變頻器維修負載測試的四種方法對比分析

導言

    隨著國內(nèi)變頻器技術的快速發(fā)展和變頻器廠家的迅速崛起，大型變頻器應用和廠家對變頻器性能測試和優(yōu)化負載設備的需求十分迫切。如何選擇一套有效的測試設備成為一個值得研究的課題。本文分析了四種變頻器維修負載測試方法，從中可以看出每種方法都有優(yōu)缺點。用戶可以根據(jù)自己的需要，根據(jù)變頻器維修測試目的來選擇適合的測試方案。

 滑動電機原理介紹

   由于下面多用的是電磁調(diào)速異步電動機，也就是俗稱的滑差電機，所以有必要對滑差電機的原理做一個簡單的介紹。電磁調(diào)速異步電動機由普通鼠籠式異步電動機、電磁滑差離合器和電氣控制裝置三部分組成。異步電動機作為原動機，在旋轉(zhuǎn)時帶動離合器的電樞一起旋轉(zhuǎn)，電氣控制裝置是為滑移離合器的勵磁線圈提供勵磁電流的裝置。圖1是電磁滑移離合器的結構示意圖，包括電樞、磁極和勵磁線圈。電樞為鑄鋼制成的圓柱形結構，與鼠籠式異步電動機的軸連接，俗稱主動部分；磁極為爪形結構，安裝在負載軸上，俗稱從動部分。主動部分和從動部分在機械上是沒有關系的。當勵磁線圈通入電流時產(chǎn)生磁場，爪形結構形成許多對磁極。此時，如果電樞被鼠籠式異步電動機拖動旋轉(zhuǎn)，就會切斷磁場，并與磁場相互作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，所以從動部分的磁極隨主動部分的電樞一起旋轉(zhuǎn)。磁極隨電樞旋轉(zhuǎn)的原理與普通異步電動機中轉(zhuǎn)子隨定子繞組磁場旋轉(zhuǎn)的原理并無本質(zhì)區(qū)別，但不同的是異步電動機的旋轉(zhuǎn)磁場是由定子繞組中的三相交流電產(chǎn)生的，而電磁滑差離合器的磁場是由勵磁線圈中的直流電產(chǎn)生的，旋轉(zhuǎn)磁場只是由電樞的旋轉(zhuǎn)發(fā)揮的。

圖1 電磁滑差離合器基本結構示意圖

    穩(wěn)定運行時，負載轉(zhuǎn)矩等于離合器的電磁轉(zhuǎn)矩。當負載一定時，勵磁電流的大小決定了從動部分的轉(zhuǎn)速，勵磁電流越大，轉(zhuǎn)速越高；反之，勵磁電流越小，轉(zhuǎn)速越低。根據(jù)這一特點，通過電氣控制電路可以方便地調(diào)節(jié)從動部分的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。

一、單臺滑差電機堵轉(zhuǎn)法

    該方法是直接采用單臺滑差電機，滑差電機主軸輸出（如圖1所示），機械地硬接在搖籃上，此時輸出主軸的轉(zhuǎn)速始終為零。通過在勵磁線圈上加載直流電壓來調(diào)節(jié)勵磁電流的大小和輸出轉(zhuǎn)矩的大小，如圖2所示。

圖2 單臺滑差電機堵轉(zhuǎn)法示意圖

 這種方法需要用戶自備0~60~90v/2~8a（最大）的直流可調(diào)電壓源。如果沒有合適的電源，可以采用穩(wěn)壓器加整流濾波電路來實現(xiàn)，如圖3所示。另外，由于購買的滑移電機一般都帶有調(diào)速器，因此，可以通過取消原滑移電機調(diào)速器中的電壓閉環(huán)控制部分，改制成單相可控硅調(diào)壓電路來實現(xiàn)。但這種方法的缺點是電壓輸出是非線性的，剛開始時，輸出電壓變化較慢，負載較慢，在輸出電壓較高時，輸出電壓變化較快，負載調(diào)整較困難。

