无齿轮永磁同步电梯曳引机测试系统研制

2011-06-02王传军张菲波李永奇

电机与控制应用 2011年7期

王传军，张菲波，李永奇

(1.上海电机系统节能工程技术研究中心，上海 200063;

2.广东省特种设备检测院，广东广州 510655)

0 引言

无齿轮永磁同步电梯曳引机以其电气性能和安全性能优势在电梯驱动系统中的应用越来越广泛，其性能测试也随之受到关注，成为产品研发、生产、质量监督检验不可或缺的环节。优良的测试系统，可以确保整机性能测试的准确度和重复性，确保曳引机产品的质量和安全，同时也可作为优化产品设计的技术支撑。本文介绍的测试系统可以用来完成无齿轮电梯曳引机的空载、负载、温升、失步转矩、感应电压等电气性能试验;同时，也可用来模拟电梯曳引机拖拽轿厢的实际运行工况，还可以用来完成对曳引机制动器制动响应时间的测试。系统采用RS－485总线控制，集电源和负载的调控、全方位保护监测、数据采集处理和查询等功能于一体，具有高稳定性、高重复性、高精度、高自动化等特点，可广泛应用于无齿轮电梯曳引机研发机构、生产制造商、专业试验室等。

1 系统构成

该系统由可升降式固定台架、试验电源系统、负载系统、控制系统、测量系统等五部分组成，电源系统采用了交流感应调压器供电，保证了良好的电源品质，适用于对试验电源品质要求较高的场合，系统采用了变速箱，将被试曳引机的较低输出转速升高，然后利用较高转速负载直流电机来进行负载模拟，降低了成本。该系统还设计了可升降式固定台位，负载部分固定安装，被试验电机部分可以升降控制并锁紧，适合90 kW大功率电机试验的固定需求，有效降低了安装的劳动强度，提高了试验效率。系统安装结构图如图1所示。

图1 系统安装结构图

1.1 系统工作原理

系统的原理图如图2所示，被试曳引机由富士VG7系列矢量控制变频器供电。为保证变频器的输入电压为额定，用一台250 kVA感应调压器给变频器供电;被试曳引机通过变速箱驱动负载直流电机，负载直流电机工作在发电状态，发电能量通过加载器回馈到变频器的输入端;回馈加载器可通过RS－485总线控制，调节负载的大小，控制方便，而且达到节能的目的。

图2 系统电气原理框图

1.2 总线控制

该系统采用RS－485总线控制，原理图如图3所示。采用6通道数字功率计测量电压、电流及功率，可同时测量变频器的输入电参数和曳引机的输入电参数，RS－485总线可根据电流的实际大小，自动控制电流变比切换;工控机根据给定负载值，控制回馈加载器调节负载的大小，整个系统闭环运行，达到稳定负载的目的。

图3 系统总线控制原理图

2 主要试验项目

2.1 总线控制

该系统可以在软件控制下，让曳引机在要求的工作制下正、反转运行，模拟电梯曳引机拖拽轿厢的实际运行工况。在曳引机的额定转矩下，按曳引机的工作制负载持续率和周期运行，达到热稳定状态测取绕组的直流电阻。

也可根据式(1)计算出等效电流:

式中:Ik——等效电流值;

I1、I2、I3、I4、…Ii、…In——各运行区间电流值;

t1、t2、t3、t4、…ti、…tn——各运行区间时间;

下标i——第i个运行区间。

使曳引机在等效电流Ik下连续运行，当达到热稳定状态后测取绕组的直流电阻。测取绕组热态电阻后均按式(2)计算绕组的温升:

式中:θ2——热试验结束时绕组的温度;

θa——热试验结束时冷却介质的温度;

θ1——测量绕组(冷态)初始电阻时温度;

R2——热试验结束时的绕组的电阻;

R1——温度为θ1(冷态)时的绕组的电阻;

k——导体材料在0℃时的电阻温度系数的倒数，铜k=235，铝k=225，除非另有规定。

2.2 效率试验

曳引机电机为永磁同步电机，其效率试验根据GB/T 1029—2005《同步电机试验方法》中的5.1条，采取输入/输出直接法测定。

该系统的效率测试也符合 GB/T 24478—2009《电梯曳引机》第5.2条规定。效率值按式(3)计算:

式中:η——被试曳引机效率;

n——被试曳引机转速;

T——被试曳引机输出转矩;

P1——被试验曳引机输入功率。

式中的转矩T和转速n由工控机通过转矩转速测量仪读取，被试曳引机的输入功率P1由工控机通过数字功率计读取。工控机软件对数据进行处理、计算并自动绘制负载曲线、输出测试报告。

2.3 制动器制动响应时间测试

曳引机制动器的性能包括:制动器温升、制动器起动电压和释放电压、制动器制动响应时间等。制动器响应时间关系到电梯的安全问题，原国家标准GB/T13435—1992中只规定了制动器开起时间不大于0.8 s。GB/T 24478—2009《电梯曳引机》规定:制动器制动响应时间不大于0.5 s。可见，制动器响应时间这一性能的重要性。

制动器制动响应时间测试原理如图4所示。

图4 制动器响应时间测试原理图

该系统采用回馈加载器驱动直流负载电机作为动力源，由转矩转速传感器测试曳引机的制动力矩，由示波记录仪记录制动器断电信号到力矩传感器达到额定制动力矩信号的时间差，即制动器响应时间。

2.3.1 测试系统组成及测试方法

测试时被试曳引机不通电，用回馈加载器驱动直流负载电机拖动被试曳引机，然后将被试曳引机调至额定转速，关闭制动器电源，记录制动器断电到制动器的力矩达到额定制动力矩的时间。

系统采用日置8870-21波形记录仪，转矩转速传感器输出转矩信号经转矩转速测量仪TI-1A后输出0～10 V模拟信号，对应0～Tm(Tm为所选转矩转速传感器的量程)，模拟量输出端子接到8870-21波形记录仪的BNC端子通道CH1上。制动器电压信号接到8870-21波形记录仪的BNC端子通道CH2上。线路连接后，对8870-21波形记录仪进行记录条件设定，首先设定时间轴量程，然后设定电压轴(纵轴)单位，可将通道CH1电压设为转矩，8870-21波形记录仪会自动将电压换算为转矩显示。设定完成后，按“开始/停止”按钮开始记录波形，然后立即切断制动器电源，测试结束后再次按“开始/停止”按钮停止波形记录;最后，将数据保存至8870-21波形记录仪的CF卡上便于分析。

2.3.2 测试结果

8870-21波形记录仪上可以设定任意设定波形上的A/B光标，记录仪上会自动显示这两点间的时间差。

测量结束保存测量数据至CF卡，用USB通信接口将波形数据输入到计算机，用工控机软件可查看并打印波形，如图5所示。