电机(7)对拖，此电机分别由电机驱动变频器(1)与负载驱动变频器(8)供电运行，通过控制/操作系统(6)调整此两台变频器运行频率的偏差值改变加载力矩，由转矩/转速传感器(5)做力矩控制反馈单元。进行电动工况加载试验时，负载驱动变频器(8)低于电机驱动变频器(1)的运行频率；进行制动发电工况加载试验时，负载驱动变频器(8)高于电机驱动变频器(1)的运行频率；采用两台变频器的直流母线共用方案，可节省试验用电。
Description
技术领域
本发明涉及一种电机试验设备，更具体地说，是一种对电机进行加载检测的试验设备。
背景技术
电机加载试验是对电机技术性能评价的重要环节，传统的试验设备采用各种测功机作为负载，测功机的种类很多，主要有磁滞测功机、涡流测功机、磁粉测功机、同步测功机等，通常是对测试电机进行电动工况的加载试验。
中国发明专利CN106383281A《一种基于变频器拖动试验的加载系统和试验方法》，公开了测试电机与陪试电机分别采用变频器供电的加载系统与试验步骤，具有力矩控制精度高、加载时间短、操作控制简单的特点。此专利文件没有提供对测试电机实施制动工况加载试验的技术方案。
上述电机加载方法与设备，能够进行测试电机在电动工况下的加载试验，而对于电机在制动工况的加载试验较难以实施。鉴于电机不仅是可以工作于电动工况，还可以工作于制动工况，例如：曳引式电梯在满载上行或空载下行时，由电梯电机拖动负载运转，电机工作在电动工况；当电梯在满载下行或空载上行时，由负载拖动电梯电机运转，电机工作在制动工况。据统计分析，电梯电机工作于电动工况与制动工况各半，电机在制动工况的性能与电动工况的性能同等重要。中国的电梯拥有量达550万台，每年的电梯产量超过70万台，开发能够实施电机制动工况加载试验的设备势在必行。
时发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种基于变频控制技术的电机加载试验台，既可以实施电机电动工况的加载试验，也可以实施电机制动工况的加载试验。
本发明通过下述技术方案予以实现：
一种基于变频控制技术的电机加载试验台，包括被试电机与电机驱动变频器、负载装置与负载驱动装置、力矩/转速传感器、控制/操作系统，所述负载装置为交流电机，由负载驱动变频器控制；负载驱动变频器与电机驱动变频器的电源输入分别连接到同一交流电源上，两台变频器的直流母线并联共用；此两台变频器的控制回路接口分别与控制/操作系统相连接，实现启停控制与运行参数设定及调整；力矩/转速传感器的通讯接口与控制/操作系统连接，由控制/操作系统调整负载驱动变频器的运行频率相对于电机驱动变频器运行频率的偏差值实施力矩闭环控制，用于被测电机的电动工况加载试验与制动工况加载试验。
试验台在电动工况加载试验时，电机驱动变频器通过控制/操作系统进行参数设置，其运行频率值分档次设定；负载驱动变频器通过控制/操作系统进行参数设置及调整，其运行频率值略低于电机驱动变频器的运行频率值，此负载电机工作在发电制动工况，制动力矩值由控制/操作系统调整负载驱动变频器的运行频率来控制，负载驱动变频器的运行频率与电机驱动变频器的运行频率偏差值越大则制动力矩值越大，根据需要设定与调整。
试验台在制动工况加载试验时，电机驱动变频器通过控制/操作系统进行参数设置，运行频率值在(0-60)Hz范围内分档次设定；负载驱动变频器通过控制/操作系统进行参数设置及调整，其运行频率值略高于电机驱动变频器的运行频率，此负载电机工作在电动工况，驱动力矩值由控制/操作系统调整负载驱动变频器的运行频率来控制，负载驱动变频器与电机驱动变频器运行频率的偏差值越大制动力矩值越大，根据需要设定与调整。
所述试验台的控制/操作系统设置了PLC控制器，通过PLC输入本次加载试验的力矩值，加载力矩可在被测电机额定力矩的(0-200％)范围内分档次设定；用转矩/转速传感器发送的实际力矩信息进行力矩反馈，由PLC做力矩跟踪比较，实时输出与调整变频器的运行频率指令，在速度控制模式下实现力矩闭环控制。
试验台的负载驱动变频器与电机驱动变频器两台变频器的直流母线通过控制接触器14、12的触点形成并联，两台变频器的故障检测输出触点13、11分别串接在控制接触器14、12的控制电源中，变频器在预充电结束进入正常运转后控制接触器14、12的常开触点闭合，当变频器出现故障时控制接触器14、12的常开触点断开。在并联共用的直流母线上还设置了变频器通用制动单元10。
本发明与现有技术相比的优点是：
(1)负载装置为交流电机与测试电机对拖，分别采用变频器供电，既能满足工频电机的试验需要，也能满足变频电机试验需要；既可以试验交流异步电机，也可以试验永磁同步电机。
(2)通过调整负载驱动变频器运行频率相对于电机驱动变频器运行频率的偏差值实现被测电机的电动与制动工况转换；实现加载力矩调整，应用速度控制通用变频器实现了力矩控制。
