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核心提示：
一、引言
隨著國(guó)內(nèi)變頻器技術(shù)的飛速發(fā)展，變頻器生產(chǎn)廠家的迅速崛起，變頻器的應(yīng)用大戶、制造廠家迫切需要變頻器性能測(cè)試，優(yōu)化加載設(shè)備。如何選擇有效的測(cè)試機(jī)組成為一個(gè)值得研究的課題。
二、滑差電機(jī)原理介紹
由于以下的內(nèi)容中，多用到電磁調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)，俗稱滑差電機(jī)，因此，有必要對(duì)滑差電機(jī)的原理做一個(gè)簡(jiǎn)單的介紹。電磁調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)是由普通鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)、電磁滑差離合器和電氣控制裝置三部分組成。異步電機(jī)作為原動(dòng)機(jī)使用，當(dāng)它旋轉(zhuǎn)時(shí)帶動(dòng)離合器的電樞一起旋轉(zhuǎn)，電氣控制裝置是提供滑差離合器勵(lì)磁線圈勵(lì)磁電流的裝置。
圖1是電磁滑差離合器結(jié)構(gòu)示意圖，包括電樞、磁極和勵(lì)磁線圈三部分。電樞為鑄鋼制成的圓筒形結(jié)構(gòu)，它與鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)軸相連接，俗稱主動(dòng)部分;磁極做成爪形結(jié)構(gòu)，裝在負(fù)載軸上，俗稱從動(dòng)部分。主動(dòng)部分和從動(dòng)部分在機(jī)械上無(wú)任何聯(lián)系。當(dāng)勵(lì)磁線圈通過電流時(shí)產(chǎn)生磁場(chǎng)，爪形結(jié)構(gòu)便形成很多對(duì)磁極。此時(shí)若電樞被鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)拖著旋轉(zhuǎn)，那么它便切割磁場(chǎng)相互作用，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，于是從動(dòng)部分的磁極便跟著主動(dòng)部分電樞一起旋轉(zhuǎn)，前者的轉(zhuǎn)速低于后者，因?yàn)橹挥挟?dāng)電樞與磁場(chǎng)存在著相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，電樞才能切割磁力線。磁極隨電樞旋轉(zhuǎn)的原理與普通異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子跟著定子繞組的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)的原理沒有本質(zhì)區(qū)別，所不同的是:異步電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)由定子繞組中的三相交流電產(chǎn)生，而電磁滑差離合器的磁場(chǎng)則由勵(lì)磁線圈中的直流電流產(chǎn)生，并由于電樞旋轉(zhuǎn)才起到旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的作用。
圖1 電磁滑差離合器基本結(jié)構(gòu)示意圖
當(dāng)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，負(fù)載轉(zhuǎn)矩與離合器的電磁轉(zhuǎn)矩相等。當(dāng)負(fù)載一定時(shí)，勵(lì)磁電流的大小決定從動(dòng)部分轉(zhuǎn)速的高低，勵(lì)磁電流愈大，轉(zhuǎn)速愈高;反之，勵(lì)磁電流愈小，轉(zhuǎn)速就愈低。根據(jù)這一特性，可以利用電氣控制電路非常方便地調(diào)節(jié)從動(dòng)部分的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。
三、單臺(tái)滑差電機(jī)堵轉(zhuǎn)法
本方法是直接采用單臺(tái)滑差電機(jī)，將滑差電機(jī)主軸輸出(圖1所示)，通過機(jī)械與機(jī)座硬連接，此時(shí)，輸出主軸的速度一直為零。通過在勵(lì)磁線圈上加載直流電壓來(lái)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流的大小和輸出轉(zhuǎn)矩大小，從而用于調(diào)節(jié)負(fù)載的大小，如圖2所示。
圖2 單臺(tái)滑差電機(jī)堵轉(zhuǎn)法示意圖
