異步電動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)的方案及研制

摘要：介紹一種電封閉節(jié)能型異步電動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)，著重介紹了系統(tǒng)組成、工作原理、特點(diǎn)及其節(jié)能效果等。

關(guān)鍵詞：電封閉節(jié)能異步電動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)

中圖法分類號(hào)：TM34文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：02192713(2000)0946402

1引言

異步電動(dòng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造、使用、維護(hù)方便，運(yùn)行可靠、重量較輕及成本較低等優(yōu)點(diǎn)，所以它在各種電動(dòng)機(jī)中應(yīng)用最廣，需求量最大。在各種電氣傳動(dòng)中有90%左右采用異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，在電網(wǎng)總負(fù)載中，異步電動(dòng)機(jī)占60%左右。為了適應(yīng)各種機(jī)械設(shè)備的配套要求，異步電動(dòng)機(jī)的系列、品種、規(guī)格繁多。隨著各種新規(guī)格異步電動(dòng)機(jī)的不斷出現(xiàn)，電機(jī)的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)單位對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的性能試驗(yàn)設(shè)備也提出了更高要求。本文所介紹的異步電動(dòng)機(jī)試驗(yàn)設(shè)備是采用電封閉回饋法對(duì)異步電機(jī)在各種不同頻率、不同負(fù)載情況下對(duì)電機(jī)的效率、轉(zhuǎn)矩、溫升等參數(shù)進(jìn)行測(cè)試。由于這種電封閉回饋法只需要補(bǔ)償試驗(yàn)機(jī)組的損耗，因此這種試驗(yàn)設(shè)備節(jié)省電能，與傳統(tǒng)的機(jī)械負(fù)載、水力測(cè)功負(fù)載、電阻能耗負(fù)載相比節(jié)能效果達(dá)50%～80%，是一種理想的異步電動(dòng)機(jī)試驗(yàn)設(shè)備。

2系統(tǒng)組成

系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。

(1)主機(jī)系統(tǒng)主要由兩臺(tái)400kWZ4系列直流電機(jī)M1及M6，兩臺(tái)480kW同步發(fā)電機(jī)M2及M5(發(fā)電機(jī)輸出電壓的最高頻率為60Hz)和兩臺(tái)異步電動(dòng)機(jī)M3及M4(一臺(tái)為被試電機(jī)，另一臺(tái)為陪試電機(jī))組成。直流電機(jī)M1與同步發(fā)電機(jī)M2，異步電機(jī)M3與M4，直流電機(jī)M6與同步發(fā)電機(jī)M5分別通過(guò)法蘭盤(pán)軸連接。

(2)電源控制系統(tǒng)，主要由交流進(jìn)線開(kāi)關(guān)DW15，交流進(jìn)線電抗器L，直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)SCR1，兩臺(tái)直流電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)SCR2、SCR5(獨(dú)立弱磁系統(tǒng))，兩臺(tái)同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)SCR3、SCR4及繼電操作回路等組成。

(3)電機(jī)試驗(yàn)測(cè)量用各種電壓表、電流表、功率表、頻率表、溫度計(jì)、熱電偶、轉(zhuǎn)矩儀等。有條件的用戶還可以配置一臺(tái)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)及一臺(tái)打印機(jī)，在電機(jī)試驗(yàn)過(guò)程中進(jìn)行各種數(shù)據(jù)的采樣、計(jì)算、存貯，并打印出各種數(shù)據(jù)表格及特性曲線。

3系統(tǒng)工作原理

通過(guò)晶閘管調(diào)速裝置SCR1調(diào)節(jié)直流電動(dòng)機(jī)M1的轉(zhuǎn)速改變同步發(fā)電機(jī)M2的輸出電壓的頻率，調(diào)節(jié)同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流的強(qiáng)弱可以改變其輸出電壓的大小，調(diào)節(jié)直流電機(jī)M1或M6的勵(lì)磁電流的強(qiáng)弱