(3)应用转矩/转速传感器进行力矩反馈，在速度控制模式下实现力矩闭环控制，控制精度优于力矩直接控制变频器系统。
(4)负载电机与测试电机对拖，试验台的负载驱动变频器与电机驱动变频器两台变频器的直流母线并联共用，负载电机与测试电机之间通过变频器实现能量传递，电网只需补充两台电机的损耗，相比测功机方案可节约用电70％-90％。
附图说明
图1是本发明的电机加载试验台实施例结构框图。
图2是两台变频器共直流母线的连接示意图。
图中：1.电机驱动变频器，2.直流母线D+，3.直流母线D-，4.被测电机，5.转矩/转速传感器，6.控制/操作系统，7.负载电机，8.负载驱动变频器，9.快速熔断器，10.制动单元，11.故障检测输出触点，12.控制接触器，13.故障检测输出触点，14.控制接触器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：
如图1所示，本发明的被测电机4与负载电机7经转矩/转速传感器5同轴机械连接，形成被测电机4与负载电机7的对拖，转矩/转速传感器5用于实时测试电机轴输出的力矩。其中，被测电机4由电机驱动变频器1供电；负载电机7由负载驱动变频器8供电；电机驱动变频器1与负载驱动变频器8的控制输入接口分别连接到控制/操作系统6，通过控制/操作系统6设置与调整变频器的运行参数。控制/操作系统6设置了PLC控制器，与转矩/转速传感器5相连接构成对负载驱动变频器8的力矩闭环控制。
在图1中，电机驱动变频器1与负载驱动变频器8都选用通用型矢量控制变频器，且兼容交流异步电机与永磁同步电机。此两台变频器的直流母线D+2并接、直流母线D-3并接，实现直流母线共用。为了保障共用直流母线的整流输入同相位，此两台变频器的电源输入分别连接到同一交流电源上。
两台变频器共直流母线的连接如图2所示，故障检测输出触点11与故障检测输出触点13分别为电机驱动变频器1与负载驱动变频器8自带的运行状态监测输出触点，在变频器预充电结束、运转正常时触点闭合，当监测到变频器运行有故障时断开；由故障检测输出触点11与故障检测输出触点13分别接入控制接触器14、12的控制线路中；电机驱动变频器1的直流母线经控制接触器14的常开触点JI-1、JI-2接入共用直流母线，负载驱动变频器8的直流母线经控制接触器12的常开触点JII-1、JII-2接入共用直流母线。当其中的一台变频器发生故障时，此台的直流母线就不会接入或迅速分离出共用直流母线，可以避免故障变频器危害另一台变频器。
在图2中，在并联共用的直流母线上还设置了变频器通用制动单元10。由于被测电机4与负载电机7的规格、参数有可能不同，在启动与停止过程中的加速度可能不同，当发电能量大于用电能量时，直流母线电压会升高。设置制动单元10的目的是释放直流母线上超过设定电压的能量，保持直流母线电源的稳定。本实施例变频器采用三相380V交流电源供电，制动单元的释放电源阈值设定为DC680V。
实施电机加载试验时，通过控制/操作系统6设置试验参数。其中的运行频率与力矩设置可以依据GBT22670-2008《变频器供电三相笼型感应电动机试验方法》设置，频率为3Hz、10Hz、30Hz、50Hz、力矩为80％、100％、110％电机额度力矩，也可以按照需求自行制订试验参数。
负载驱动变频器8是通用型速度控制模式变频器，不同于直接力矩控制变频器。此变频器通过控制/操作系统6的PLC控制器设定与调整运行频率值，其频率值在低于电机驱动变频器1的运行频率时负载电机7工作在制动发电工况，被测电机4工作于电动工况，其频率值相差越多制动力矩越大；在进行被测电机4制动发电工况试验时，设定与调整负载驱动变频器8的运行频率值要高于电机驱动变频器1的运行频率，负载电机7工作在电动工况拖动被测电机4运转，频率值高出越多则制动力矩越大。
转矩/转速传感器5是电机加载试验台必不可少的设备，本实施例利用此设备作为负载电机7的力矩反馈单元，力矩信息传输到控制/操作系统6的PLC控制器，与设定力矩值比较、运算、输出频率指令，通过调整负载驱动变频器8与电机驱动变频器1的运行频率偏差值改变加载负荷大小，跟踪设定力矩值，实现力矩闭环控制。经测试比对，力矩控制精度优于力矩直接控制变频器系统。
实施例的操作步骤为：
(1)变频器参数设置：通过控制/操作系统6将电机驱动变频器1设置为速度控制模式，运行频率设定为选定值，例如30Hz，起动时间3S；将负载驱动变频器8设置为速度控制模式，起动时间3S，力矩控制设定值可选择被测电机4的扭矩测试值，如600Nm(通过PLC实施力矩控制)。现有技术的变频器驱动交流电机，最大力矩值不超过电机额定力矩的200％。
