一种异步电动机参数测量系统的设计与实现

周志霞

摘 要：文章介绍了一种异步电动机参数测量系统的设计方法。测量系统采用变频技术及公共直流母线能量回馈方式，能耗低，绿色节能。测量系统测量方法科学，测量精度高，可自动完成测试。

关键词：异步电动机；公共直流；母线参数测量

中图分类号：TM343 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）28-0101-02

引言

异步电动机广泛应用于现代化工农业生产中，它具有结构简单、运行可靠、价格低廉、坚固耐用、较高的工作效率及良好的工作特性[1]。现代电机控制系统，如矢量控制、直接转矩控制，需要准确的电机参数。电机参数的获取是通过试验获得，相关参数作为电机出厂随机技术资料交付给客户。

1 能量回馈式异步电机参数测量系统

传统的异步电机参数测量系统利用四机联动方案，回馈能量低、耗电量大、占地面积大、操作繁琐、经济效益低。能量回馈式异步电机参数测量系统（以下简称测量系统）采用变频技术及公共直流母线能量回馈方式，电气控制系统采用PLC与上位计算机控制方式。通过对系统设备协调控制及组态，可实现电动机试验时的负载特性的模拟和能量回馈，以达到试验目的。

2 测量系统的技术方案

测试系统主要由试验系统主回路设备及电气控制系统组成。试验系统主回路采用变频技术与公共直流母线能量回馈技术，通过对逆变单元、整流单元、励磁装置、负载、开关板等的协调控制及调节，实现对被试电机的各项试验。原理如图1所示。

2.1 测量系统控制基本原理

测量系统基本控制框架如图2。监控系统是上位指令系统，试验人员根据电机试验项目发出电机试验操作指令，要求试验设备进行各项操作，以达到试验的要求。试验设备根据电气控制系统的指令要求进行调节，如逆变器的主从控制、能量回馈控制及开关保护等，实现电机的各项试验。

2.2 测量系统的组成

测量系统主要设备有高低压开关柜、整流变压器、二极管整流单元、逆变单元1～2、陪试异步电机M1～2、陪试同步电机、齿轮箱、高压转接及传感器柜、低压转接及传感器柜、转矩、转速传感器、试验控制台、上位机、辅助电源柜。

2.3 测量系统的主要技术指标

被试电机的最大容量：1MW；

被试电机的电压等级：690V以下低压三相变频电机；

被试电机的额定频率：50～60Hz；

被试电机的额定转速范围：30～2000rpm；

被试电机的过转矩：60%过转矩（最大），10s；

2.4 测量系统的功能

陪试异步电机M2作原动机，由逆变单元2驱动，拖动陪试同步电机发电，向被试异步电动机提供电源。被试电动机通过齿轮箱耦合驱动陪试异步电机M1（此时陪试异步电机M1作发电机运行），再由逆变单元1将电能回馈到公共直流母线。被试电动机的输入电功率和输出轴功率通过调节陪试同步电机的励磁、逆变单元1、逆变单元2等实现。

2.5 电气控制系统

电气控系制统采用PLC与上位计算机PC方式，由PLC主站、现场触摸屏HMI、上位工程师站及通讯网络组成。其中PLC 作为系统的控制核心，对整个电控系統中的设备进行控制。上位工程师站（上位PC）作为人机接口接收工厂监控系统的指令，对试验设备发出控制指令，同时系统中各设备的运行状态及故障信息在上位PC机上直观、动态地显示出来。现场装设操作终端——HMI（触摸屏），作为现场的简单操作、状态及数据显示等。

3 测量系统的工作流程

根据异步电动机的输入电压，调节好高压转接柜里的短接母排；先合上开关K3、K4、K6，预充电完成后，合上主断路器K1，在公共直流母线上建立起稳定的直流电压。启动逆变单元2，驱动陪试电动机M2，使其运行转速到确定的额定转速点上，通过联轴器使得陪试发电机工作在相应的额定转速点上，发出额定工频频率的电压。调节陪试发电机的励磁电流，使陪试发电机的输出电压达到一个值，这个值应小于发电机的输出额定电压的1/2。合上开关K5，启动被试电动机，使其运转起来。再调节陪试发电机的励磁电流，使其输出电压达到额定电压，使被试异步电动机工作在接近同步转速状态。启动逆变单元1，使其工作在较小的能量回馈状态。观察整流单元、逆变单元、励磁单元等设备的工作状况，保证各设备工作正常。

调节逆变单元1的输出频率，增加其回馈功率，即增加被试电动机的输出轴功率。调节调节逆变单元2，使其驱动的电动机M2转速稳定在相应的转速上。同时，协调调节陪试发电机的励磁电流，使被试电动机工作在规定的工作点上。当被试电动机工作在稳定的工作点，根据试验要求进行电机相关参数的测试。

4 公共直流母线能量回馈

本方案中能量回馈是以变频器为核心，主要通过对两台逆变器的协调控制，把能量回馈至公共直流母线；在能量回馈的过程中，当其中一台逆变器作为电机驱动时，另一台逆变器必然作为能量回馈[2]。整个系统通过对被试电机、陪试电机、逆变器的控制，实现对被试电机提供电源与匹配负载的功能，在节能的基础上，达到电机参数测试的目的。

5 结束语

异步机参数测量系统系统设计简单可靠，可实现能量的回馈，降低系统的损耗及试验的能源消耗，具有短路保护、过载保护电机缺相等保护，具有自诊断及远程通讯，实现与厂设备网的通讯功能。测量系统系统测量方法依据现行有效的国家标准，测试数据准确可靠，可以降低误操作概率，极大地减轻试验人员的工作强度。

参考文献：

[1]辜承林，等.电机学[M].武汉：华中科技大学出版社，1993.

[2]王万新.公共直流母线在交流传动中的应用[J].电气传动，2002，32（5）：57-58.

[3]侯越然.异步电动机的电气装置保护[J].科技创新与应用，2013（4）：97.endprint