圖1系統(tǒng)組成框圖

可以使其中勵(lì)磁電流較弱的一臺(tái)工作于電動(dòng)機(jī)狀態(tài)，而勵(lì)磁電流較強(qiáng)的一臺(tái)工作于發(fā)電機(jī)狀態(tài)，則這兩臺(tái)直流電機(jī)的電樞間形成電壓差而有電流通過(guò)，電壓差越大電流就越大，這樣工作于發(fā)電機(jī)狀態(tài)的直流電機(jī)電樞中的能量就饋送到工作于電動(dòng)機(jī)狀態(tài)的一臺(tái)直流電機(jī)的電樞中去，以實(shí)現(xiàn)電封閉能量的回饋。如果使M1工作于電動(dòng)機(jī)狀態(tài)，M6工作于發(fā)電機(jī)狀態(tài)，則M2工作于發(fā)電機(jī)狀態(tài)，此時(shí)M3為被試電機(jī)，M4為陪試電機(jī)。反之，如果使M6工作于電動(dòng)機(jī)狀態(tài)，M1工作于發(fā)電機(jī)狀態(tài)，則M4為被試電機(jī)，M3為陪試電機(jī)。所以本試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)為可逆雙向運(yùn)行制，從而可以很方便地一次實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)異步電動(dòng)機(jī)的性能參數(shù)試驗(yàn)，減少了電氣聯(lián)接與機(jī)械連接的次數(shù)，有效地提高了工作效率。在試驗(yàn)過(guò)程中被試電機(jī)與陪試電機(jī)應(yīng)為同型號(hào)、同參數(shù)的異步電動(dòng)機(jī)。

4系統(tǒng)特點(diǎn)

試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)的電源控制部分采用功率單元結(jié)構(gòu)形式，控制系統(tǒng)為國(guó)際流行的一塊大板結(jié)構(gòu)，控制電路實(shí)現(xiàn)了集成化、數(shù)字化。整個(gè)系統(tǒng)的繼電控制采用了一臺(tái)小型PLC(ProgrammableLogicController)，具有故障自診斷與保護(hù)功能，繼電操作與整機(jī)保護(hù)功能完善。直流電機(jī)調(diào)速部分采用速度、電流、電壓三環(huán)控制系統(tǒng)。通過(guò)與直流電機(jī)同軸相連接的光電編碼器輸出的數(shù)字信號(hào)作為速度反饋信號(hào)以保證整機(jī)的調(diào)速精度，從而保證了同步發(fā)電機(jī)輸出電壓的頻率精度達(dá)到異步電機(jī)試驗(yàn)所要求的電源頻率的精度要求。增加電壓內(nèi)環(huán)是為了保證系統(tǒng)在低速段運(yùn)行的穩(wěn)定性，從而保證了低頻段的頻率精度，為交流變頻電機(jī)的試驗(yàn)創(chuàng)造了良好的試驗(yàn)條件。

5結(jié)論

本試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)的調(diào)試、使用方便，改變頻率容易，加載平穩(wěn)、連續(xù)，可以對(duì)400kW以下各種型號(hào)的異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行輕載或滿載試驗(yàn)，并且具有明顯的節(jié)能效果。經(jīng)過(guò)3年多的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。隨著我國(guó)的改革開(kāi)放，許多電機(jī)生產(chǎn)廠已經(jīng)將目光瞄準(zhǔn)于國(guó)際市場(chǎng)，而國(guó)外許多國(guó)家的電網(wǎng)頻率為60Hz，這樣也就要求出口的電機(jī)額定工作頻率與國(guó)外的電網(wǎng)頻率相同。而我國(guó)的電網(wǎng)頻率為50Hz，所以很多電機(jī)生產(chǎn)廠原有的試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)已不能勝任新的要求，而這套試驗(yàn)系統(tǒng)就可以很方便地對(duì)額定頻率為60Hz的異步電機(jī)或變頻電機(jī)的性能參數(shù)進(jìn)行測(cè)試。

如果將本套系統(tǒng)的直流電機(jī)M1與M6之間的機(jī)組用一組軸對(duì)軸連接的同型號(hào)齒輪箱來(lái)替代，就可組成一臺(tái)機(jī)械傳動(dòng)產(chǎn)品性能試驗(yàn)臺(tái)，可以方便地對(duì)齒輪箱進(jìn)行加載試驗(yàn)，測(cè)試其在各種負(fù)載下的溫升、噪音、轉(zhuǎn)矩等參數(shù)。因此本套試驗(yàn)系統(tǒng)有著廣泛的應(yīng)用前景。