圖3 直流勵磁電壓產(chǎn)生電路—調(diào)壓整流電路圖

    該方法的優(yōu)點是簡單、成本低，適用于中小功率變頻器的高速加載測試場合。由于不能通過勵磁實現(xiàn)快速加載和卸載，所以不能實現(xiàn)動態(tài)性能測試或發(fā)電狀態(tài)的性能測試。另外，由于滑移電機的滑移頭在低速時相對運行速度較低，無法實現(xiàn)低速加載。

二.兩臺異步電動機通過滑移電機對拖的方法

    本方法是采用一臺滑移電機與另一臺異步電動機同軸連接，兩臺電機可分別由兩臺變頻器驅(qū)動，如圖4所示。

圖4 兩臺異步電機通過滑差電機對拖法示意圖

    這種方法可以通過在勵磁線圈上加載直流電壓，或者通過調(diào)整兩臺電機的相對轉(zhuǎn)速來調(diào)整負載大小。即可以實現(xiàn)逆電運行的負載，也可以實現(xiàn)同相發(fā)電運行的負載。由于相對速度的存在，與上述三種單滑差電機方案相比，可以實現(xiàn)零速或低速加載。缺點是由于滑差電機加載采用電磁感應和滑差實現(xiàn)，加載響應較慢，不能實現(xiàn)快速加載，所以還不能滿足高精度、快速的性能測試。

三、兩個交流電機對拖法

    該方法采用兩臺相同功率的異步電機同軸連接，兩臺電機分別由兩臺變頻器驅(qū)動，如圖5所示。其中一臺電機由測試變頻器驅(qū)動，另一臺電機由具有精確轉(zhuǎn)矩控制功能的閉環(huán)矢量控制變頻器驅(qū)動，如艾默生的td3000系列。通過改變轉(zhuǎn)矩的大小和方向，可以驗證測試變頻器的性能，作為被測電機的負載。

圖5 兩個交流電機對拖法

    本方法可以實現(xiàn)逆電運行的加載，也可以實現(xiàn)同相發(fā)電運行的加載。由于是閉環(huán)轉(zhuǎn)矩控制，所以可以實現(xiàn)零速、低速、高速的高轉(zhuǎn)矩、高精度加載。由于電機連接是機械剛性的，異步電動機的轉(zhuǎn)矩響應比滑移電機快，負載響應也更快，可以滿足大多數(shù)應用場合的測試要求，但對于高精度、快速的性能測試還不能完全滿足。

四、 交直流機組對拖法

     這種方法采用一臺直流電機和另一臺異步電機同軸連接，如圖6所示。異步交流電機由被測變頻器驅(qū)動，直流電機由直流調(diào)速控制器驅(qū)動，可在四個象限內(nèi)運行。通過精確控制直流電機的轉(zhuǎn)矩，改變測試轉(zhuǎn)矩的大小和方向，可以任意改變被測電機的負載，驗證測試變頻器的性能。

圖6 交直流機組對拖法

     本方法既可以實現(xiàn)逆電運行的負載，也可以實現(xiàn)同相發(fā)電運行的負載。由于直流電動機的閉環(huán)轉(zhuǎn)矩控制，可以實現(xiàn)零速、低速、高速的大轉(zhuǎn)矩、高精度加載。由于電機連接是機械剛性的，所以直流電機的轉(zhuǎn)矩響應快，負載響應快，基本可以滿足大部分應用場合的測試要求，是理想的測試方法。

結束語

    通過對以上四種變頻器負載測試方法的分析，可以看出每種方法都有優(yōu)缺點。至于用戶需要選擇什么樣的測試方案，需要根據(jù)測試的目的選擇不同的測試方案。需要強調(diào)的是，如果用戶在上述第4、5、6節(jié)所述的單元中間增加一個轉(zhuǎn)矩傳感器，就可以準確知道電機的輸出轉(zhuǎn)矩。

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