該方法需要用戶自備一個(gè)0~60~90V/2~8A(最大)的直流可調(diào)電壓源。如果無(wú)合適的電源，可以采用調(diào)壓器加整流濾波電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，如圖3所示。另外，由于購(gòu)買滑差電機(jī)的時(shí)候，一般附帶了調(diào)速器，因此可以通過取消原滑差電機(jī)調(diào)速器中的電壓閉環(huán)控制部分改制成單相SCR調(diào)壓電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。但是這種方法的缺點(diǎn)是電壓輸出為非線性，在起始段，輸出電壓變化緩慢，加載較慢，在高輸出電壓的時(shí)候，輸出電壓變化較快，負(fù)載調(diào)整比較困難。
圖3 直流勵(lì)磁電壓產(chǎn)生電路—調(diào)壓整流電路圖
該方法的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單，成本低，適用于中小功率變頻器中高速加載試驗(yàn)場(chǎng)合。由于通過勵(lì)磁不能夠?qū)崿F(xiàn)快速的加卸載，故不能實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)性能的測(cè)試，也不能實(shí)現(xiàn)發(fā)電狀態(tài)的性能測(cè)試。另外，由于低速時(shí)，滑差電機(jī)滑差頭相對(duì)運(yùn)行速度低，不能夠?qū)崿F(xiàn)低速加載。
四、兩臺(tái)異步電機(jī)通過滑差電機(jī)對(duì)拖法
本方法是采用一臺(tái)滑差電機(jī)與另外一臺(tái)異步電機(jī)同軸連接, 兩臺(tái)電機(jī)可以通過兩臺(tái)變頻器分別來(lái)驅(qū)動(dòng), 如圖4所示。
圖4 兩臺(tái)異步電機(jī)通過滑差電機(jī)對(duì)拖法示意圖
本方法可以通過在勵(lì)磁線圈上加載直流電壓來(lái)調(diào)節(jié)負(fù)載大小，也可以通過調(diào)節(jié)兩臺(tái)電機(jī)的相對(duì)速度來(lái)調(diào)整負(fù)載大小。即可以實(shí)現(xiàn)反向電動(dòng)運(yùn)行的加載，也可以實(shí)現(xiàn)同相發(fā)電運(yùn)行的加載。由于存在相對(duì)速度，相比以上三種單滑差電機(jī)的方案，可以實(shí)現(xiàn)零速或者低速的加載。缺點(diǎn)是由于滑差電機(jī)加載采用電磁感應(yīng)和滑差實(shí)現(xiàn)，加載響應(yīng)速度慢，不能夠?qū)崿F(xiàn)快速加載，因此還不能夠滿足高精度、快速的性能測(cè)試。
五、兩個(gè)交流電機(jī)對(duì)拖法
本方法是采用兩臺(tái)同功率的異步電機(jī)同軸連接，兩臺(tái)電機(jī)通過兩臺(tái)變頻器分別來(lái)驅(qū)動(dòng)，如圖5所示。其中一臺(tái)電機(jī)通過測(cè)試變頻器驅(qū)動(dòng)，另外一臺(tái)電機(jī)通過具有精確轉(zhuǎn)矩控制功能的閉環(huán)矢量控制變頻器來(lái)驅(qū)動(dòng)，如Emerson的TD3000系列產(chǎn)品。改變轉(zhuǎn)矩的大小和方向，就可以實(shí)現(xiàn)作為被測(cè)電機(jī)的負(fù)載，就可以驗(yàn)證測(cè)試變頻器的性能。
圖5 兩個(gè)交流電機(jī)對(duì)拖法
本方法可以實(shí)現(xiàn)反向電動(dòng)運(yùn)行的加載，也可以實(shí)現(xiàn)同相發(fā)電運(yùn)行的加載。由于為閉環(huán)轉(zhuǎn)矩控制，可以實(shí)現(xiàn)零速、低速和高速的高轉(zhuǎn)矩高精度的加載。由于電機(jī)連接為機(jī)械硬連接，異步電機(jī)的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)相比滑差電機(jī)較快，加載響應(yīng)速度較快，可以滿足大多數(shù)場(chǎng)合的測(cè)試要求，但是對(duì)于高精度、快速的性能測(cè)試還不能夠完全滿足。
六、交直流機(jī)組對(duì)拖法
本方法是采用一臺(tái)直流電機(jī)和另外一臺(tái)異步電機(jī)同軸連接，如圖6所示。其中異步交流電機(jī)通過被測(cè)變頻器來(lái)驅(qū)動(dòng)，直流電機(jī)通過一臺(tái)可以四象限運(yùn)行的直流調(diào)速器來(lái)驅(qū)動(dòng)。直流電機(jī)通過精確的轉(zhuǎn)矩控制，改變測(cè)試轉(zhuǎn)矩的大小和方向，就可以實(shí)現(xiàn)被測(cè)電機(jī)的負(fù)載任意變化，就可以驗(yàn)證測(cè)試變頻器的性能。
本方法可以實(shí)現(xiàn)反向電動(dòng)運(yùn)行的加載，也可以實(shí)現(xiàn)同相發(fā)電運(yùn)行的加載。由于為直流電機(jī)閉環(huán)轉(zhuǎn)矩控制，可以實(shí)現(xiàn)零速、低速和高速的高轉(zhuǎn)矩高精度的加載。由于電機(jī)連接為機(jī)械硬連接，直流電機(jī)的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)快，加載響
