交流電力測(cè)功機(jī)說明書資料

1、交流電力測(cè)功機(jī)使用說明書上海林瑤測(cè)控設(shè)備有限公司2012-10-01淺談電力測(cè)功機(jī)- 交流變頻回饋加載內(nèi)容摘要要: 電力測(cè)功機(jī)由于加載能量回饋利用而具有節(jié)能特點(diǎn) , 又由于其為主動(dòng)型 / 有源型加載設(shè)備而具有優(yōu)良的加載特性 ; 四象限變頻技術(shù)和產(chǎn)品的成熟為電力測(cè)功機(jī)的推廣和普及提供了可能 . 本文將對(duì)四象限變頻器在測(cè)功機(jī)上的應(yīng)用作一個(gè)簡(jiǎn)單的述說 .關(guān)鍵詞 :電力測(cè)功機(jī) , 交流變頻回饋 , 加載 , 四象限變頻器 , 試驗(yàn)臺(tái)一、測(cè)功機(jī)慨說 :作為動(dòng)力及其傳輸機(jī)械加載試驗(yàn)的最重要設(shè)備, 傳統(tǒng)有 : 水力測(cè)功機(jī)/ 電渦流測(cè)功機(jī) / 磁紛制動(dòng)器 / 磁滯測(cè)功機(jī) 等等 ( 當(dāng)然還有較少應(yīng)用的液壓加載

2、/ 機(jī)械加載等 ). 他們都是被動(dòng)式 / 無源型 / 耗能型的 , 不但浪費(fèi)能源 , 而且加載特性不好，例如：水力測(cè)功機(jī) / 電渦流測(cè)功機(jī)都是靠水冷卻帶走加載能量 , 而且只能在較高轉(zhuǎn)速下才能穩(wěn)定加載 , 低速加載特性不好 .磁紛制動(dòng)器只適合小功率/ 較低轉(zhuǎn)速下加載 .磁滯測(cè)功機(jī)只適合小扭矩/ 小功率加載 .機(jī)械加載和液壓加載目前已經(jīng)很少被采用.電力測(cè)功機(jī)即電回饋加載其加載能量回饋利用 , 特別是在大功率加載試驗(yàn)和壽命老化試驗(yàn)時(shí) , 其節(jié)能效果非?？捎^ ( 節(jié)能效果取決于試驗(yàn)臺(tái)的傳動(dòng)效率 , 一般都在 70%左右 ), 從而使得試驗(yàn)臺(tái)運(yùn)行成本大大降低 . 而且因此實(shí)驗(yàn)室的配電容量也可以大大減少

3、 , 從而其試驗(yàn)臺(tái)投資成本也大大節(jié)約 ;電力測(cè)功機(jī)加載特性非常好 , 無論是高轉(zhuǎn)速還是低轉(zhuǎn)速 ( 極低轉(zhuǎn)速甚至是零轉(zhuǎn)速下 ) 都能進(jìn)行穩(wěn)定加載 , 而且其加載穩(wěn)定性是以往任何加載設(shè)備所不能比擬的 !( 額定轉(zhuǎn)速以下恒扭矩加載 , 額定轉(zhuǎn)速以上恒功率加載 ).電力測(cè)功機(jī)有直流電力測(cè)功機(jī)和交流電力測(cè)功機(jī)之分.直流電力測(cè)功機(jī)由于直流電機(jī)整流子需要專業(yè)維護(hù) , 無法高轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn) , 而且逆變器回饋質(zhì)量不好 , 功率因數(shù)較低 , 容易引起顛覆故障 , 特別是在較大功率時(shí) . 因此現(xiàn)在我們一般不建議采用 .交流電力測(cè)功機(jī)即交流變頻回饋加載 , 由于是采用了標(biāo)準(zhǔn)的變頻 ( 或侍服 ) 電機(jī)和四象限變頻器設(shè)計(jì)制

4、造 , 高低轉(zhuǎn)速均可使用 , 而且其可靠性 ( 免維護(hù)性 ) 非常好 ; 回饋質(zhì)量好 ( 波形畸變好于 5%甚至可以做得更好 ), 功率因數(shù)在 98%-100%由.于具有以上良好的特性 , 交流變頻回饋加載的交流測(cè)功機(jī)近年來由于四象限變頻技術(shù)的成熟二得到了非常廣泛的應(yīng)用 .交流變頻回饋有電源回饋和母線回饋兩種形式 . 母線回饋形式統(tǒng)一考慮驅(qū)動(dòng)和加載 , 加載能量通過內(nèi)部母線驅(qū)動(dòng)逆變器的輸入端 , 而不回饋電源 . 對(duì)電源不產(chǎn)生任何影響 , 電源提供的只是試驗(yàn)臺(tái)損耗部分能量而已 . 母線回饋形式最適合于類似齒輪箱試驗(yàn)臺(tái) / 車橋試驗(yàn)臺(tái)等傳動(dòng)機(jī)械試驗(yàn) .交流變頻回饋 控制器本質(zhì)上是一臺(tái)采用矢量控制

