电力测功机工作原理.docx
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电力测功机工作原理
电力测功机工作原理
电力测功机工作原理:
一、测功机慨说:
作为动力及其传输机械加载试验的最重要设备,传统有:
水力测功机/电涡流测功机/磁纷制动器/磁滞测功机……等等(当然还有较少应用的液压加载/机械加载等).他们都是被动式/无源型/耗能型的,不但浪费能源,而且加载特性不好,例如:
水力测功机/电涡流测功机都是靠水冷却带走加载能量,而且只能在较高转速下才能稳定加载,低速加载特性不好.
磁纷制动器只适合小功率/较低转速下加载.
磁滞测功机只适合小扭矩/小功率加载.
机械加载和液压加载目前已经很少被采用.
电力测功机即电回馈加载其加载能量回馈利用,特别是在大功率加载试验和寿命老化试验时,其节能效果非常可观(节能效果取决于试验台的传动效率,一般都在70%左右),从而使得试验台运行成本大大降低.而且因此实验室的配电容量也可以大大减少,从而其试验台投资成本也大大节约;
电力测功机加载特性非常好,无论是高转速还是低转速(极低转速甚至是零转速下)都能进行稳定加载,而且其加载稳定性是以往任何加载设备所不能比拟的!
(额定转速以下恒扭矩加载,额定转速以上恒功率加载).
电力测功机有直流电力测功机和交流电力测功机之分.
直流电力测功机由于直流电机整流子需要专业维护,无法高转速运转,而且逆变器回馈质量不好,功率因数较低,容易引起颠覆故障,特别是在较大功率时.因此现在我们一般不建议采用.
交流电力测功机即交流变频回馈加载,由于是采用了标准的变频(或侍服)电机和四象限变频器设计制造,高低转速均可使用,而且其可靠性(免维护性)非常好;回馈质量好(波形畸变好于5%甚至可以做
当电机工作在电动状态的时候,整流控制单元的DSP产生6路高频的PWM脉冲控制整流侧的6个IGBT的开通和关断。
IGBT的开通和关断与输入电抗器共同作用产生了与输入电压相位一致的正弦电流波形,这样就消除了二极管整流桥产生的谐波。
功率因数高达99%。
消除了对电网的谐波污染。
此时能量从电网经由整流回路和逆变回路流向电机,变频器工作在第一、第三象限。
输入电压和输入电流的波形如图2所示。
当电动机工作在发电状态的时候,电机产生的能量通过逆变侧的IGBT回馈到直流母线,当直流母线电压超过一定的值,整流侧能量回馈控制部分启动,将直流逆变成交流,通过控制逆变电压相位和幅值将能量回馈到电网,达到节能的效果。
此时能量由电机通过逆变侧、整流侧流向电网。
变频器工作在二、四象限。
输入电抗器的主要功能是电流滤波。
回馈电流和电网电压波形如图3所示:
整流部分系统控制方框图如图4所示。
如图4所示,系统的给定是直流母线电压指令,这个指令与直流母线电压反馈的误差送到电压环的PI调节器。
电压环的PI调节与三相输入正弦波的乘积成为三相电流的指令,三相电流指令与各自电流所馈作比较,误差送到电流环的PI调节器。
电流环PI调节器的输出可以通过载波调制产生各相IGBT的PWM控制信号,也可以通过空间矢量的方式产生PWM信号控制IGBT。
上述的运算都是通过DSP完成的。
四象限变频器的典型应用是具有位势负载特性的场合,倒如掉升机,机车牵引,油田磕头机,离心机等。
以提升机的应用为倒,当提升重物时,四象限变频器拖动电机克服重力做工,电动机处于电动状态。
当下放重物时,逆变侧产生励磁电流,重力牵引电机发电,电动机处于发电状态。
势能转化为电能通过整流侧回馈的电网。
特别是在加载试验台上,四象限变频器的成功应用使得在以前由于价格昂贵/可靠性欠佳而很少能够被用户采用的电力测功机得到了迅速的普及和应用.
