能量回饋式異步電力測功機系統的研究
王學之，王明渝
（重慶大學輸配電裝備及系統安全與新技術國家重點實驗室，重慶400044）
摘要：介紹了測功機的主要種類，并選擇利用變頻器與異步電機實現異步電力測功機的方案。分析了共用直流母線的兩種不同方式，并選擇共用直流均衡母線的方式把兩臺變頻器的直流母線并聯以實現能量的回饋利用。介紹了直接轉矩控制的基本原理，并利用直接轉矩方式來實現對異步電機的控制，在此基礎上，通過采用直接轉矩控制方式對測功機系統進行了大量的仿真研究，驗證可知該異步電力測功機系統具有良好的動、靜態性能，并達到了能量回饋的目的。
關鍵詞：測功機；變頻器；異步電機；能量回饋
中圖分類號：tm343; tm306 文獻標志碼：a 文章編號：1001-6848(2010)02-0087-04
o引 言
按照測功機運行時功率轉換方法，可將測功機分為功率吸收型測功機和功率傳遞型測功機。
功率吸收型測功機是指測功機加載器為一個耗能制動器，以測功機本體發熱的方式消耗功率的一種測功機，它把被試機的功率全部轉換為熱能，通過制動器發熱來散熱耗功。功率吸收型測功機主要包括電渦流測功機、水力測功機、磁滯測功桃、磁粉測功機等。
功率傳遞型測功機是將從被測動力機吸收來的能量，通過測功機的發電機發出的能量傳遞到被測動力機外電阻器上消耗或通過整流逆變反饋到電網來降低本體的發熱，從而提高測功機的測試功率。功率傳遞型測功機主要包括直流電力測功機、永磁電力測功機、同步電力測功機、交流異步電力測功機等[14]。
用變頻方案實現的電力測功機是國際上****進的測功機系統之一，可以使測功機具有優良的動、靜態性能，本文亦采用變頻方案來構成異步電力測功機系統，通過直接轉矩控制方式來控制異步電機，并利用公共直流母線來實現能量的回饋利用。
1測功機系統的構成
1.1整體系統構成
如圖l所示，負載電機和被測電機都是通過交一直一交變頻器控制，其中，變頻器1工作在直接轉矩模式下，控制負載電機的轉矩大小；變頻器2工作在速度模式下，控制被測電機的轉速大小。負載電機的轉矩給定方向與被測電機的速度給定方向是相反的，兩臺電機的電機軸是剛性耦合的。
變頻器的控制信號從pc機上發出，通過labview軟件編寫程序，實現數據的通信、采集、計算、處理以及綜合分析、存儲等，從而實現一個完善的測功機系統。pc機上連接的打印機可以把實驗結果打印出來。
因為驅動和負載都是用了交流電機和變頻器，因此采用共直流母線(common-dc-bus)技術來處理測功機發出的能量。當負載電機的能量返回到直流回路時可以被驅動電機使用，形成能量循環，從而有效地提高能量利用率，減少從電網獲取的能量。
1.2共用直流母線
共用直流母線分為兩種：共用直流均衡母線和共用直流回路母線。
1.2.1共用直流均衡母線
共用直流均衡母線是將多臺變頻器的直流母線回路并聯在一起（變頻器本身設計有外接的直流母線輸出端子），達到共用直流母線的方式，其中，每臺變頻器都有獨立的整流、逆變裝置。對于通用變頻器而言，采用共用直流母線很重要的一點就是在上電時必須充分考慮到變頻器的控制、傳動故障、負載特性和輸入主回路保護等，因此，每臺變頻器和共用直流母線之間可以加裝電抗器、快速熔斷器和接觸器等以起到保護作用，可以根據竇際需要對變頻器進行保護設計。
如圖2所示：兩臺變頻器并聯在三相電網上，每臺變頻器控制一臺異步電機，然后把變頻器的直流母線端子dc對接，在直流母線上加入快速熔斷器，避免發生過電流時對變頻器造成損害。
1.2.2共用直流回路母線
如圖3所示，共用直流回路母線方式是將多臺逆變器連接到同一個公共的直流回路上，兩臺逆變器共用一個整流裝置。 |
