永磁电动滚筒综合测试装置的应用

冯帅

（冀中能源峰峰集团 华北重型装备制造有限公司，河北 邯郸 056046）

0 引 言

目前我国在稀土永磁电机的研究开发方面有很大进展，稀土永磁电机将越来越多地在特种电机领域替代传统电机，成为了未来的发展趋势。矿用隔爆型永磁直驱电动滚筒，创造性的运用先进的外转子永磁直驱技术，与智能控制系统相结合，将电机与滚筒融为一体，革命性的抛弃了减速器、液力耦合器和联轴器等机械装置，使输送机直接驱动变为现实。为了测试产品性能指标，保证产品质量及工作的可靠性，研制了一套稳定的、先进的加载测试系统。

1 综合测试装置系统结构及原理

综合测试装置测试系统主电路采用三相10 kV电源供电，通过2 台高压进线柜控制，分别向2 台整流变压器供电，由整流变压器TM1 将10 kV 电压转换成被试品需要的400 、690 、1 200 V 三种工作电源电压，由整流变压器TM2 将10 kV 电压转换成陪试回馈变频器需要的690 V 工作电压。TM1 输出接被试变频器，不同的电压档位接不同的被试变频器及永磁电动滚筒。被试永磁电动滚筒与变频器负载试验时，被试品支路运行在电动状态时，回馈变频器支路运行在发电状态；当被试品支路运行在发电状态时，回馈变频器支路运行在电动状态，不管哪种工况，试验能量都在10 kV 交流母线上循环，由电网补偿系统中运行设备的损耗。简单来说，其工作原理是将陪试电动机发出的交流电经变频器逆变为交流电上网，通过控制系统调节被试电动机的电流来控制电动机的转速和扭矩，与测控系统配套使用，还可以对温度、压力、电流、电压等参数进行测量和控制，传动系统示意如图1 所示。

图1 传动系统示意Fig.1 Diagram of transmission system

2 综合测试装置的组成

永磁电动滚筒综合测试装置是对永磁电动滚筒、永磁电机及变频器进行综合性能测试的装置，主要由加载系统、控制及采集系统等组成（图2）。

图2 主电路电气原理（单线图）Fig.2 Electrical principle of main circuit(single line diagram)

主电源由中央控制室10 kV±10%、50 Hz±3%交流三相交流电经800 kVA 变压器TM1 转换为1 200 、690、400 V， 经800 kVA 变压器TM2 转换为1 200 V、690 V，分别供给加载变频器及AFE四象限整流单元供电单元。

AFE 四象限整流单元由供电单元及INU 逆变控制单元等元部件组成变频器，其集成了滤波电抗器、保护单元、输入输出母线、整流单元、逆变单元、制动单元等部件于一体的整体设备。

从结构上看，由于采用了IGBT 功率元件，其输入为交流输出为直流，因为它位于电源进线侧，称之为前端。与传统的二极管或可控制硅整流技术相比，主动前端不再是被动地将交流转变成直流，而是具备了很多主动的控制功能。它不但能消除高次谐波，提高功率因数，而且不受电网波动的影响，具有卓越的动态特性。其工作原理可简述为：AFE 整流单元从电网汲取正弦波交流，经整流后输出直流电压，并保持所要求的电压值。各次谐波由滤波电路删除。

测量系统包括被试电机电量、机械参数、温度测量和直流电阻测量。一次回路选用满足宽频测量的高精度电流传感器或互感器测量被试电机的电参数。二次回路选用PA333H 高精度功率计和转矩转速测量仪表完成被试电机试验过程中的电压、电流、频率、扭矩、转速等数据的采集，功率计通过以太网通信接口将采集到的原始数据实时传输给工业计算机，通过数据采集软件对原始测量数据进行二次运算分析并实时显示在人机界面上。主测量系统的拓扑结构如图3 所示。

图3 主测量系统的拓扑结构Fig.3 Topology of main measurement system

控制系统主要由工业计算机及显示器、工业以太网交换机、控制PLC 及中继系统、打印机、UPS隔离电源等设备组成。采用西门子S7-1200 系列PLC 分布式控制架构，减少了控制台与外部设备控制线缆的连接。PLC 通过以太网通信的方式和工业计算机相连，PLC 负责试验系统相关线路中的断路器、接触器、继电器等开关量的控制与状态监视。控制系统结构如图4 所示。

图4 计算机控制系统拓扑Fig.4 Topology of computer control system

3 永磁电动滚筒专用加载试验台

永磁电动滚筒专用加载试验台架主要由陪试低速电机、传动滚筒、改向滚筒、皮带、涨紧机构及夹紧机构组成，如图5、图6 所示。试验时，将永磁电动滚筒放置在试验台架上并连接扭矩转速传感器，通过液压系统调整夹紧油缸，驱动夹紧装置改变永磁电动滚筒上皮带包角大小，防止皮带打滑。调整涨紧油缸，使这条皮带处于涨紧状态。启动陪试电机，通过传动滚筒带动皮带运转传递到被试滚筒上，此时被试滚筒开始加载，通过转矩转速传感器将检测数据传递到计算机上。

图5 滚筒加载试验台原理Fig.5 Principle of roller loading test bench

图6 滚筒加载试验台结构Fig.6 Structure of roller loading test rig

4 结 语

永磁电动滚筒综合测试装置在华北重型装备制造有限公司投入使用，运行平稳可靠，各项检测指标达到产品试验检验要求，为保障产品质量提供可靠的技术支持。