一種異步電動機參數測量系統的設計與實現

周志霞

摘 要：文章介紹了一種異步電動機參數測量系統的設計方法。測量系統采用變頻技術及公共直流母線能量回饋方式，能耗低，綠色節能。測量系統測量方法科學，測量精度高，可自動完成測試。

關鍵詞：異步電動機；公共直流；母線參數測量

中圖分類號：TM343 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）28-0101-02

引言

異步電動機廣泛應用于現代化工農業生產中，它具有結構簡單、運行可靠、價格低廉、堅固耐用、較高的工作效率及良好的工作特性[1]。現代電機控制系統，如矢量控制、直接轉矩控制，需要準確的電機參數。電機參數的獲取是通過試驗獲得，相關參數作為電機出廠隨機技術資料交付給客戶。

1 能量回饋式異步電機參數測量系統

傳統的異步電機參數測量系統利用四機聯動方案，回饋能量低、耗電量大、占地面積大、操作繁瑣、經濟效益低。能量回饋式異步電機參數測量系統（以下簡稱測量系統）采用變頻技術及公共直流母線能量回饋方式，電氣控制系統采用PLC與上位計算機控制方式。通過對系統設備協調控制及組態，可實現電動機試驗時的負載特性的模擬和能量回饋，以達到試驗目的。

2 測量系統的技術方案

測試系統主要由試驗系統主回路設備及電氣控制系統組成。試驗系統主回路采用變頻技術與公共直流母線能量回饋技術，通過對逆變單元、整流單元、勵磁裝置、負載、開關板等的協調控制及調節，實現對被試電機的各項試驗。原理如圖1所示。

2.1 測量系統控制基本原理

測量系統基本控制框架如圖2。監控系統是上位指令系統，試驗人員根據電機試驗項目發出電機試驗操作指令，要求試驗設備進行各項操作，以達到試驗的要求。試驗設備根據電氣控制系統的指令要求進行調節，如逆變器的主從控制、能量回饋控制及開關保護等，實現電機的各項試驗。

2.2 測量系統的組成

測量系統主要設備有高低壓開關柜、整流變壓器、二極管整流單元、逆變單元1～2、陪試異步電機M1～2、陪試同步電機、齒輪箱、高壓轉接及傳感器柜、低壓轉接及傳感器柜、轉矩、轉速傳感器、試驗控制臺、上位機、輔助電源柜。

2.3 測量系統的主要技術指標

被試電機的最大容量：1MW；

被試電機的電壓等級：690V以下低壓三相變頻電機；

被試電機的額定頻率：50～60Hz；

被試電機的額定轉速范圍：30～2000rpm；

被試電機的過轉矩：60%過轉矩（最大），10s；

2.4 測量系統的功能

陪試異步電機M2作原動機，由逆變單元2驅動，拖動陪試同步電機發電，向被試異步電動機提供電源。被試電動機通過齒輪箱耦合驅動陪試異步電機M1（此時陪試異步電機M1作發電機運行），再由逆變單元1將電能回饋到公共直流母線。被試電動機的輸入電功率和輸出軸功率通過調節陪試同步電機的勵磁、逆變單元1、逆變單元2等實現。

2.5 電氣控制系統

電氣控系制統采用PLC與上位計算機PC方式，由PLC主站、現場觸摸屏HMI、上位工程師站及通訊網絡組成。其中PLC 作為系統的控制核心，對整個電控系統中的設備進行控制。上位工程師站（上位PC）作為人機接口接收工廠監控系統的指令，對試驗設備發出控制指令，同時系統中各設備的運行狀態及故障信息在上位PC機上直觀、動態地顯示出來。現場裝設操作終端——HMI（觸摸屏），作為現場的簡單操作、狀態及數據顯示等。

3 測量系統的工作流程

根據異步電動機的輸入電壓，調節好高壓轉接柜里的短接母排；先合上開關K3、K4、K6，預充電完成后，合上主斷路器K1，在公共直流母線上建立起穩定的直流電壓。啟動逆變單元2，驅動陪試電動機M2，使其運行轉速到確定的額定轉速點上，通過聯軸器使得陪試發電機工作在相應的額定轉速點上，發出額定工頻頻率的電壓。調節陪試發電機的勵磁電流，使陪試發電機的輸出電壓達到一個值，這個值應小于發電機的輸出額定電壓的1/2。合上開關K5，啟動被試電動機，使其運轉起來。再調節陪試發電機的勵磁電流，使其輸出電壓達到額定電壓，使被試異步電動機工作在接近同步轉速狀態。啟動逆變單元1，使其工作在較小的能量回饋狀態。觀察整流單元、逆變單元、勵磁單元等設備的工作狀況，保證各設備工作正常。

調節逆變單元1的輸出頻率，增加其回饋功率，即增加被試電動機的輸出軸功率。調節調節逆變單元2，使其驅動的電動機M2轉速穩定在相應的轉速上。同時，協調調節陪試發電機的勵磁電流，使被試電動機工作在規定的工作點上。當被試電動機工作在穩定的工作點，根據試驗要求進行電機相關參數的測試。

4 公共直流母線能量回饋

本方案中能量回饋是以變頻器為核心，主要通過對兩臺逆變器的協調控制，把能量回饋至公共直流母線；在能量回饋的過程中，當其中一臺逆變器作為電機驅動時，另一臺逆變器必然作為能量回饋[2]。整個系統通過對被試電機、陪試電機、逆變器的控制，實現對被試電機提供電源與匹配負載的功能，在節能的基礎上，達到電機參數測試的目的。

5 結束語

異步機參數測量系統系統設計簡單可靠，可實現能量的回饋，降低系統的損耗及試驗的能源消耗，具有短路保護、過載保護電機缺相等保護，具有自診斷及遠程通訊，實現與廠設備網的通訊功能。測量系統系統測量方法依據現行有效的國家標準，測試數據準確可靠，可以降低誤操作概率，極大地減輕試驗人員的工作強度。

參考文獻：

[1]辜承林，等.電機學[M].武漢：華中科技大學出版社，1993.

[2]王萬新.公共直流母線在交流傳動中的應用[J].電氣傳動，2002，32（5）：57-58.

[3]侯越然.異步電動機的電氣裝置保護[J].科技創新與應用，2013（4）：97.endprint