5、理論 ( 或 DTC直接扭矩控制 ) 設(shè)計(jì)制造的四象限變頻器 . 下面我們通過對(duì)矢量控制理論和四象限變頻器的敘述加深對(duì)交流變頻回饋加載 ( 電力測(cè)功機(jī) ) 原理的理解 . 矢量控制理論和 DTC直接扭矩控制理論簡(jiǎn)介：70 年代西門子工程師 F.Blaschke 首先提出異步電機(jī)矢量控制理論來解決交流電機(jī)轉(zhuǎn)矩控制問題。矢量控制實(shí)現(xiàn)的基本原理是通過測(cè)量和控制異步電動(dòng)機(jī)定子電流矢量，根據(jù)磁場(chǎng)定向原理分別對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)矩電流進(jìn)行控制，從而達(dá)到控制異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的目的。具體是將異步電動(dòng)機(jī)的定子電流矢量分解為產(chǎn)生磁場(chǎng)的電流分量 ( 勵(lì)磁電流 ) 和產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電流分量 ( 轉(zhuǎn)矩電流 ) 分別加以

6、控制，并同時(shí)控制兩分量間的幅值和相位，即控制定子電流矢量，所以稱這種控制方式稱為矢量控制方式。矢量控制方式又有基于轉(zhuǎn)差頻率控制的矢量控制方式、無速度傳感器矢量控制方式和有速度傳感器的矢量控制方式等。 這樣就可以將一臺(tái)三相異步電機(jī)等效為直流電機(jī)來控制，因而獲得與直流調(diào)速系統(tǒng)同樣的靜、動(dòng)態(tài)性能。采用矢量控制方式的通用變頻器不僅可在調(diào)速范圍上與直流電動(dòng)機(jī)相匹配，而且可以控制異步電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩。在80 年代中期，德國(guó)學(xué)者 Depenbrock 教授于 1985 年提出直接轉(zhuǎn)矩控制，其思路是把電機(jī)和逆變器看成一個(gè)整體，采用空間電壓矢量分析方法在定子坐標(biāo)系進(jìn)行磁通、轉(zhuǎn)矩計(jì)算，通過跟蹤型 PWM逆變器的開

7、關(guān)狀態(tài)直接控制轉(zhuǎn)矩。因此，無需對(duì)定子電流進(jìn)行解耦，免去矢量變換的復(fù)雜計(jì)算，控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)，是利用空間矢量、定子磁場(chǎng)定向的分析方法，直接在定子坐標(biāo)系下分析異步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型，計(jì)算與控制異步電動(dòng)機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩，采用離散的兩點(diǎn)式調(diào)節(jié)器（Band Band 控制），把轉(zhuǎn)矩檢測(cè)值與轉(zhuǎn)矩給定值作比較，使轉(zhuǎn)矩波動(dòng)限制在一定的容差范圍內(nèi)，容差的大小由頻率調(diào)節(jié)器來控制，并產(chǎn)生PWM脈寬調(diào)制信號(hào)，直接對(duì)逆變器的開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行控制，以獲得高動(dòng)態(tài)性能的轉(zhuǎn)矩輸出。它的控制效果不取決于異步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型是否能夠簡(jiǎn)化，而是取決于轉(zhuǎn)矩的實(shí)際狀況，它不需要將交流電動(dòng)機(jī)與直流電動(dòng)機(jī)作比較、等效、轉(zhuǎn)化，即不需要模

8、仿直流電動(dòng)機(jī)的控制，由于它省掉了矢量變換方式的坐標(biāo)變換與計(jì)算和為解耦而簡(jiǎn)化異步電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型，沒有通常的PWM脈寬調(diào)制信號(hào)發(fā)生器，所以它的控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制信號(hào)處理的物理概念明確、系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)迅速且無超調(diào)，是一種具有高靜、動(dòng)態(tài)性能的交流調(diào)速控制方式。. 四象限變頻器簡(jiǎn)介 :普通的變頻器大都采用二極管整流橋?qū)⒔涣麟娹D(zhuǎn)化成直流，然后采用 IGBT逆變技術(shù)將直流轉(zhuǎn)化成電壓頻率皆可調(diào)整的 PWM交流。這種變頻器只能工作在電動(dòng)狀態(tài)，所以稱之為兩象限變頻器。由于兩象限變頻器采用二極管整流橋，無法實(shí)現(xiàn)能量的雙向流動(dòng)，所以沒有辦法將電機(jī)回饋系統(tǒng)的能量送回電網(wǎng)。在一些電動(dòng)機(jī)要回饋能量的應(yīng)用中，比如電梯，提升，

