在逆變電源下的異步電動(dòng)機(jī)性能測(cè)試2

1、在逆變電源下的異步電動(dòng)機(jī)性能測(cè)試：第二部分Howard E. Jordan, Raymond C. Zowarka, Thomas J. Hotz, 和John R. Uglum美國(guó)德克薩斯78712，奧斯汀，奧斯汀中心德克薩斯大學(xué)機(jī)電學(xué)院由于軍事，交通和工業(yè)要求在更小實(shí)體下達(dá)到更高的能量，高功率密度電機(jī)的發(fā)展不斷加快。更高速的電機(jī)是實(shí)現(xiàn)更高功率密度的有效途徑，現(xiàn)有的業(yè)界測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)為描述同步和異步電機(jī)的特征設(shè)了清晰的程序。然而，這些程序只適用于固定頻率（通常是60或50赫茲）的電源供應(yīng)器。因?yàn)閷?duì)于功率為60赫茲的機(jī)器來(lái)說(shuō)，當(dāng)它的轉(zhuǎn)速超過(guò)每分鐘3600轉(zhuǎn)時(shí)，速度會(huì)加快，所以有必要對(duì)高頻率的機(jī)器進(jìn)行

2、性能測(cè)試。一個(gè)逆變電源被用來(lái)對(duì)兩個(gè)不斷加速到每分鐘5000轉(zhuǎn)的異步電動(dòng)機(jī)（0.5和1.0兆瓦）進(jìn)行一系列完整的測(cè)試。使用功率輸出能力有限的非正弦電源要求的測(cè)量技術(shù)的發(fā)展和測(cè)試策略與通常使用的60/50赫茲測(cè)試是有很大不同的。測(cè)量諧波豐富的波形的電壓、電流和功率的儀表和技術(shù)的準(zhǔn)確率已經(jīng)高達(dá)只有1%的誤差。鎖定轉(zhuǎn)子和擊穿扭矩測(cè)試通常需要多達(dá)千伏安的電流輸入電機(jī)，比額定載荷高很多。為了達(dá)到額定負(fù)載要求，改裝了一個(gè)逆變器大小的電機(jī)，來(lái)執(zhí)行鎖定轉(zhuǎn)子和擊穿扭矩測(cè)試。逆變器驅(qū)動(dòng)保護(hù)的特點(diǎn)，如，在測(cè)試的規(guī)劃和實(shí)施的因素中，變頻器內(nèi)置的反狩獵和電流限制必須考慮進(jìn)去。測(cè)試結(jié)果顯示在兩個(gè)配套文件中。本文（第一部分）

3、和異步電動(dòng)機(jī)的分析程序演算的測(cè)試結(jié)果相關(guān)。第2部分介紹的測(cè)試結(jié)果與Matlab仿真程序作了比較，并且還提供了有關(guān)儀器的全面討論，這對(duì)測(cè)試的準(zhǔn)確性是必不可少的。有數(shù)據(jù)的相關(guān)測(cè)試結(jié)果證明，在測(cè)試過(guò)程中，測(cè)試技術(shù)的發(fā)展對(duì)評(píng)價(jià)高速，高功率密度電機(jī)是有幫助的。關(guān)鍵詞異步，電機(jī)，測(cè)試。I 簡(jiǎn)介同步電機(jī)和異步電機(jī)的測(cè)試方法已經(jīng)發(fā)展了很多年了，并詳細(xì)記錄在IEEE標(biāo)準(zhǔn)檔案中1 2。因?yàn)榇蠖鄶?shù)的電器應(yīng)用于電力頻率，所以預(yù)計(jì)測(cè)試程序以固定頻率電源，通常為50或60 Hz為準(zhǔn)?，F(xiàn)在越來(lái)越多的異步電動(dòng)機(jī)是為逆變器操作而設(shè)計(jì)的，因此，不限制于50 - 或60-赫茲的電力。在50或60 赫茲的電力下測(cè)試，并沒(méi)有

4、提供逆變器供電的電機(jī)運(yùn)行在更高的頻率下運(yùn)行時(shí)所需的性能信息。額定功率的變頻器為做測(cè)試的異步電機(jī)供電，作為一個(gè)完整的測(cè)試的電源，包括：無(wú)負(fù)載飽和度;鎖定轉(zhuǎn)子飽和;擊穿扭矩;負(fù)載性能;溫度測(cè)試II. 測(cè)試結(jié)果與模擬的比較在設(shè)計(jì)電機(jī)特性程序時(shí)使用脈沖寬度調(diào)制（PWM）驅(qū)動(dòng)，一種參數(shù)已知的商業(yè)電機(jī)先進(jìn)行測(cè)試。作為這一測(cè)試的一部分，用Matlab模擬此系統(tǒng)。在本文的這部分將會(huì)展示實(shí)驗(yàn)和模擬的比較。整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。圖1.測(cè)試東芝500馬力電機(jī)的儀器圖逆變器的驅(qū)動(dòng)是一個(gè)邁特模型GPD5151600-馬力的電機(jī)驅(qū)動(dòng)。異步電機(jī)是一個(gè)500馬力的東芝3F4500L3C9632電機(jī)模型邁特電機(jī)驅(qū)動(dòng)的銘牌數(shù)據(jù)

