電力測(cè)功機(jī)能量回饋單元的設(shè)計(jì)
劉述喜1， 李 山1， 蔣紅云2， 葉彬強(qiáng)1， 李鵬1， 徐波1
（1重慶理工大學(xué)電氣工程與自動(dòng)化系，重慶400050； 2攀鋼集團(tuán)信息工程技術(shù)有限公司，四川攀枝花617000）
摘要：電力測(cè)功機(jī)由負(fù)載電機(jī)及其變頻控制裝置組成，工作在第二象限。針對(duì)其再生能量，對(duì)比分析了幾種常用的能量處理方式，主要介紹了能量回饋單元的主電路及其控制電路設(shè)計(jì)，并進(jìn)行了仿真分析和試驗(yàn)研究。結(jié)果表明，該能量回饋單元結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制容易，實(shí)現(xiàn)l再生能量的高效率同饋電網(wǎng)。
關(guān)鍵詞：電力測(cè)功機(jī)；能量回饋；有源逆變
中圖分類號(hào)：TM302文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1673-6140( 2009) 11-0061-05
O 引 言
測(cè)功機(jī)是機(jī)械傳動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)、發(fā)動(dòng)機(jī)及電機(jī)性能測(cè)試臺(tái)等試驗(yàn)裝置中的核心設(shè)備。傳統(tǒng)的電渦流機(jī)和水渦輪機(jī)是將所吸收的功率以強(qiáng)迫風(fēng)冷或循環(huán)水冷的方式消耗掉，這不僅白白浪費(fèi)能源，還使得整個(gè)設(shè)備非常復(fù)雜和笨重，動(dòng)態(tài)性能及控制特性電很差，崗位勞動(dòng)強(qiáng)度大。而電力測(cè)功機(jī)吸收的功率可以返回到電網(wǎng)或與其他電動(dòng)裝置形成能量循環(huán)，是電渦流機(jī)和水渦輪機(jī)的理想替代產(chǎn)品【1-2】。電力測(cè)功機(jī)目前大都采用直流測(cè)功電機(jī)，這是因?yàn)橹绷麟姍C(jī)的調(diào)速性能好，控制簡(jiǎn)單，但直流電機(jī)由于換向器的影響，不能適用于高速運(yùn)行，因此在轉(zhuǎn)速很高的情況下，往往采用機(jī)械減速裝置，使系統(tǒng)復(fù)雜且噪聲增大。而交流電力測(cè)功機(jī)由于不存在換向器問(wèn)題，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，交流傳動(dòng)系統(tǒng)在靜、動(dòng)態(tài)性能上得到了顯著提高，可與直流傳動(dòng)相媲美【3-5】。在不久的將來(lái)，直流電力測(cè)功機(jī)將逐漸被淘汰，交流電力測(cè)功機(jī)將代表其發(fā)展方向。
交流測(cè)功機(jī)主要由交流電機(jī)和變頻器組成，既能工作于電動(dòng)狀態(tài)做拖動(dòng)用，又能工作在發(fā)電狀態(tài)做負(fù)載用。使用的交流電機(jī)主要有繞線式異步電機(jī)和籠型異步電機(jī)，前者結(jié)構(gòu)稍復(fù)雜、價(jià)格較貴、****轉(zhuǎn)速不能太高，一般3000 r/min左右；后者轉(zhuǎn)子輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、能形成四象限運(yùn)行、高速性好，在交流測(cè)功機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域中的前景被看好【2】。
1 電力測(cè)功機(jī)中再生能量的處理
電機(jī)動(dòng)態(tài)測(cè)試系統(tǒng)是常見(jiàn)的電力測(cè)功機(jī)之一，如圖l所示，被測(cè)電機(jī)和負(fù)載電機(jī)同軸相連。同軸相連的兩行電機(jī)之間的電磁轉(zhuǎn)矩有如下
式(l)是測(cè)功機(jī)系統(tǒng)建模時(shí)要考慮的動(dòng)力學(xué)方程。
對(duì)于采用交直流電壓型逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的電力測(cè)功機(jī)來(lái)說(shuō)，測(cè)功電機(jī)工作在第二象限即異步發(fā)電狀態(tài)，由原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)測(cè)功電機(jī)的轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能流向整流器直流側(cè)，而一般整流器是由二極管構(gòu)成的橋式電路，能量無(wú)法回饋到電網(wǎng)，只能對(duì)濾波電容器充電而使電源電壓升高，稱做泵升電壓。如果泵升電壓過(guò)高，會(huì)威脅系統(tǒng)的安全，因此必須采取相應(yīng)的措施。如果要讓電容器全部吸收回饋能量，將需要很大的電容量，在不希望使用大量電容器（在容量為幾千瓦的調(diào)速系統(tǒng)中，電容至少要幾千微法），從而大大增加調(diào)速裝置的體積和重量時(shí)，可以采用由分流電阻和開(kāi)關(guān)管組成的泵升電壓限制電路，接在直流母線之問(wèn)，特能量釋放，如圖2所示。當(dāng)YTb導(dǎo)通時(shí)，能量消耗在鎮(zhèn)流電阻Rb上。但是該方法有很多缺點(diǎn)：首先由于電阻發(fā)熱，環(huán)境溫度升高，影響系統(tǒng)的可靠性；其次相應(yīng)的泵升電阻必須設(shè)計(jì)得足夠大，功率也相應(yīng)增大，這對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的可靠性不利；第三，由于制動(dòng)電阻放電時(shí)受電阻設(shè)計(jì)溫升的限制，只能規(guī)定在較短時(shí)間的制動(dòng)；另一方面，這種依靠電阻放電的制動(dòng)模式無(wú)法實(shí)現(xiàn)快速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)；而對(duì)大功率變頻器，電阻制動(dòng)更為困難；另外，外加泵升電路將能量消耗在電阻中，能量白口損失掉，末達(dá)到節(jié)能的目的。因此，將這部分能量回送到電網(wǎng)中很有必要【4】。
 交流測(cè)功機(jī)既可以工作在電動(dòng)狀態(tài)，做拖動(dòng)用，又可以工作在發(fā)電狀態(tài)，做負(fù)載用，而且有可能處于連續(xù)工作模式，因此通過(guò)能耗電阻來(lái)抑制直流母線泵升電壓是不現(xiàn)實(shí)的。對(duì)于采用交直流電壓型逆變器 |
