异步电动机试验台系统的研制

    摘要：介绍一种电封闭节能型异步电动机试验台系统，着重介绍了系统组成、工作原理、特点及其节能效果等。

    关键词：电封闭  节能  异步电动机  试验台系统

1 引言

    异步电动机具有结构简单，制造、使用、维护方便，运行可靠、重量较轻及成本较低等优点，所以它在各种电动机中应用最广，需求量最大。在各种电气传动中有90％左右采用异步电动机驱动，在电网总负载中，异步电动机占60％左右。为了适应各种机械设备的配套要求，异步电动机的系列、品种、规格繁多。随着各种新规格异步电动机的不断出现，电机的设计、生产单位对异步电动机的性能试验设备也提出了更高要求。本文所介绍的异步电动机试验设备是采用电封闭回馈法对异步电机在各种不同频率、不同负载情况下对电机的效率、转矩、温升等参数进行测试。由于这种电封闭回馈法只需要补偿试验机组的损耗，因此这种试验设备节省电能，与传统的机械负载、水力测功负载、电阻能耗负载相比节能效果达50％～80％，是一种理想的异步电动机试验设备。

2 系统组成

    系统组成框图如图1所示。

    （1）主机系统主要由两台400kWZ4系列直流电机M1及M6，两台480kW同步发电机M2及M5（发电机输出电压的最高频率为60Hz）和两台异步电动机M3及M4（一台为被试电机，另一台为陪试电机）组成。直流电机M1与同步发电机M2，异步电机M3与M4，直流电机M6与同步发电机M5分别通过法兰盘轴连接。

    （2）电源控制系统，主要由交流进线开关DW15，交流进线电抗器L，直流电机调速系统SCR1，两台直流电机的励磁系统SCR2、SCR5（独立弱磁系统），两台同步发电机的励磁系统SCR3、SCR4及继电操作回路等组成。

    （3）电机试验测量用各种电压表、电流表、功率表、频率表、温度计、热电偶、转矩仪等。有条件的用户还可以配置一台工业控制计算机及一台打印机，在电机试验过程中进行各种数据的采样、计算、存贮，并打印出各种数据表格及特性曲线。

3 系统工作原理

    通过晶闸管调速装置SCR1调节直流电动机M1的转速改变同步发电机M2的输出电压的频率，调节同步发电机的励磁电流的强弱可以改变其输出电压的大小，调节直流电机M1或M6的励磁电流的强弱可以使其中励磁电流较弱的一台工作于电动机状态，而励磁电流较强的一台工作于发电机状态，则这两台直流电机的电枢间形成电压差而有电流通过，电压差越大电流就越大，这样工作于发电机状态的直流电机电枢中的能量就馈送到工作于电动机状态的一台直流电机的电枢中去，以实现电封闭能量的回馈。如果使M1工作于电动机状态，M6工作于发电机状态，则M2工作于发电机状态，此时M3为被试电机，M4为陪试电机。反之，如果使M6工作于电动机状态，M1工作于发电机状态，则M4为被试电机，M3为陪试电机。所以本试验台系统为可逆双向运行制，从而可以很方便地一次实现两台异步电动机的性能参数试验，减少了电气联接与机械连接的次数，有效地提高了工作效率。在试验过程中被试电机与陪试电机应为同型号、同参数的异步电动机。

4 系统特点

    试验台系统的电源控制部分采用功率单元结构形式，控制系统为国际流行的一块大板结构，控制电路实现了集成化、数字化。整个系统的继电控制采用了一台小型PLC（Programmable Logic Controller），具有故障自诊断与保护功能，继电操作与整机保护功能完善。直流电机调速部分采用速度、电流、电压三环控制系统。通过与直流电机同轴相连接的光电编码器输出的数字信号作为速度反馈信号以保证整机的调速精度，从而保证了同步发电机输出电压的频率精度达到异步电机试验所要求的电源频率的精度要求。增加电压内环是为了保证系统在低速段运行的稳定性，从而保证了低频段的频率精度，为交流变频电机的试验创造了良好的试验条件。

5 结论

    本试验台系统的调试、使用方便，改变频率容易，加载平稳、连续，可以对400kW以下各种型号的异步电动机进行轻载或满载试验，并且具有明显的节能效果。经过3年多的现场实际运行，取得了显著的经济效益。随着我国的改革开放，许多电机生产厂已经将目光瞄准于国际市场，而国外许多国家的电网频率为60Hz，这样也就要求出口的电机额定工作频率与国外的电网频率相同。而我国的电网频率为50Hz，所以很多电机生产厂原有的试验台系统已不能胜任新的要求，而这套试验系统就可以很方便地对额定频率为60Hz的异步电机或变频电机的性能参数进行测试。

    如果将本套系统的直流电机M1与M6之间的机组用一组轴对轴连接的同型号齿轮箱来替代，就可组成一台机械传动产品性能试验台，可以方便地对齿轮箱进行加载试验，测试其在各种负载下的温升、噪音、转矩等参数。因此本套试验系统有着广泛的应用前景。