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(guó)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(shì)。礦用隔爆型永磁直驅(qū)電動(dòng)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(dòng)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。為了測(cè)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(cè)試系統(tǒng)。

1 綜合測(cè)試裝置系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理

綜合測(cè)試裝置測(cè)試系統(tǒng)主電路采用三相10 kV電源供電，通過2 臺(tái)高壓進(jìn)線柜控制，分別向2 臺(tái)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(dòng)滾筒。被試永磁電動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(jiǎn)單來說，其工作原理是將陪試電動(dòng)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(dòng)機(jī)的電流來控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和扭矩，與測(cè)控系統(tǒng)配套使用，還可以對(duì)溫度、壓力、電流、電壓等參數(shù)進(jìn)行測(cè)量和控制，傳動(dòng)系統(tǒng)示意如圖1 所示。

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

2 綜合測(cè)試裝置的組成

永磁電動(dòng)滾筒綜合測(cè)試裝置是對(duì)永磁電動(dòng)滾筒、永磁電機(jī)及變頻器進(jìn)行綜合性能測(cè)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(dòng)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(dòng)前端不再是被動(dòng)地將交流轉(zhuǎn)變成直流，而是具備了很多主動(dòng)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(dòng)的影響，具有卓越的動(dòng)態(tài)特性。其工作原理可簡(jiǎn)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(cè)量系統(tǒng)包括被試電機(jī)電量、機(jī)械參數(shù)、溫度測(cè)量和直流電阻測(cè)量。一次回路選用滿足寬頻測(cè)量的高精度電流傳感器或互感器測(cè)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(cè)量?jī)x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(duì)原始測(cè)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(cè)量系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖3 所示。

圖3 主測(cè)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(tái)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。控制系統(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(dòng)滾筒專用加載試驗(yàn)臺(tái)

永磁電動(dòng)滾筒專用加載試驗(yàn)臺(tái)架主要由陪試低速電機(jī)、傳動(dòng)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(dòng)滾筒放置在試驗(yàn)臺(tái)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(dòng)夾緊裝置改變永磁電動(dòng)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(dòng)陪試電機(jī)，通過傳動(dòng)滾筒帶動(dòng)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(cè)數(shù)據(jù)傳遞到計(jì)算機(jī)上。

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

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

4 結(jié) 語

永磁電動(dòng)滾筒綜合測(cè)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(cè)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。