馮帥

（冀中能源峰峰集團(tuán) 華北重型裝備制造有限公司，河北 邯鄲 056046）

0 引 言

目前我國在稀土永磁電機(jī)的研究開發(fā)方面有很大進(jìn)展，稀土永磁電機(jī)將越來越多地在特種電機(jī)領(lǐng)域替代傳統(tǒng)電機(jī)，成為了未來的發(fā)展趨勢。礦用隔爆型永磁直驅(qū)電動滾筒，創(chuàng)造性的運(yùn)用先進(jìn)的外轉(zhuǎn)子永磁直驅(qū)技術(shù)，與智能控制系統(tǒng)相結(jié)合，將電機(jī)與滾筒融為一體，革命性的拋棄了減速器、液力耦合器和聯(lián)軸器等機(jī)械裝置，使輸送機(jī)直接驅(qū)動變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。為了測試產(chǎn)品性能指標(biāo)，保證產(chǎn)品質(zhì)量及工作的可靠性，研制了一套穩(wěn)定的、先進(jìn)的加載測試系統(tǒng)。

1 綜合測試裝置系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理

綜合測試裝置測試系統(tǒng)主電路采用三相10 kV電源供電，通過2 臺高壓進(jìn)線柜控制，分別向2 臺整流變壓器供電，由整流變壓器TM1 將10 kV 電壓轉(zhuǎn)換成被試品需要的400 、690 、1 200 V 三種工作電源電壓，由整流變壓器TM2 將10 kV 電壓轉(zhuǎn)換成陪試回饋?zhàn)冾l器需要的690 V 工作電壓。TM1 輸出接被試變頻器，不同的電壓檔位接不同的被試變頻器及永磁電動滾筒。被試永磁電動滾筒與變頻器負(fù)載試驗(yàn)時(shí)，被試品支路運(yùn)行在電動狀態(tài)時(shí)，回饋?zhàn)冾l器支路運(yùn)行在發(fā)電狀態(tài)；當(dāng)被試品支路運(yùn)行在發(fā)電狀態(tài)時(shí)，回饋?zhàn)冾l器支路運(yùn)行在電動狀態(tài)，不管哪種工況，試驗(yàn)?zāi)芰慷荚?0 kV 交流母線上循環(huán)，由電網(wǎng)補(bǔ)償系統(tǒng)中運(yùn)行設(shè)備的損耗。簡單來說，其工作原理是將陪試電動機(jī)發(fā)出的交流電經(jīng)變頻器逆變?yōu)榻涣麟娚暇W(wǎng)，通過控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)被試電動機(jī)的電流來控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)速和扭矩，與測控系統(tǒng)配套使用，還可以對溫度、壓力、電流、電壓等參數(shù)進(jìn)行測量和控制，傳動系統(tǒng)示意如圖1 所示。

圖1 傳動系統(tǒng)示意Fig.1 Diagram of transmission system

2 綜合測試裝置的組成

永磁電動滾筒綜合測試裝置是對永磁電動滾筒、永磁電機(jī)及變頻器進(jìn)行綜合性能測試的裝置，主要由加載系統(tǒng)、控制及采集系統(tǒng)等組成（圖2）。

圖2 主電路電氣原理（單線圖）Fig.2 Electrical principle of main circuit(single line diagram)

主電源由中央控制室10 kV±10%、50 Hz±3%交流三相交流電經(jīng)800 kVA 變壓器TM1 轉(zhuǎn)換為1 200 、690、400 V， 經(jīng)800 kVA 變壓器TM2 轉(zhuǎn)換為1 200 V、690 V，分別供給加載變頻器及AFE四象限整流單元供電單元。

AFE 四象限整流單元由供電單元及INU 逆變控制單元等元部件組成變頻器，其集成了濾波電抗器、保護(hù)單元、輸入輸出母線、整流單元、逆變單元、制動單元等部件于一體的整體設(shè)備。