隨著國(guó)內(nèi)變頻器技術(shù)的飛速發(fā)展，變頻器生產(chǎn)廠家的迅速崛起，變頻器的應(yīng)用大戶、制造廠家迫切需要變頻器性能測(cè)試，優(yōu)化加載設(shè)備。如何選擇有效的測(cè)試機(jī)組成為一個(gè)值得研究的課題。
二、滑差電機(jī)原理介紹
由于以下的內(nèi)容中，多用到電磁調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)，俗稱滑差電機(jī)，因此，有必要對(duì)滑差電機(jī)的原理做一個(gè)簡(jiǎn)單的介紹。電磁調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)是由普通鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)、電磁滑差離合器和電氣控制裝置三部分組成。異步電機(jī)作為原動(dòng)機(jī)使用，當(dāng)它旋轉(zhuǎn)時(shí)帶動(dòng)離合器的電樞一起旋轉(zhuǎn)，電氣控制裝置是提供滑差離合器勵(lì)磁線圈勵(lì)磁電流的裝置。
圖1是電磁滑差離合器結(jié)構(gòu)示意圖，包括電樞、磁極和勵(lì)磁線圈三部分。電樞為鑄鋼制成的圓筒形結(jié)構(gòu)，它與鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)軸相連接，俗稱主動(dòng)部分;磁極做成爪形結(jié)構(gòu)，裝在負(fù)載軸上，俗稱從動(dòng)部分。主動(dòng)部分和從動(dòng)部分在機(jī)械上無(wú)任何聯(lián)系。當(dāng)勵(lì)磁線圈通過電流時(shí)產(chǎn)生磁場(chǎng)，爪形結(jié)構(gòu)便形成很多對(duì)磁極。此時(shí)若電樞被鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)拖著旋轉(zhuǎn)，那么它便切割磁場(chǎng)相互作用，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，于是從動(dòng)部分的磁極便跟著主動(dòng)部分電樞一起旋轉(zhuǎn)，前者的轉(zhuǎn)速低于后者，因?yàn)橹挥挟?dāng)電樞與磁場(chǎng)存在著相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，電樞才能切割磁力線。磁極隨電樞旋轉(zhuǎn)的原理與普通異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子跟著定子繞組的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)的原理沒有本質(zhì)區(qū)別，所不同的是:異步電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)由定子繞組中的三相交流電產(chǎn)生，而電磁滑差離合器的磁場(chǎng)則由勵(lì)磁線圈中的直流電流產(chǎn)生，并由于電樞旋轉(zhuǎn)才起到旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的作用。
圖1 電磁滑差離合器基本結(jié)構(gòu)示意圖
當(dāng)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，負(fù)載轉(zhuǎn)矩與離合器的電磁轉(zhuǎn)矩相等。當(dāng)負(fù)載一定時(shí)，勵(lì)磁電流的大小決定從動(dòng)部分轉(zhuǎn)速的高低，勵(lì)磁電流愈大，轉(zhuǎn)速愈高;反之，勵(lì)磁電流愈小，轉(zhuǎn)速就愈低。根據(jù)這一特性，可以利用電氣控制電路非常方便地調(diào)節(jié)從動(dòng)部分的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。
三、單臺(tái)滑差電機(jī)堵轉(zhuǎn)法
本方法是直接采用單臺(tái)滑差電機(jī)，將滑差電機(jī)主軸輸出(圖1所示)，通過機(jī)械與機(jī)座硬連接，此時(shí)，輸出主軸的速度一直為零。通過在勵(lì)磁線圈上加載直流電壓來(lái)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流的大小和輸出轉(zhuǎn)矩大小，從而用于調(diào)節(jié)負(fù)載的大小，如圖2所示。
圖2 單臺(tái)滑差電機(jī)堵轉(zhuǎn)法示意圖
