变频器在电机试验系统中的应用

发表时间:2018-02-27 文章出处:北京北成新控伺服技术有限公司人气:-

1引言

新设计的交流电机在正式投产前要对样机进行型式试验;电机出厂前要进行出厂试验,而且还要抽样进行型式试验。传统的电机试验方式操作十分复杂,需要人为的加载、调压和记录试验数据等,而且试验效果不是十分理想,工作效率低。随着变频技术的发展,变频器为用户提供的功能越来越多样化,而且接口更加友好,为全自动电机试验系统的设计提供了良好的技术条件。

2试验系统原理结构

试验系统中被试电机和陪试电机同轴硬联接,考虑到两台电机在试验过程中总有一台处于电动状态,另一台处于发电状态,两变频器选用直流母线方式工作的逆变器,由发电机组供电。这样可以只用一台发电机组给两台逆变器供电。而且由于处于发电状态的电机回馈的电能可供处于电动状态的电机使用,发电机组的容量和一台电机相匹配甚至更小均可满足要求,直流母线上也不需要配置制动单元和制动电阻。试验系统要求发电机组可提供0~1000v可调的直流电压。

本试验系统用于测试湘潭电机厂与日本东洋电机株式会社合作生产的180kw/550v的电力机车交流牵引电机,主要进行电机温升试验、特性曲线试验、空载试验、堵转试验、超速试验、起动试验等。

根据试验要求,需要变频器能够提供0~180hz间的变频电源,输出电压范围0~750v,并且大部分试验都要求变频器能够分开调节变频器输出的频率和电压。所以普通的变频器都不能满足要求。而西门子的masterdrives系列变频器是工程型变频器,它采用矢量控制,具有顶级的控制特性;变频器的电压和频率可以分开控制,具有很高的灵活性。

masterdrives系列变频器提供了开放式的通讯功能,plc程序通过网络通讯的方式可自动修改和读取变频器中的任意参数,这就使得用户可以通过远程的操作自动完成多种试验成为可能。试验操作员不需要了解变频器,只需要清楚试验步骤,选定要进行的试验项目就可以自动完成电机的试验过程。

3电机试验

牵引电机的型式试验和出厂试验有着非常严格的要求,不同的试验对试验系统的要求都不一样,下面将介绍几种主要的电机试验的要求并提供解决方案。

(1)堵转试验

堵转试验是电机出厂的一个基本试验,试验前需要用机械堵住电机,然后给电机供电,让电机在额定电压或者指定的低频电压下通上额定电流,测量电机的电压,功率、功率因数等参数,在做堵转试验的时候,需要使用变频器u、f分开控制的控制方法。在改变频率和电压的时候也需要注意,需要根据电机的特点改变电压和频率,不要造成瞬时过流的情况。

(2)特性曲线试验

特性曲线试验是电机特性的一个重要试验,按固定的v/f曲线在不同的频率工作点给被试电机加负载直至达到被试电机的额定电流,测试被试机在不同的频率情况下额定负载运行时的转矩、功率等参数。特性试验的关键在于给被试电机加载。电机在运行过程中,各项参数都是动态变化的,所以不可能加载一个固定的负载于电机,在控制策略中,笔者选择了闭环控制,实时调节陪试机的输出负载使被试电机的额定电流保持在所要求的值。

(3)起动试验

在电机试验系统中另一个难度比较大的试验为起动试验,需要在电机不转动的情况下测量电机的起动的最大转矩。在这个试验中,使用了西门子masterdriver变频器的brakecontrol功能。让陪试机处于抱闸状态,设定它的最大稳定电流,就可以实现试验的要求状态。

4通讯

在整个电机试验系统中,不同的试验对变频器的工作模式和保护参数有不同的要求。作为一个实用的试验系统,不可能要求操作人员不断地修改变频器的设定参数。

本系统可根据试验要求,通过plc和变频器的通讯来修改变频器的各项参数。变频器和plc之间的通讯量非常大,因此选择合适的传输速率和通讯协议对于系统起着非常关键的作用。笔者在系统中采用了profibus-dp协议来进行数据交换,其中可用的数据为参数过程数据对象(即ppo)。在这种数据传输方式下,数据报文的编码结构如图2所示。其中pkw为参数标识符值,它在变频器和plc的数据交换中主要用来修改变频器的参数;pzd为过程数据,它在变频器和plc的数据交换中主要用来给变频器写控制字,从变频器中读取状态字,以及交换中间变量。ppo数据类型有五种,分别适用于不同的应用场合,由于在电机试验系统中,笔者需要修改变频器参数,而且需要实时的读取变频器的输出电流、电压、功率等参数,所以需要选用有参数区,且有十个字过程数据的ppo5数据类型。在选择好通讯协议和交换数据的数据类型之后,只需要在plc中进行编程便可实现上述功能了。

5结束语

采用plc和变频器组成电机自动试验系统,在国内电机试验行业中尚属首次使用,并得到湘潭电机厂与日本东洋电机株式会社的肯定。本自动试验已经在湘潭电机厂小电机车间稳定运行一年。电机自动试验比以前的手工试验,有以下几个方面的优点:

(1)增加了试验测量的准确性

首先是从读数方式上有了根本的改进,系统中收集数据都是通过网络传输,消除了读数误差;其次,获取数据的时机更加准确,很多试验都需要读取瞬时数据,如果通过仪表读数、测量,常常不能准确的选择读数时机,本系统中数据记录由plc自动选择时机,所以读取数据的时机更加准确,不受人为因素影响;

(2)降低了对操作者的要求

手动操作时,试验操作员需要了解很多交流调速的知识,而且要熟悉变频器的各项参数和功能,本系统中操作员只需要了解试验步骤就可以进行操作;

(3)系统的安全性得到提高

试验过程中任何一部分出现故障,都能够在上位组态软件wincc的试验画面中准确的反应出来,并且给操作员提供相应的排除故障方案;

(4)试验效率大大提高

操作人员只需在电脑的操作画面上选择试验项目,输入被试电机的额定参数,系统即可自动完成试验的全过程,并生成报表按试验报告的形式打印输出;试验数据也可贮存在电脑中;完成一台电机的试验由原来手工操作时的1~2h缩短到20min,做到快速、准确、安全。


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