一种能量自回馈式制动电机试验系统的研究

李云飞+王欣仁

摘 要：制动电机都是交流三相异步电动机和制动器的组合。需要对交流电机在不同频率、不通负载情况下进行测试[1]。随便变频器的广泛应用和变频技术不断发展，变频控制技术也被应用到交流电机的测试中[2]。交流电机测试中很重要的一项技术是负载模拟，一般采用电力测功机、磁粉制动器或陪试机加传感器等来实现[3]。目前，大多数交流电机测试系统采用陪试机和转矩转速传感器与被试机同轴相联。为了减少系统能耗，需对陪试电机进行能量回馈。陪试电机的能量回馈都是通过逆变器向电网进行回馈，这种回馈方式系统结构复杂，控制困难，并对电网污染较大。本系统提出了一种新的能量回馈方式，将陪试机产生的电能直接向被试机回馈能量。从整个系统来说，构成了能量的自回馈形式。该系统结构简单，控制方便，对电网几乎没有污染。

关键词：自回馈式；制动电机；试验系统；研究

1、制动电机试验系统总体结构

试验系统由正弦波试验电源、动力开关柜、信号传感装置与功率测量设备、自动化试验测量单元、控制操作台及交流电机试验软件系统、数据库系统等部分组成。试验系统中的负载设备可依据被试电机功率的大小选用相应的陪试变频电机，以满足不同型号和不同功率制动电机的试验。

1.1试验系统总体方案

试验系统采用变频电动机以对拖形式进行加载的方案，选用若干规格的变频调速三相异步电动机和转矩转速传感器，可实现对被试验电机的对拖。试验时，被试电机和陪试电机分别置于试验台上，两台电机通过联轴器与转矩转速传感器相连，两台规格相同的变频器分别给被试电机和陪试电机供电[4]。制动电机试验时的安装方式如图1所示。本方案适用于各种类型制动电机的试验，能完成制动电机的全套型式试验。

1.2试验系统原理图

本系统采用公用直流母线的两台变频器以实现电功率封闭，并采用IGBT整流供电方式以减少谐波提高功率因数的设计。试验系统原理框图如图2所示，被试电机和陪试电机采用单独的变频器驱动，被试和陪试部分通过两台变频器的直流母线连接在一起，组成电功率闭环，达到较好的节能效果，实现电能循环。

系统容量满足110kW制动电机试验需求，其正弦波变频试验电源容量185kVA，负载部分容量同样为185kVA，由于采用共直流母线，因此整流部分的容量仅为63kVA。考虑到电机堵转试验需求，两变频器可以并联运行，提供更大的试验电流。装置采取多重保护模式，防止过载损坏。

1.3试验系统测量框图

本测试系统中，主要测量被试电机的输入参数（电压、电流、输入功率、功率因素等）和输出测试参数（转矩、转速等），为保证精度，采用高精度的转矩转速传感器和功率分析仪。被试电机的输入电压直接由电机的输入端连接到电参数表上，减少了由于线路的压降造成测量精度的下降。被试电机的输入电流通过多个电流互感器连接到电参数表上，根据被试电机额定电流的大小来切换不同的电流互感器，增加了电流的测量精度。被试电机的电量参数都传输到上位机（即工控机），通过软件实现实时监控，基于此测量系统的基本框图如图3所示。

2、结语

能量自回馈制动电机试验系统，其结构简单、控制方便、成本较低，其最大的特点是实现了系统内部能量的自回馈，大大节约了能耗，同时消除了能量回馈对电网的影响，减少了对电网的污染。该系统在制动电机试验行业中处于技术领先地位，有很好的应用前景。

参考文献

[1]孙玉昆.变频电机测试系统[J].变频器世界，2009（9）：97-99.

[2]叶双，郭耀华.变频器在电机测试平台的应用[J].电机与控制应用，2007，34（7）：54-56.

[3]楊家强，黄进.一种基于PWM整流器和异步电机直接转矩控制的新型动态电力测功机[J].仪器仪表学报，2005，26（12）：1123-1128.

[4]张春波，薛山.变频器在电机试验系统中的应用，变频器世界[J]，2005（5）：90～92.endprint