在逆變電源下的異步電動機性能測試2

1、在逆變電源下的異步電動機性能測試：第二部分Howard E. Jordan, Raymond C. Zowarka, Thomas J. Hotz, 和John R. Uglum美國德克薩斯78712，奧斯汀，奧斯汀中心德克薩斯大學(xué)機電學(xué)院由于軍事，交通和工業(yè)要求在更小實體下達到更高的能量，高功率密度電機的發(fā)展不斷加快。更高速的電機是實現(xiàn)更高功率密度的有效途徑，現(xiàn)有的業(yè)界測試標準為描述同步和異步電機的特征設(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。因為對于功率為60赫茲的機器來說，當它的轉(zhuǎn)速超過每分鐘3600轉(zhuǎn)時，速度會加快，所以有必要對高頻率的機器進行

2、性能測試。一個逆變電源被用來對兩個不斷加速到每分鐘5000轉(zhuǎn)的異步電動機（0.5和1.0兆瓦）進行一系列完整的測試。使用功率輸出能力有限的非正弦電源要求的測量技術(shù)的發(fā)展和測試策略與通常使用的60/50赫茲測試是有很大不同的。測量諧波豐富的波形的電壓、電流和功率的儀表和技術(shù)的準確率已經(jīng)高達只有1%的誤差。鎖定轉(zhuǎn)子和擊穿扭矩測試通常需要多達千伏安的電流輸入電機，比額定載荷高很多。為了達到額定負載要求，改裝了一個逆變器大小的電機，來執(zhí)行鎖定轉(zhuǎn)子和擊穿扭矩測試。逆變器驅(qū)動保護的特點，如，在測試的規(guī)劃和實施的因素中，變頻器內(nèi)置的反狩獵和電流限制必須考慮進去。測試結(jié)果顯示在兩個配套文件中。本文（第一部分）

3、和異步電動機的分析程序演算的測試結(jié)果相關(guān)。第2部分介紹的測試結(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，這對測試的準確性是必不可少的。有數(shù)據(jù)的相關(guān)測試結(jié)果證明，在測試過程中，測試技術(shù)的發(fā)展對評價高速，高功率密度電機是有幫助的。關(guān)鍵詞異步，電機，測試。I 簡介同步電機和異步電機的測試方法已經(jīng)發(fā)展了很多年了，并詳細記錄在IEEE標準檔案中1 2。因為大多數(shù)的電器應(yīng)用于電力頻率，所以預(yù)計測試程序以固定頻率電源，通常為50或60 Hz為準?，F(xiàn)在越來越多的異步電動機是為逆變器操作而設(shè)計的，因此，不限制于50 - 或60-赫茲的電力。在50或60 赫茲的電力下測試，并沒有

4、提供逆變器供電的電機運行在更高的頻率下運行時所需的性能信息。額定功率的變頻器為做測試的異步電機供電，作為一個完整的測試的電源，包括：無負載飽和度;鎖定轉(zhuǎn)子飽和;擊穿扭矩;負載性能;溫度測試II. 測試結(jié)果與模擬的比較在設(shè)計電機特性程序時使用脈沖寬度調(diào)制（PWM）驅(qū)動，一種參數(shù)已知的商業(yè)電機先進行測試。作為這一測試的一部分，用Matlab模擬此系統(tǒng)。在本文的這部分將會展示實驗和模擬的比較。整個實驗裝置如圖1所示。圖1.測試東芝500馬力電機的儀器圖逆變器的驅(qū)動是一個邁特模型GPD5151600-馬力的電機驅(qū)動。異步電機是一個500馬力的東芝3F4500L3C9632電機模型邁特電機驅(qū)動的銘牌數(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模擬邁特電機驅(qū)動器 3。此電機額定500馬力，轉(zhuǎn)速每分鐘3580圈，460伏，和60赫茲。感應(yīng)電機模擬的是在定量轉(zhuǎn)子參考幀下的Matlab仿真電力系統(tǒng)軟件異步機。該軟件包含幾個電機建模。定量轉(zhuǎn)子參考幀4下的異步機轉(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。第一次模擬實驗是無負載測試。圖2和圖3模擬結(jié)果的長期行為和實驗數(shù)據(jù)相匹配。圖4和圖5擴展了PMW的細節(jié)，而且再次展示了