5、如下：# G5U-5C00模型S/N 223319-1687馬力/千伏安1600佛羅里達(dá)州1600輸入電壓600階段3赫茲60故障卡10輸入放大1800在模擬中，用單極性電壓切換的三相脈寬調(diào)制電壓源的逆變器是用來(lái)模擬邁特電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 3。此電機(jī)額定500馬力，轉(zhuǎn)速每分鐘3580圈，460伏，和60赫茲。感應(yīng)電機(jī)模擬的是在定量轉(zhuǎn)子參考幀下的Matlab仿真電力系統(tǒng)軟件異步機(jī)。該軟件包含幾個(gè)電機(jī)建模。定量轉(zhuǎn)子參考幀4下的異步機(jī)轉(zhuǎn)子的參考框架用在這里。模擬的銘牌信息的重要性如表一所示。第一次模擬實(shí)驗(yàn)是無(wú)負(fù)載測(cè)試。圖2和圖3模擬結(jié)果的長(zhǎng)期行為和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相匹配。圖4和圖5擴(kuò)展了PMW的細(xì)節(jié)，而且再次展示了

6、模擬和試驗(yàn)的良好匹配。第二系列的模擬測(cè)試是鎖定轉(zhuǎn)子測(cè)試。圖6和圖7展示了模擬的長(zhǎng)期行為與實(shí)驗(yàn)一致，而且沒(méi)有偏移和漂移的情況。圖8和圖9詳細(xì)展示了PMW的轉(zhuǎn)換在模擬過(guò)程中非常良好。至于鎖定轉(zhuǎn)子測(cè)試，在實(shí)驗(yàn)中測(cè)量了一個(gè)186磅-英尺的扭矩。而模擬實(shí)驗(yàn)預(yù)計(jì)的扭矩為178磅-英尺表一東芝電機(jī)模擬輸入數(shù)據(jù)圖2. 無(wú)負(fù)載測(cè)試。逆變器的PWM電壓，模擬值與實(shí)測(cè)值。圖3.無(wú)負(fù)載實(shí)驗(yàn)。變頻器的輸出電流，模擬值與實(shí)測(cè)值。圖4. 空載電壓，模擬值與實(shí)測(cè)值的放大視圖圖5. 空載電流，模擬值與實(shí)測(cè)值的放大視圖圖6.鎖定轉(zhuǎn)子測(cè)試。逆變器的PWM電壓，模擬和測(cè)量值。圖7.鎖定轉(zhuǎn)子測(cè)試。變頻器的輸出電流，模擬與實(shí)測(cè)值。圖8.

7、 鎖定轉(zhuǎn)子電壓，模擬和測(cè)量值的放大視圖。圖9. 鎖定轉(zhuǎn)子電流，模擬和測(cè)量值的放大視圖III. 儀器的選擇要求做幾次迭代以到達(dá)一套可以準(zhǔn)確測(cè)量PWM輸出的儀器。使用四種不同的電壓探頭，對(duì)兩個(gè)電流監(jiān)視器進(jìn)行了評(píng)價(jià)。第一次使用的電壓探頭是北星500：1分壓器。這些探頭是專(zhuān)為單端補(bǔ)償設(shè)計(jì)的，但從圖1中可看到，要求用不同的方法測(cè)量線到線的電壓。下一步，使用LEM儀器公司的電壓監(jiān)控器，但發(fā)現(xiàn)帶寬太窄，不能收集驅(qū)動(dòng)器的2 千赫茲的開(kāi)關(guān)頻率。使用Tektonix電壓探針，但還是需要補(bǔ)償探頭的差異證明問(wèn)題。探頭可以在一平方的波的頻率下得到補(bǔ)償，但是它不能像測(cè)量PMW電壓輸出那樣補(bǔ)償一系列的頻率。表二儀