該方法需要用戶自備一個(gè)0~60~90V/2~8A(最大)的直流可調(diào)電壓源。如果無(wú)合適的電源，可以采用調(diào)壓器加整流濾波電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，如圖3所示。另外，由于購(gòu)買滑差電機(jī)的時(shí)候，一般附帶了調(diào)速器，因此可以通過取消原滑差電機(jī)調(diào)速器中的電壓閉環(huán)控制部分改制成單相SCR調(diào)壓電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。但是這種方法的缺點(diǎn)是電壓輸出為非線性，在起始段，輸出電壓變化緩慢，加載較慢，在高輸出電壓的時(shí)候，輸出電壓變化較快，負(fù)載調(diào)整比較困難。
圖3 直流勵(lì)磁電壓產(chǎn)生電路—調(diào)壓整流電路圖
該方法的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單，成本低，適用于中小功率變頻器中高速加載試驗(yàn)場(chǎng)合。由于通過勵(lì)磁不能夠?qū)崿F(xiàn)快速的加卸載，故不能實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)性能的測(cè)試，也不能實(shí)現(xiàn)發(fā)電狀態(tài)的性能測(cè)試。另外，由于低速時(shí)，滑差電機(jī)滑差頭相對(duì)運(yùn)行速度低，不能夠?qū)崿F(xiàn)低速加載。
四、兩臺(tái)異步電機(jī)通過滑差電機(jī)對(duì)拖法
本方法是采用一臺(tái)滑差電機(jī)與另外一臺(tái)異步電機(jī)同軸連接, 兩臺(tái)電機(jī)可以通過兩臺(tái)變頻器分別來(lái)驅(qū)動(dòng), 如圖4所示。
圖4 兩臺(tái)異步電機(jī)通過滑差電機(jī)對(duì)拖法示意圖
本方法可以通過在勵(lì)磁線圈上加載直流電壓來(lái)調(diào)節(jié)負(fù)載大小，也可以通過調(diào)節(jié)兩臺(tái)電機(jī)的相對(duì)速度來(lái)調(diào)整負(fù)載大小。即可以實(shí)現(xiàn)反向電動(dòng)運(yùn)行的加載，也可以實(shí)現(xiàn)同相發(fā)電運(yùn)行的加載。由于存在相對(duì)速度，相比以上三種單滑差電機(jī)的方案，可以實(shí)現(xiàn)零速或者低速的加載。缺點(diǎn)是由于滑差電機(jī)加載采用電磁感應(yīng)和滑差實(shí)現(xiàn)，加載響應(yīng)速度慢，不能夠?qū)崿F(xiàn)快速加載，因此還不能夠滿足高精度、快速的性能測(cè)試。
五、兩個(gè)交流電機(jī)對(duì)拖法
本方法是采用兩臺(tái)同功率的異步電機(jī)同軸連接，兩臺(tái)電機(jī)通過兩臺(tái)變頻器分別來(lái)驅(qū)動(dòng)，如圖5所示。其中一臺(tái)電機(jī)通過測(cè)試變頻器驅(qū)動(dòng)，另外一臺(tái)電機(jī)通過具有精確轉(zhuǎn)矩控制功能的閉環(huán)矢量控制變頻器來(lái)驅(qū)動(dòng)，如Emerson的TD3000系列產(chǎn)品。改變轉(zhuǎn)矩的大小和方向，就可以實(shí)現(xiàn)作為被測(cè)電機(jī)的負(fù)載，就可以驗(yàn)證測(cè)試變頻器的性能。
圖5 兩個(gè)交流電機(jī)對(duì)拖法
本方法可以實(shí)現(xiàn)反向電動(dòng)運(yùn)行的加載，也可以實(shí)現(xiàn)同相發(fā)電運(yùn)行的加載。由于為閉環(huán)轉(zhuǎn)矩控制，可以實(shí)現(xiàn)零速、低速和高速的高轉(zhuǎn)矩高精度的加載。由于電機(jī)連接為機(jī)械硬連接，異步電機(jī)的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)相比滑差電機(jī)較快，加載響應(yīng)速度較快，可以滿足大多數(shù)場(chǎng)合的測(cè)試要求，但是對(duì)于高精度、快速的性能測(cè)試還不能夠完全滿足。
六、交直流機(jī)組對(duì)拖法
本方法是采用一臺(tái)直流電機(jī)和另外一臺(tái)異步電機(jī)同軸連接，如圖6所示。其中異步交流電機(jī)通過被測(cè)變頻器來(lái)驅(qū)動(dòng)，直流電機(jī)通過一臺(tái)可以四象限運(yùn)行的直流調(diào)速器來(lái)驅(qū)動(dòng)。直流電機(jī)通過精確的轉(zhuǎn)矩控制，改變測(cè)試轉(zhuǎn)矩的大小和方向，就可以實(shí)現(xiàn)被測(cè)電機(jī)的負(fù)載任意變化，就可以驗(yàn)證測(cè)試變頻器的性能。
本方法可以實(shí)現(xiàn)反向電動(dòng)運(yùn)行的加載，也可以實(shí)現(xiàn)同相發(fā)電運(yùn)行的加載。由于為直流電機(jī)閉環(huán)轉(zhuǎn)矩控制，可以實(shí)現(xiàn)零速、低速和高速的高轉(zhuǎn)矩高精度的加載。由于電機(jī)連接為機(jī)械硬連接，直流電機(jī)的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)快，加載響