6、模擬和試驗的良好匹配。第二系列的模擬測試是鎖定轉(zhuǎn)子測試。圖6和圖7展示了模擬的長期行為與實驗一致，而且沒有偏移和漂移的情況。圖8和圖9詳細展示了PMW的轉(zhuǎn)換在模擬過程中非常良好。至于鎖定轉(zhuǎn)子測試，在實驗中測量了一個186磅-英尺的扭矩。而模擬實驗預(yù)計的扭矩為178磅-英尺表一東芝電機模擬輸入數(shù)據(jù)圖2. 無負載測試。逆變器的PWM電壓，模擬值與實測值。圖3.無負載實驗。變頻器的輸出電流，模擬值與實測值。圖4. 空載電壓，模擬值與實測值的放大視圖圖5. 空載電流，模擬值與實測值的放大視圖圖6.鎖定轉(zhuǎn)子測試。逆變器的PWM電壓，模擬和測量值。圖7.鎖定轉(zhuǎn)子測試。變頻器的輸出電流，模擬與實測值。圖8.

7、 鎖定轉(zhuǎn)子電壓，模擬和測量值的放大視圖。圖9. 鎖定轉(zhuǎn)子電流，模擬和測量值的放大視圖III. 儀器的選擇要求做幾次迭代以到達一套可以準確測量PWM輸出的儀器。使用四種不同的電壓探頭，對兩個電流監(jiān)視器進行了評價。第一次使用的電壓探頭是北星500：1分壓器。這些探頭是專為單端補償設(shè)計的，但從圖1中可看到，要求用不同的方法測量線到線的電壓。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)動器的2 千赫茲的開關(guān)頻率。使用Tektonix電壓探針，但還是需要補償探頭的差異證明問題。探頭可以在一平方的波的頻率下得到補償，但是它不能像測量PMW電壓輸出那樣補償一系列的頻率。表二儀

8、器列表隨后，奧斯汀中心的德克薩斯大學(xué)機電學(xué)院（UT-CEM）建造的電壓分壓器被用來測量電壓，并且已用來測試高電壓的電磁炮很多年了。高電壓導(dǎo)線被連接到兩個系列的1-K電阻器，然后圍繞著一個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測試精密儀器的電池，以單位操作，特別是專門用于測量PWM驅(qū)動器的輸出。這臺儀器運行良好。電流測量也得出了類似的評價。測試開始使用的是皮爾森Pearson電流互感器，但他們并沒有在PWM的環(huán)境下抗噪聲干擾能力。從這里對LEM儀器公司的電流傳感器進行了測試，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的電機性能的精確性兩套完整的無負載和鎖定轉(zhuǎn)子測試在用Magnetek 逆變器5作為供電器的東芝500馬力，每分鐘3580轉(zhuǎn)的電機上運行。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，然后下載到計算機。經(jīng)過計算機分析，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提供總電力表三無負載和鎖定轉(zhuǎn)子測試的結(jié)果的總結(jié)在鎖定轉(zhuǎn)子測試時也進行了扭矩測量。扭矩信號被平分以解決瞬時發(fā)生的不同情況。本次測試數(shù)據(jù)進一步分析，以確定其等效電路參數(shù)、鎖定轉(zhuǎn)子和空載性能。從這一系列的測試中獲得的信息可以和由東芝公司提供的電機的數(shù)據(jù)

10、進行比較?？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)子測試過程中做的測量。二次電路參數(shù)，即R2和X2在500馬力大小的范圍內(nèi)是非常依賴頻率的電機。這是因為在轉(zhuǎn)子條紋里的電流的擁擠效應(yīng)，通常被稱為深紋效應(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，滿負荷運行條件下的參數(shù)。逆變器在低頻率條件下將無法正常運行。第一個系列的測試時在60赫茲下運轉(zhuǎn)的，這是一貫的工業(yè)實踐。 R2的測試值和東芝公司的測試值差別有400。因此，第二組測試設(shè)備使用10赫茲頻率來做鎖定轉(zhuǎn)子測試，并且如表三所示，R2的實測值有27和東芝公司的測試值相關(guān)。V.總結(jié)商用500馬力的電機的測試使用的是在第1和第2部分都描述過的用逆變器供電的試驗設(shè)施，500馬力的電機還利用Matlab進行了模擬測試。無負載測試和鎖定轉(zhuǎn)子測試的模擬結(jié)果和實驗結(jié)果的比較已經(jīng)展示過了。兩者的結(jié)果的一致性很高，給予了測試儀器和過程高度的肯定。最終組合的儀器設(shè)備是試過多種不同的測量儀器的組合后的幾次迭代的結(jié)果。最終的儀器列表展示過了。參考文獻1多相感應(yīng)電動機和發(fā)電機的IEEE標準測試，IEEE標準112-1996，IEEE，紐約2 IEEE指南：同步電機的試驗程序，IEEE標準115-1995，IEEE，紐約。3