9、離心機(jī)系統(tǒng)，只能在兩象限變頻器上增加電阻制動(dòng)單元。將電動(dòng)機(jī)回饋的能量消耗掉。另外，在一些大功率的應(yīng)用中，二極管整流橋?qū)﹄娋W(wǎng)產(chǎn)生嚴(yán)重的諧波污染。IGBT 功率模塊可以實(shí)現(xiàn)能量的雙向流動(dòng)，如果采用 IGBT做整流橋，用高速度、高運(yùn)算能力的 DSP產(chǎn)生 PWM控制脈沖。一方面可以調(diào)整輸入的功率因數(shù)，消除對(duì)電網(wǎng)的諧波污染，讓變頻器真正成為“綠色產(chǎn)品”。另一方面可以將電動(dòng)機(jī)回饋產(chǎn)生的能量反送到電網(wǎng)，達(dá)到徹底的節(jié)能效果。四象限變頻器的電路原理圖如圖1 所示當(dāng)電機(jī)工作在電動(dòng)狀態(tài)的時(shí)候，整流控制單元的 DSP產(chǎn)生 6 路高頻的 PWM脈沖控制整流側(cè)的 6 個(gè) IGBT的開通和關(guān)斷。 IGBT的開通和關(guān)斷與輸入

10、電抗器共同作用產(chǎn)生了與輸入電壓相位一致的正弦電流波形，這樣就消除了二極管整流橋產(chǎn)生的諧波。功率因數(shù)高達(dá)99%。消除了對(duì)電網(wǎng)的諧波污染。此時(shí)能量從電網(wǎng)經(jīng)由整流回路和逆變回路流向電機(jī)，變頻器工作在第一、第三象限。輸入電壓和輸入電流的波形如圖 2 所示。當(dāng)電動(dòng)機(jī)工作在發(fā)電狀態(tài)的時(shí)候，電機(jī)產(chǎn)生的能量通過逆變側(cè)的 IGBT回饋到直流母線，當(dāng)直流母線電壓超過一定的值，整流側(cè)能量回饋控制部分啟動(dòng)，將直流逆變成交流，通過控制逆變電壓相位和幅值將能量回饋到電網(wǎng)，達(dá)到節(jié)能的效果。此時(shí)能量由電機(jī)通過逆變側(cè)、整流側(cè)流向電網(wǎng)。變頻器工作在二、四象限。輸入電抗器的主要功能是電流濾波?；仞侂娏骱碗娋W(wǎng)電壓波形如圖3 所示：整

11、流部分系統(tǒng)控制方框圖如圖4 所示。如圖 4 所示，系統(tǒng)的給定是直流母線電壓指令，這個(gè)指令與直流母線電壓反饋的誤差送到電壓環(huán)的PI 調(diào)節(jié)器。電壓環(huán)的PI 調(diào)節(jié)與三相輸入正弦波的乘積成為三相電流的指令，三相電流指令與各自電流所饋?zhàn)鞅容^，誤差送到電流環(huán)的 PI 調(diào)節(jié)器。電流環(huán) PI 調(diào)節(jié)器的輸出可以通過載波調(diào)制產(chǎn)生各相 IGBT的 PWM控制信號(hào)，也可以通過空間矢量的方式產(chǎn)生 PWM信號(hào)控制 IGBT。上述的運(yùn)算都是通過DSP完成的。四象限變頻器的典型應(yīng)用是具有位勢(shì)負(fù)載特性的場(chǎng)合，倒如掉升機(jī)，機(jī)車牽引，油田磕頭機(jī)，離心機(jī)等。以提升機(jī)的應(yīng)用為倒，當(dāng)提升重物時(shí)，四象限變頻器拖動(dòng)電機(jī)克服重力做工，電動(dòng)機(jī)處

12、于電動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)下放重物時(shí)，逆變側(cè)產(chǎn)生勵(lì)磁電流，重力牽引電機(jī)發(fā)電，電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)。勢(shì)能轉(zhuǎn)化為電能通過整流側(cè)回饋的電網(wǎng)。特別是在加載試驗(yàn)臺(tái)上 , 四象限變頻器的成功應(yīng)用使得在以前由于價(jià)格昂貴 / 可靠性欠佳而很少能夠被用戶采用的電力測(cè)功機(jī)得到了迅速的普及和應(yīng)用 .采用帶有 PWM控制整流器變頻器具有四象限運(yùn)行的功能，能滿足各種位勢(shì)負(fù)載的調(diào)速要求，可就電機(jī)的再生能量轉(zhuǎn)化為電能送回電網(wǎng)，達(dá)到最大限度的節(jié)能的目的。不僅如此，它還可減少電源的諧波污染，功率因數(shù)可接近于 1，是一種真正的“綠色”變頻器。四. 四象限變頻器 在電力測(cè)功機(jī)上的應(yīng)用 :四象限變頻器應(yīng)用于電力測(cè)功機(jī) , 作為加載 ( 扭矩 )