采用带有PWM控制整流器变频器具有四象限运行的功能,能满足各种位势负载的调速要求,可就电机的再生能量转化为电能送回电网,达到最大限度的节能的目的。
不仅如此,它还可减少电源的谐波污染,功率因数可接近于1,是一种真正的“绿色”变频器。
四.四象限变频器在电力测功机上的应用:
四象限变频器应用于电力测功机,作为加载(扭矩)控制和能量回馈的控制器具有以下无可比拟的优点:
1.加载特性好:
由于采用四象限变频器作为加载控制器,测功机成为了一种主动型/有源型负载(而非类似电涡流测功机等那样的被动型/无源型),从而使得测功机高低转速,甚至在极低的转速下都能够稳定的进行加载(额定转速以下恒扭矩加载特性,额定转速以上恒功率特性).
图5电力测功机扭矩/功率-转速特性图
(以225KW/额定转速4800rpm电机为例)
2.由于具有四象限运行特性(如图5),测功机可以在电动机/发动机,正转/反转,正向加载/反向加载之间任意切换,从而使得我们可以在试验台上模拟任意的实际工况运行,例如前进/后退,上坡/下坡,加速/制动等等.
图5变频器四象限T-n运行图解
3.节能:
加载能量回馈利用,电源只是提供试验台传动系统的损耗而已,这对于寿命试验/老化试验来说,有非常大的节能效果.特别是采用母线回馈加载的形式,在运行成本和配电投资成本方面都有无可比拟的优势.
4.由于能量回馈利用,测功机本身只是消耗很少的损耗能量,因此一般的情况下,无需采用类似电涡流那样的水冷却系统,从而使得试验台的辅助配置系统大大简化.
其它,在可靠性/操作方便性等等方面也是其它加载方式无可比拟的.
由于交流变频回馈加载技术和产品的完善和成熟,近年来电力测功机得到了迅速的普及和应用,例如上海林瑶的DLY系列交流电力测功机在国内众多汽车/工程机械/煤机/变速箱(齿轮箱)/电机(异步.变频.永磁同步.侍服.直流无刷.开关磁阻,曳引机等等)等领域得到了成功的普遍的利用.下面为DLY系列交流变频回馈加载电力测功机主要品种型号规格:
DLY交流变频回馈加载电力测功机主要品种型号规格表:
型号
额定吸收功率kW
额定扭矩
N.m
额定扭矩转速r/min
最高转速
r/min
J
Kgm2
扭矩传感器
DLY3
3
19
0-1500
6000
0.002
JY或HBM
DLY5
5
31
0-1500
6000
0.008
JY或HBM
JLDL10
10
63
0-1500
6000
0.03
JY或HBM
DLY15
15
95
0-1500
6000
0.092
JY或HBM
DLY30
30
191
0-1500
6000
0.262
JY或HBM
JLDL37
37
235
0-1500
6000
0.406
JY或HBM
DLY45
45
286
0-1500
6000
0.469
JY或HBM
DLY75
75
470
0-1500
6000
1.12
JY或HBM
DLY110
110
700
0-1500
6000
1.65
JY或HBM
DLY132
132
840
0-1500
6000
1.88
JY或HBM
DLY160
160
1000
0-1500
4500
2.23.
JY或HBM
DLY200
200
1270
0-1500
4500
2.7
JY或HBM
DLY250
250
1600
0-1500
4000
3.6
JY或HBM
DLY315
315
2020
0-1500
3000
4.4
JY或HBM
DLY400
400
2570
0-1500
3000
6.8
JY或HBM
DLY630
630
4000
0-1500
2500
14
JY或HBM
DLY800
800
5090
0-1500
2500
23
JY或HBM
DLY1200
630
7640
0-1500
2000
14
JY或HBM
DLY1500
800
9550
0-1500
2000
23
JY或HBM
注:
额定转速和最高转速可以根据用户需要确定.
上海林瑶测控设备有限公司
942579306@qq,com
姚新华133********
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