變頻器維修負(fù)載測試的四種方法對(duì)比分析

導(dǎo)言

    隨著國內(nèi)變頻器技術(shù)的快速發(fā)展和變頻器廠家的迅速崛起，大型變頻器應(yīng)用和廠家對(duì)變頻器性能測試和優(yōu)化負(fù)載設(shè)備的需求十分迫切。如何選擇一套有效的測試設(shè)備成為一個(gè)值得研究的課題。本文分析了四種變頻器維修負(fù)載測試方法，從中可以看出每種方法都有優(yōu)缺點(diǎn)。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(dòng)電機(jī)原理介紹

   由于下面多用的是電磁調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)，也就是俗稱的滑差電機(jī)，所以有必要對(duì)滑差電機(jī)的原理做一個(gè)簡單的介紹。電磁調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)由普通鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)、電磁滑差離合器和電氣控制裝置三部分組成。異步電動(dòng)機(jī)作為原動(dòng)機(jī)，在旋轉(zhuǎn)時(shí)帶動(dòng)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(lì)磁線圈提供勵(lì)磁電流的裝置。圖1是電磁滑移離合器的結(jié)構(gòu)示意圖，包括電樞、磁極和勵(lì)磁線圈。電樞為鑄鋼制成的圓柱形結(jié)構(gòu)，與鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)的軸連接，俗稱主動(dòng)部分；磁極為爪形結(jié)構(gòu)，安裝在負(fù)載軸上，俗稱從動(dòng)部分。主動(dòng)部分和從動(dòng)部分在機(jī)械上是沒有關(guān)系的。當(dāng)勵(lì)磁線圈通入電流時(shí)產(chǎn)生磁場，爪形結(jié)構(gòu)形成許多對(duì)磁極。此時(shí)，如果電樞被鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)旋轉(zhuǎn)，就會(huì)切斷磁場，并與磁場相互作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，所以從動(dòng)部分的磁極隨主動(dòng)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(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)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(lì)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(jié)構(gòu)示意圖

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

一、單臺(tái)滑差電機(jī)堵轉(zhuǎn)法

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

圖2 單臺(tái)滑差電機(jī)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(shí)現(xiàn)，如圖3所示。另外，由于購買的滑移電機(jī)一般都帶有調(diào)速器，因此，可以通過取消原滑移電機(jī)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(shí)現(xiàn)。但這種方法的缺點(diǎn)是電壓輸出是非線性的，剛開始時(shí)，輸出電壓變化較慢，負(fù)載較慢，在輸出電壓較高時(shí)，輸出電壓變化較快，負(fù)載調(diào)整較困難。

圖3 直流勵(lì)磁電壓產(chǎn)生電路—調(diào)壓整流電路圖

    該方法的優(yōu)點(diǎn)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(lì)磁實(shí)現(xiàn)快速加載和卸載，所以不能實(shí)現(xiàn)動(dòng)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(jī)的滑移頭在低速時(shí)相對(duì)運(yùn)行速度較低，無法實(shí)現(xiàn)低速加載。

二.兩臺(tái)異步電動(dòng)機(jī)通過滑移電機(jī)對(duì)拖的方法

    本方法是采用一臺(tái)滑移電機(jī)與另一臺(tái)異步電動(dòng)機(jī)同軸連接，兩臺(tái)電機(jī)可分別由兩臺(tái)變頻器驅(qū)動(dòng)，如圖4所示。

圖4 兩臺(tái)異步電機(jī)通過滑差電機(jī)對(duì)拖法示意圖

    這種方法可以通過在勵(lì)磁線圈上加載直流電壓，或者通過調(diào)整兩臺(tái)電機(jī)的相對(duì)轉(zhuǎn)速來調(diào)整負(fù)載大小。即可以實(shí)現(xiàn)逆電運(yùn)行的負(fù)載，也可以實(shí)現(xiàn)同相發(fā)電運(yùn)行的負(fù)載。由于相對(duì)速度的存在，與上述三種單滑差電機(jī)方案相比，可以實(shí)現(xiàn)零速或低速加載。缺點(diǎn)是由于滑差電機(jī)加載采用電磁感應(yīng)和滑差實(shí)現(xiàn)，加載響應(yīng)較慢，不能實(shí)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(gè)交流電機(jī)對(duì)拖法

    該方法采用兩臺(tái)相同功率的異步電機(jī)同軸連接，兩臺(tái)電機(jī)分別由兩臺(tái)變頻器驅(qū)動(dòng)，如圖5所示。其中一臺(tái)電機(jī)由測試變頻器驅(qū)動(dòng)，另一臺(tái)電機(jī)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(dòng)，如艾默生的td3000系列。通過改變轉(zhuǎn)矩的大小和方向，可以驗(yàn)證測試變頻器的性能，作為被測電機(jī)的負(fù)載。

圖5 兩個(gè)交流電機(jī)對(duì)拖法

    本方法可以實(shí)現(xiàn)逆電運(yùn)行的加載，也可以實(shí)現(xiàn)同相發(fā)電運(yùn)行的加載。由于是閉環(huán)轉(zhuǎn)矩控制，所以可以實(shí)現(xiàn)零速、低速、高速的高轉(zhuǎn)矩、高精度加載。由于電機(jī)連接是機(jī)械剛性的，異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)比滑移電機(jī)快，負(fù)載響應(yīng)也更快，可以滿足大多數(shù)應(yīng)用場合的測試要求，但對(duì)于高精度、快速的性能測試還不能完全滿足。

四、 交直流機(jī)組對(duì)拖法

     這種方法采用一臺(tái)直流電機(jī)和另一臺(tái)異步電機(jī)同軸連接，如圖6所示。異步交流電機(jī)由被測變頻器驅(qū)動(dòng)，直流電機(jī)由直流調(diào)速控制器驅(qū)動(dòng)，可在四個(gè)象限內(nèi)運(yùn)行。通過精確控制直流電機(jī)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(jī)的負(fù)載，驗(yàn)證測試變頻器的性能。

圖6 交直流機(jī)組對(duì)拖法

     本方法既可以實(shí)現(xiàn)逆電運(yùn)行的負(fù)載，也可以實(shí)現(xiàn)同相發(fā)電運(yùn)行的負(fù)載。由于直流電動(dòng)機(jī)的閉環(huán)轉(zhuǎn)矩控制，可以實(shí)現(xiàn)零速、低速、高速的大轉(zhuǎn)矩、高精度加載。由于電機(jī)連接是機(jī)械剛性的，所以直流電機(jī)的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)快，負(fù)載響應(yīng)快，基本可以滿足大部分應(yīng)用場合的測試要求，是理想的測試方法。

結(jié)束語

    通過對(duì)以上四種變頻器負(fù)載測試方法的分析，可以看出每種方法都有優(yōu)缺點(diǎn)。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(qiáng)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(gè)轉(zhuǎn)矩傳感器，就可以準(zhǔn)確知道電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。

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