能量回饋式異步電力測功機(jī)系統(tǒng)的研究
王學(xué)之，王明渝
（重慶大學(xué)輸配電裝備及系統(tǒng)安全與新技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶400044）
摘要：介紹了測功機(jī)的主要種類，并選擇利用變頻器與異步電機(jī)實(shí)現(xiàn)異步電力測功機(jī)的方案。分析了共用直流母線的兩種不同方式，并選擇共用直流均衡母線的方式把兩臺(tái)變頻器的直流母線并聯(lián)以實(shí)現(xiàn)能量的回饋利用。介紹了直接轉(zhuǎn)矩控制的基本原理，并利用直接轉(zhuǎn)矩方式來實(shí)現(xiàn)對異步電機(jī)的控制，在此基礎(chǔ)上，通過采用直接轉(zhuǎn)矩控制方式對測功機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行了大量的仿真研究，驗(yàn)證可知該異步電力測功機(jī)系統(tǒng)具有良好的動(dòng)、靜態(tài)性能，并達(dá)到了能量回饋的目的。
關(guān)鍵詞：測功機(jī)；變頻器；異步電機(jī)；能量回饋
中圖分類號：tm343; tm306 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：a 文章編號：1001-6848(2010)02-0087-04
o引 言
按照測功機(jī)運(yùn)行時(shí)功率轉(zhuǎn)換方法，可將測功機(jī)分為功率吸收型測功機(jī)和功率傳遞型測功機(jī)。
功率吸收型測功機(jī)是指測功機(jī)加載器為一個(gè)耗能制動(dòng)器，以測功機(jī)本體發(fā)熱的方式消耗功率的一種測功機(jī)，它把被試機(jī)的功率全部轉(zhuǎn)換為熱能，通過制動(dòng)器發(fā)熱來散熱耗功。功率吸收型測功機(jī)主要包括電渦流測功機(jī)、水力測功機(jī)、磁滯測功桃、磁粉測功機(jī)等。
功率傳遞型測功機(jī)是將從被測動(dòng)力機(jī)吸收來的能量，通過測功機(jī)的發(fā)電機(jī)發(fā)出的能量傳遞到被測動(dòng)力機(jī)外電阻器上消耗或通過整流逆變反饋到電網(wǎng)來降低本體的發(fā)熱，從而提高測功機(jī)的測試功率。功率傳遞型測功機(jī)主要包括直流電力測功機(jī)、永磁電力測功機(jī)、同步電力測功機(jī)、交流異步電力測功機(jī)等[14]。
用變頻方案實(shí)現(xiàn)的電力測功機(jī)是國際上****進(jìn)的測功機(jī)系統(tǒng)之一，可以使測功機(jī)具有優(yōu)良的動(dòng)、靜態(tài)性能，本文亦采用變頻方案來構(gòu)成異步電力測功機(jī)系統(tǒng)，通過直接轉(zhuǎn)矩控制方式來控制異步電機(jī)，并利用公共直流母線來實(shí)現(xiàn)能量的回饋利用。
1測功機(jī)系統(tǒng)的構(gòu)成
1.1整體系統(tǒng)構(gòu)成
如圖l所示，負(fù)載電機(jī)和被測電機(jī)都是通過交一直一交變頻器控制，其中，變頻器1工作在直接轉(zhuǎn)矩模式下，控制負(fù)載電機(jī)的轉(zhuǎn)矩大小；變頻器2工作在速度模式下，控制被測電機(jī)的轉(zhuǎn)速大小。負(fù)載電機(jī)的轉(zhuǎn)矩給定方向與被測電機(jī)的速度給定方向是相反的，兩臺(tái)電機(jī)的電機(jī)軸是剛性耦合的。
變頻器的控制信號從pc機(jī)上發(fā)出，通過labview軟件編寫程序，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的通信、采集、計(jì)算、處理以及綜合分析、存儲(chǔ)等，從而實(shí)現(xiàn)一個(gè)完善的測功機(jī)系統(tǒng)。pc機(jī)上連接的打印機(jī)可以把實(shí)驗(yàn)結(jié)果打印出來。
因?yàn)轵?qū)動(dòng)和負(fù)載都是用了交流電機(jī)和變頻器，因此采用共直流母線(common-dc-bus)技術(shù)來處理測功機(jī)發(fā)出的能量。當(dāng)負(fù)載電機(jī)的能量返回到直流回路時(shí)可以被驅(qū)動(dòng)電機(jī)使用，形成能量循環(huán)，從而有效地提高能量利用率，減少從電網(wǎng)獲取的能量。
1.2共用直流母線
共用直流母線分為兩種：共用直流均衡母線和共用直流回路母線。
1.2.1共用直流均衡母線
共用直流均衡母線是將多臺(tái)變頻器的直流母線回路并聯(lián)在一起（變頻器本身設(shè)計(jì)有外接的直流母線輸出端子），達(dá)到共用直流母線的方式，其中，每臺(tái)變頻器都有獨(dú)立的整流、逆變裝置。對于通用變頻器而言，采用共用直流母線很重要的一點(diǎn)就是在上電時(shí)必須充分考慮到變頻器的控制、傳動(dòng)故障、負(fù)載特性和輸入主回路保護(hù)等，因此，每臺(tái)變頻器和共用直流母線之間可以加裝電抗器、快速熔斷器和接觸器等以起到保護(hù)作用，可以根據(jù)竇際需要對變頻器進(jìn)行保護(hù)設(shè)計(jì)。
如圖2所示：兩臺(tái)變頻器并聯(lián)在三相電網(wǎng)上，每臺(tái)變頻器控制一臺(tái)異步電機(jī)，然后把變頻器的直流母線端子dc對接，在直流母線上加入快速熔斷器，避免發(fā)生過電流時(shí)對變頻器造成損害。
1.2.2共用直流回路母線
如圖3所示，共用直流回路母線方式是將多臺(tái)逆變器連接到同一個(gè)公共的直流回路上，兩臺(tái)逆變器共用一個(gè)整流裝置。 |