從結(jié)構(gòu)上看，由于采用了IGBT 功率元件，其輸入為交流輸出為直流，因?yàn)樗挥陔娫催M(jìn)線側(cè)，稱之為前端。與傳統(tǒng)的二極管或可控制硅整流技術(shù)相比，主動前端不再是被動地將交流轉(zhuǎn)變成直流，而是具備了很多主動的控制功能。它不但能消除高次諧波，提高功率因數(shù)，而且不受電網(wǎng)波動的影響，具有卓越的動態(tài)特性。其工作原理可簡述為：AFE 整流單元從電網(wǎng)汲取正弦波交流，經(jīng)整流后輸出直流電壓，并保持所要求的電壓值。各次諧波由濾波電路刪除。

測量系統(tǒng)包括被試電機(jī)電量、機(jī)械參數(shù)、溫度測量和直流電阻測量。一次回路選用滿足寬頻測量的高精度電流傳感器或互感器測量被試電機(jī)的電參數(shù)。二次回路選用PA333H 高精度功率計(jì)和轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測量儀表完成被試電機(jī)試驗(yàn)過程中的電壓、電流、頻率、扭矩、轉(zhuǎn)速等數(shù)據(jù)的采集，功率計(jì)通過以太網(wǎng)通信接口將采集到的原始數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸給工業(yè)計(jì)算機(jī)，通過數(shù)據(jù)采集軟件對原始測量數(shù)據(jù)進(jìn)行二次運(yùn)算分析并實(shí)時(shí)顯示在人機(jī)界面上。主測量系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖3 所示。

圖3 主測量系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)Fig.3 Topology of main measurement system

控制系統(tǒng)主要由工業(yè)計(jì)算機(jī)及顯示器、工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)、控制PLC 及中繼系統(tǒng)、打印機(jī)、UPS隔離電源等設(shè)備組成。采用西門子S7-1200 系列PLC 分布式控制架構(gòu)，減少了控制臺與外部設(shè)備控制線纜的連接。PLC 通過以太網(wǎng)通信的方式和工業(yè)計(jì)算機(jī)相連，PLC 負(fù)責(zé)試驗(yàn)系統(tǒng)相關(guān)線路中的斷路器、接觸器、繼電器等開關(guān)量的控制與狀態(tài)監(jiān)視?？刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4 所示。

圖4 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)拓?fù)銯ig.4 Topology of computer control system

3 永磁電動滾筒專用加載試驗(yàn)臺

永磁電動滾筒專用加載試驗(yàn)臺架主要由陪試低速電機(jī)、傳動滾筒、改向滾筒、皮帶、漲緊機(jī)構(gòu)及夾緊機(jī)構(gòu)組成，如圖5、圖6 所示。試驗(yàn)時(shí)，將永磁電動滾筒放置在試驗(yàn)臺架上并連接扭矩轉(zhuǎn)速傳感器，通過液壓系統(tǒng)調(diào)整夾緊油缸，驅(qū)動夾緊裝置改變永磁電動滾筒上皮帶包角大小，防止皮帶打滑。調(diào)整漲緊油缸，使這條皮帶處于漲緊狀態(tài)。啟動陪試電機(jī)，通過傳動滾筒帶動皮帶運(yùn)轉(zhuǎn)傳遞到被試滾筒上，此時(shí)被試滾筒開始加載，通過轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器將檢測數(shù)據(jù)傳遞到計(jì)算機(jī)上。

圖5 滾筒加載試驗(yàn)臺原理Fig.5 Principle of roller loading test bench

圖6 滾筒加載試驗(yàn)臺結(jié)構(gòu)Fig.6 Structure of roller loading test rig

4 結(jié) 語

永磁電動滾筒綜合測試裝置在華北重型裝備制造有限公司投入使用，運(yùn)行平穩(wěn)可靠，各項(xiàng)檢測指標(biāo)達(dá)到產(chǎn)品試驗(yàn)檢驗(yàn)要求，為保障產(chǎn)品質(zhì)量提供可靠的技術(shù)支持。