8、器列表隨后，奧斯汀中心的德克薩斯大學(xué)機(jī)電學(xué)院（UT-CEM）建造的電壓分壓器被用來(lái)測(cè)量電壓，并且已用來(lái)測(cè)試高電壓的電磁炮很多年了。高電壓導(dǎo)線被連接到兩個(gè)系列的1-K電阻器，然后圍繞著一個(gè)Pearson電流互感器放松10倍。輸出是與外界隔絕的，不受噪聲干擾的。該儀器的問(wèn)題是電力的電阻隨著熱量的變化而改變阻值。最后使用的探頭是一個(gè)測(cè)試精密儀器的電池，以單位操作，特別是專(zhuān)門(mén)用于測(cè)量PWM驅(qū)動(dòng)器的輸出。這臺(tái)儀器運(yùn)行良好。電流測(cè)量也得出了類(lèi)似的評(píng)價(jià)。測(cè)試開(kāi)始使用的是皮爾森Pearson電流互感器，但他們并沒(méi)有在PWM的環(huán)境下抗噪聲干擾能力。從這里對(duì)LEM儀器公司的電流傳感器進(jìn)行了測(cè)試，發(fā)現(xiàn)具有良好的抗噪

9、聲的特性。關(guān)于儀器的討論在表二中。IV.使用PWM的電機(jī)性能的精確性?xún)商淄暾臒o(wú)負(fù)載和鎖定轉(zhuǎn)子測(cè)試在用Magnetek 逆變器5作為供電器的東芝500馬力，每分鐘3580轉(zhuǎn)的電機(jī)上運(yùn)行。所有的數(shù)據(jù)都被傳送到Nicolet數(shù)字示波器接口的傳感器，然后下載到計(jì)算機(jī)。經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)分析，獲得以下參數(shù)的基本值和有效值：相電壓;相電流;每相的功率;所有三相電力合起來(lái)提供總電力表三無(wú)負(fù)載和鎖定轉(zhuǎn)子測(cè)試的結(jié)果的總結(jié)在鎖定轉(zhuǎn)子測(cè)試時(shí)也進(jìn)行了扭矩測(cè)量。扭矩信號(hào)被平分以解決瞬時(shí)發(fā)生的不同情況。本次測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)一步分析，以確定其等效電路參數(shù)、鎖定轉(zhuǎn)子和空載性能。從這一系列的測(cè)試中獲得的信息可以和由東芝公司提供的電機(jī)的數(shù)據(jù)

10、進(jìn)行比較?？偨Y(jié)結(jié)果如表三所示。除R 1和Xm的等效電路參數(shù)取決于在鎖定轉(zhuǎn)子測(cè)試過(guò)程中做的測(cè)量。二次電路參數(shù)，即R2和X2在500馬力大小的范圍內(nèi)是非常依賴(lài)頻率的電機(jī)。這是因?yàn)樵谵D(zhuǎn)子條紋里的電流的擁擠效應(yīng)，通常被稱(chēng)為深紋效應(yīng)。東芝提供的等效電路參數(shù)有可能是在轉(zhuǎn)子頻率（滑差頻率）約為0.3赫茲時(shí)，滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行條件下的參數(shù)。逆變器在低頻率條件下將無(wú)法正常運(yùn)行。第一個(gè)系列的測(cè)試時(shí)在60赫茲下運(yùn)轉(zhuǎn)的，這是一貫的工業(yè)實(shí)踐。 R2的測(cè)試值和東芝公司的測(cè)試值差別有400。因此，第二組測(cè)試設(shè)備使用10赫茲頻率來(lái)做鎖定轉(zhuǎn)子測(cè)試，并且如表三所示，R2的實(shí)測(cè)值有27和東芝公司的測(cè)試值相關(guān)。V.總結(jié)商用500馬力的電機(jī)的測(cè)試使用的是在第1和第2部分都描述過(guò)的用逆變器供電的試驗(yàn)設(shè)施，500馬力的電機(jī)還利用Matlab進(jìn)行了模擬測(cè)試。無(wú)負(fù)載測(cè)試和鎖定轉(zhuǎn)子測(cè)試的模擬結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的比較已經(jīng)展示過(guò)了。兩者的結(jié)果的一致性很高，給予了測(cè)試儀器和過(guò)程高度的肯定。最終組合的儀器設(shè)備是試過(guò)多種不同的測(cè)量?jī)x器的組合后的幾次迭代的結(jié)果。最終的儀器列表展示過(guò)了。參考文獻(xiàn)1多相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)的IEEE標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試，IEEE標(biāo)準(zhǔn)112-1996，IEEE，紐約2 IEEE指南：同步電機(jī)的試驗(yàn)程序，IEEE標(biāo)準(zhǔn)115-1995，IEEE，紐約。3