能量回饋式異步電力測功機系統(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)國家重點實驗室，重慶400044）
摘要：介紹了測功機的主要種類，并選擇利用變頻器與異步電機實現(xiàn)異步電力測功機的方案。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變頻器的直流母線并聯(lián)以實現(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)矩方式來實現(xiàn)對異步電機的控制，在此基礎(chǔ)上，通過采用直接轉(zhuǎn)矩控制方式對測功機系統(tǒng)進行了大量的仿真研究，驗證可知該異步電力測功機系統(tǒng)具有良好的動、靜態(tài)性能，并達到了能量回饋的目的。
關(guān)鍵詞：測功機；變頻器；異步電機；能量回饋
中圖分類號：tm343; tm306 文獻標志碼：a 文章編號：1001-6848(2010)02-0087-04
o引 言
按照測功機運行時功率轉(zhuǎn)換方法，可將測功機分為功率吸收型測功機和功率傳遞型測功機。
功率吸收型測功機是指測功機加載器為一個耗能制動器，以測功機本體發(fā)熱的方式消耗功率的一種測功機，它把被試機的功率全部轉(zhuǎn)換為熱能，通過制動器發(fā)熱來散熱耗功。功率吸收型測功機主要包括電渦流測功機、水力測功機、磁滯測功桃、磁粉測功機等。
功率傳遞型測功機是將從被測動力機吸收來的能量，通過測功機的發(fā)電機發(fā)出的能量傳遞到被測動力機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，從而提高測功機的測試功率。功率傳遞型測功機主要包括直流電力測功機、永磁電力測功機、同步電力測功機、交流異步電力測功機等[14]。
用變頻方案實現(xiàn)的電力測功機是國際上****進的測功機系統(tǒng)之一，可以使測功機具有優(yōu)良的動、靜態(tài)性能，本文亦采用變頻方案來構(gòu)成異步電力測功機系統(tǒng)，通過直接轉(zhuǎn)矩控制方式來控制異步電機，并利用公共直流母線來實現(xiàn)能量的回饋利用。
1測功機系統(tǒng)的構(gòu)成
1.1整體系統(tǒng)構(gòu)成
如圖l所示，負載電機和被測電機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，控制負載電機的轉(zhuǎn)矩大��；變頻器2工作在速度模式下，控制被測電機的轉(zhuǎn)速大小。負載電機的轉(zhuǎn)矩給定方向與被測電機的速度給定方向是相反的，兩臺電機的電機軸是剛性耦合的。
變頻器的控制信號從pc機上發(fā)出，通過labview軟件編寫程序，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的通信、采集、計算、處理以及綜合分析、存儲等，從而實現(xiàn)一個完善的測功機系統(tǒng)。pc機上連接的打印機可以把實驗結(jié)果打印出來。
因為驅(qū)動和負載都是用了交流電機和變頻器，因此采用共直流母線(common-dc-bus)技術(shù)來處理測功機發(fā)出的能量。當(dāng)負載電機的能量返回到直流回路時可以被驅(qū)動電機使用，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變頻器的直流母線回路并聯(lián)在一起（變頻器本身設(shè)計有外接的直流母線輸出端子），達到共用直流母線的方式，其中，每臺變頻器都有獨立的整流、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就是在上電時必須充分考慮到變頻器的控制、傳動故障、負載特性和輸入主回路保護等，因此，每臺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作用，可以根據(jù)竇際需要對變頻器進行保護設(shè)計。
如圖2所示：兩臺變頻器并聯(lián)在三相電網(wǎng)上，每臺變頻器控制一臺異步電機，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逆變器連接到同一個公共的直流回路上，兩臺逆變器共用一個整流裝置。 |
