變頻器維修負載測試的四種方法對比分析

導言

    隨著國內變頻器技術的快速發展和變頻器廠家的迅速崛起，大型變頻器應用和廠家對變頻器性能測試和優化負載設備的需求十分迫切。如何選擇一套有效的測試設備成為一個值得研究的課題。本文分析了四種變頻器維修負載測試方法，從中可以看出每種方法都有優缺點。用戶可以根據自己的需要，根據變頻器維修測試目的來選擇適合的測試方案。

 滑動電機原理介紹

   由于下面多用的是電磁調速異步電動機，也就是俗稱的滑差電機，所以有必要對滑差電機的原理做一個簡單的介紹。電磁調速異步電動機由普通鼠籠式異步電動機、電磁滑差離合器和電氣控制裝置三部分組成。異步電動機作為原動機，在旋轉時帶動離合器的電樞一起旋轉，電氣控制裝置是為滑移離合器的勵磁線圈提供勵磁電流的裝置。圖1是電磁滑移離合器的結構示意圖，包括電樞、磁極和勵磁線圈。電樞為鑄鋼制成的圓柱形結構，與鼠籠式異步電動機的軸連接，俗稱主動部分；磁極為爪形結構，安裝在負載軸上，俗稱從動部分。主動部分和從動部分在機械上是沒有關系的。當勵磁線圈通入電流時產生磁場，爪形結構形成許多對磁極。此時，如果電樞被鼠籠式異步電動機拖動旋轉，就會切斷磁場，并與磁場相互作用產生轉矩，所以從動部分的磁極隨主動部分的電樞一起旋轉。磁極隨電樞旋轉的原理與普通異步電動機中轉子隨定子繞組磁場旋轉的原理并無本質區別，但不同的是異步電動機的旋轉磁場是由定子繞組中的三相交流電產生的，而電磁滑差離合器的磁場是由勵磁線圈中的直流電產生的，旋轉磁場只是由電樞的旋轉發揮的。

圖1 電磁滑差離合器基本結構示意圖

    穩定運行時，負載轉矩等于離合器的電磁轉矩。當負載一定時，勵磁電流的大小決定了從動部分的轉速，勵磁電流越大，轉速越高；反之，勵磁電流越小，轉速越低。根據這一特點，通過電氣控制電路可以方便地調節從動部分的轉速和轉矩。

一、單臺滑差電機堵轉法

    該方法是直接采用單臺滑差電機，滑差電機主軸輸出（如圖1所示），機械地硬接在搖籃上，此時輸出主軸的轉速始終為零。通過在勵磁線圈上加載直流電壓來調節勵磁電流的大小和輸出轉矩的大小，如圖2所示。

圖2 單臺滑差電機堵轉法示意圖

 這種方法需要用戶自備0~60~90v/2~8a（最大）的直流可調電壓源。如果沒有合適的電源，可以采用穩壓器加整流濾波電路來實現，如圖3所示。另外，由于購買的滑移電機一般都帶有調速器，因此，可以通過取消原滑移電機調速器中的電壓閉環控制部分，改制成單相可控硅調壓電路來實現。但這種方法的缺點是電壓輸出是非線性的，剛開始時，輸出電壓變化較慢，負載較慢，在輸出電壓較高時，輸出電壓變化較快，負載調整較困難。

圖3 直流勵磁電壓產生電路—調壓整流電路圖

    該方法的優點是簡單、成本低，適用于中小功率變頻器的高速加載測試場合。由于不能通過勵磁實現快速加載和卸載，所以不能實現動態性能測試或發電狀態的性能測試。另外，由于滑移電機的滑移頭在低速時相對運行速度較低，無法實現低速加載。

二.兩臺異步電動機通過滑移電機對拖的方法

    本方法是采用一臺滑移電機與另一臺異步電動機同軸連接，兩臺電機可分別由兩臺變頻器驅動，如圖4所示。

圖4 兩臺異步電機通過滑差電機對拖法示意圖

    這種方法可以通過在勵磁線圈上加載直流電壓，或者通過調整兩臺電機的相對轉速來調整負載大小。即可以實現逆電運行的負載，也可以實現同相發電運行的負載。由于相對速度的存在，與上述三種單滑差電機方案相比，可以實現零速或低速加載。缺點是由于滑差電機加載采用電磁感應和滑差實現，加載響應較慢，不能實現快速加載，所以還不能滿足高精度、快速的性能測試。

三、兩個交流電機對拖法

    該方法采用兩臺相同功率的異步電機同軸連接，兩臺電機分別由兩臺變頻器驅動，如圖5所示。其中一臺電機由測試變頻器驅動，另一臺電機由具有精確轉矩控制功能的閉環矢量控制變頻器驅動，如艾默生的td3000系列。通過改變轉矩的大小和方向，可以驗證測試變頻器的性能，作為被測電機的負載。

圖5 兩個交流電機對拖法

    本方法可以實現逆電運行的加載，也可以實現同相發電運行的加載。由于是閉環轉矩控制，所以可以實現零速、低速、高速的高轉矩、高精度加載。由于電機連接是機械剛性的，異步電動機的轉矩響應比滑移電機快，負載響應也更快，可以滿足大多數應用場合的測試要求，但對于高精度、快速的性能測試還不能完全滿足。

四、 交直流機組對拖法

     這種方法采用一臺直流電機和另一臺異步電機同軸連接，如圖6所示。異步交流電機由被測變頻器驅動，直流電機由直流調速控制器驅動，可在四個象限內運行。通過精確控制直流電機的轉矩，改變測試轉矩的大小和方向，可以任意改變被測電機的負載，驗證測試變頻器的性能。

圖6 交直流機組對拖法

     本方法既可以實現逆電運行的負載，也可以實現同相發電運行的負載。由于直流電動機的閉環轉矩控制，可以實現零速、低速、高速的大轉矩、高精度加載。由于電機連接是機械剛性的，所以直流電機的轉矩響應快，負載響應快，基本可以滿足大部分應用場合的測試要求，是理想的測試方法。

結束語

    通過對以上四種變頻器負載測試方法的分析，可以看出每種方法都有優缺點。至于用戶需要選擇什么樣的測試方案，需要根據測試的目的選擇不同的測試方案。需要強調的是，如果用戶在上述第4、5、6節所述的單元中間增加一個轉矩傳感器，就可以準確知道電機的輸出轉矩。

相關鏈接：什么是變頻器假負載？如何利用假負載維修變頻器？