13、控制和能量回饋的控制器具有以下無可比擬的優(yōu)點(diǎn) :加載特性好 : 由于采用四象限變頻器作為加載控制器 , 測(cè)功機(jī)成為了一種主動(dòng)型 / 有源型負(fù)載 ( 而非類似電渦流測(cè)功機(jī)等那樣的被動(dòng)型 / 無源型 ), 從而使得測(cè)功機(jī)高低轉(zhuǎn)速 , 甚至在極低的轉(zhuǎn)速下 都能夠穩(wěn)定的進(jìn)行加載 ( 額定轉(zhuǎn)速以下恒扭矩加載特性 , 額定轉(zhuǎn)速以上恒功率特性 ).圖 5 電力測(cè)功機(jī)扭矩 / 功率 - 轉(zhuǎn)速特性圖(以 225KW/額定轉(zhuǎn)速 4800rpm電機(jī)為例 )由于具有四象限運(yùn)行特性 ( 如圖 5), 測(cè)功機(jī)可以在電動(dòng)機(jī) / 發(fā)動(dòng)機(jī) , 正轉(zhuǎn) / 反轉(zhuǎn) , 正向加載 / 反向加載之間任意切換 , 從而使得我們可以在試驗(yàn)臺(tái)

14、上模擬任意的實(shí)際工況運(yùn)行, 例如前進(jìn) / 后退, 上坡/ 下坡,加速 / 制動(dòng)等等 .圖 5 變頻器四象限 T-n 運(yùn)行圖解節(jié)能 : 加載能量回饋利用 , 電源只是提供試驗(yàn)臺(tái)傳動(dòng)系統(tǒng)的損耗而已 , 這對(duì)于壽命試驗(yàn) / 老化試驗(yàn)來說 , 有非常大的節(jié)能效果 . 特別是采用母線回饋加載的形式 , 在運(yùn)行成本和配電投資成本方面都有無可比擬的優(yōu)勢(shì) .由于能量回饋利用 , 測(cè)功機(jī)本身只是消耗很少的損耗能量 , 因此一般的情況下 , 無需采用類似電渦流那樣的水冷卻系統(tǒng) , 從而使得試驗(yàn)臺(tái)的輔助配臵系統(tǒng)大大簡(jiǎn)化 .其它 , 在可靠性 / 操作方便性等等方面也是其它加載方式無可比擬的 .由于交流變頻回饋加載技

15、術(shù)和產(chǎn)品的完善和成熟 , 近年來電力測(cè)功機(jī)得到了迅速的普及和應(yīng)用 , 例如上海林瑤 的 JLDL系列交流電力測(cè)功機(jī)在國(guó)內(nèi)眾多汽車 / 工程機(jī)械 / 煤機(jī) / 變速箱 ( 齒輪箱 )/ 電機(jī) ( 異步 . 變頻 . 永磁同步 . 侍服 . 直流無刷 . 開關(guān)磁阻 , 曳引機(jī)等等 ) 等領(lǐng)域得到了成功的普遍的利用 . 下面為湖湘加載 JLDL系列交流變頻回饋加載電力測(cè)功機(jī)主要品種型號(hào)規(guī)格 :JLDL 交流變頻回饋加載電力測(cè)功機(jī)主要品種型號(hào)規(guī)格表:型號(hào)額定吸額定扭額定扭矩轉(zhuǎn)速最高轉(zhuǎn)速J扭矩傳感器收功率矩r/minr/minKgm2kWN.mDLY 33190-150060000.002JY 或 HB

16、MDLY55310-150060000.008JY 或 HBMJLDL 1010630-150060000.03JY 或 HBMDLY 1515950-150060000.092JY 或 HBMDLY 30301910-150060000.262JY 或 HBMJLDL 37372350-150060000.406JY 或 HBMDLY 45452860-150060000.469JY 或 HBMDLY 75754700-150060001.12JY 或 HBMDLY 1101107000-150060001.65JY 或 HBMDLY 1321328400-150060001.88JY 或 HBMDLY 16016010000-150045002.23.JY 或 HBMDLY 20020012700-150045002.7JY 或 HBMDLY 25025016000-150040003.6JY 或 HBMDLY 3153152020