(2)起动运行：电机驱动变频器1与负载驱动变频器8同时起动运行，负载驱动变频器8由PLC控制，其运行频率与电机驱动变频器1相同。
(3)电机加载：电机驱动变频器1稳定运行在设定频率，如30Hz；负载驱动变频器8运行频率由PLC控制。当被测电机4进行电动工况加载试验时，减低负载驱动变频器8频率值，频率越低负载越大，直至达到力矩设定值；当被测电机4进行制动工况加载试验时，增大负载驱动变频器8频率值，频率越高负载越大，直至达到力矩设定值。通过转矩/转速传感器5、控制/操作系统6与负载驱动变频器8实施力矩闭环控制，可保持稳定的力矩负载。
加载试验过程中，制动发电工况的电机经变频器向直流母线充电，电动工况的电机经变频器向直流母线用电，负载电机与测试电机之间通过变频器的共用直流母线实现能量传递。
(4)停机：先通过控制/操作系统6将负载驱动变频器8的运行频率调整与电机驱动变频器1相同，将力矩降至最小；然后再停止加载运行。
停机过程中，可能有直流母线电压抬升现象，当升至680V时，制动单元10开始工作，释放多余的电能，将变频器直流母线电压维持在680V以下，变频器不至于报过电压故障。
以上结合附图和实施方式对本发明进行了展开描述，该描述不具有限制性，附图所示也只是本发明仪器构成的一种实施例，本发明的技术方案并不局限于此。本领域的普通技术人员应该能够理解，在不脱离本发明设计思想的情况下，本发明的实施还会有某些细节上的变化或变动，这些由此所引申出的变化或变动均包括在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种基于变频控制技术的电机加载试验台，包括被试电机与电机驱动变频器、负载装置与负载驱动装置、转矩/转速传感器、控制/操作系统，其特征是，所述负载装置为交流电机，由负载驱动变频器控制；负载驱动变频器与电机驱动变频器的电源输入分别连接到同一交流电源上，两台变频器的直流母线并联共用；此两台变频器的控制回路接口分别与控制/操作系统相连接，实现启停控制与运行参数设定及调整；转矩/转速传感器的通讯接口与控制/操作系统连接，由控制/操作系统调整负载驱动变频器的运行频率相对于电机驱动变频器运行频率的偏差值实施转矩闭环控制，用于被测电机的电动工况加载试验与制动工况加载试验。
2.根据权利要求1所述一种基于变频控制技术的电机加载试验台，其特征是，所述电动工况加载试验，电机驱动变频器通过控制/操作系统进行参数设置，其运行频率值在(0-60)Hz范围内分档次设定；负载驱动变频器通过控制/操作系统进行参数设置及调整，其运行频率值略低于电机驱动变频器的运行频率值，此负载电机工作在发电制动工况，制动力矩值由控制/操作系统调整负载驱动变频器的运行频率来控制，负载驱动变频器的运行频率与电机驱动变频器的运行频率偏差值越大则制动力矩值越大，根据需要设定与调整。
3.根据权利要求1所述一种基于变频控制技术的电机加载试验台，其特征是，所述制动工况加载试验，电机驱动变频器通过控制/操作系统进行参数设置，其运行频率值在(0-60)Hz范围内分档次设定；负载驱动变频器通过控制/操作系统进行参数设置及调整，其运行频率值略高于电机驱动变频器的运行频率，此负载电机工作在电动工况，驱动力矩值由控制/操作系统调整负载驱动变频器的运行频率来控制，负载驱动变频器与电机驱动变频器运行频率的偏差值越大制动力矩值越大，根据需要设定与调整。
4.根据权利要求1所述一种基于变频控制技术的电机加载试验台，所述转矩/转速传感器的通讯接口与控制/操作系统连接，由控制/操作系统调整负载驱动变频器的运行频率相对于电机驱动变频器运行频率的偏差值实施转矩闭环控制，其特征是，控制/操作系统设置了PLC控制器，通过PLC输入本次加载试验的转矩值，加载转矩可在被测电机额定转矩的(0-200％)范围内分档次设定；用转矩/转速传感器发送的实际转矩信息进行转矩反馈，由PLC做转矩跟踪比较，实时输出与调整变频器的运行频率指令，在速度控制模式下实现力矩闭环控制。
5.根据权利要求1所述一种基于变频控制技术的电机加载试验台，所述负载驱动变频器与电机驱动变频器两台变频器的直流母线并联共用，其特征是，此两台变频器通过控制接触器(14)、(12)的触点形成并联，两台变频器的故障检测输出触点(13)、(11)分别串接在控制接触器(14)、(12)的控制电源中，变频器在预充电结束进入正常运转后控制接触器(14)、(12)的触点闭合，当变频器故障时控制接触器(14)、(12)的触点断开。
6.根据权利要求1所述一种基于变频控制技术的电机加载试验台，所述负载驱动变频器与电机驱动变频器两台变频器的直流母线并联共用，其特征是，在并联共用的直流母线上还设置了变频器通用制动单元。
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