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如何讓測功機技術更成熟

已被閱讀：6125次作者：測功機生產企業

      交流測功機是電氣傳動，即變頻器的一種特殊的使用方式。由于設備的特殊性和應用的單一性，長期以來，傳統的測功機只是動力試驗的負載模擬和能量吸收裝置，因而也就習慣性的把交流測功機看作是“變頻器+電動機”。這就如同把雷達看作是簡單的無線電接受與發射裝置一樣，是非常片面的。什么是交流測功機？交流測功機是一種新型的電力測功器，它使用三相交流異步電機做原動機的加載裝置，加載電機由變頻器提供驅動電源，并精確的控制其轉矩。由此形成對原動機的負載模擬和能量吸收。加載電機吸收的能量通過變頻器可以消耗在外接的電阻器上，也可以直接返回電網。由此產生兩種規格的交流測功機，即能耗吸收型和能量回饋型。關鍵技術和難點如何快速而準確的控制加載電機的轉矩，是交流測功機的關鍵技術和難點

      直接轉矩控制DTC直接轉矩控制（DirectTorqueControl）是最新一代的交流異步電機變頻控制技術，是交流傳動領域電機控制方式的一次革命。DTC直接轉矩控制對交流測功機來說是一個最優的控制方法，它從零速開始不使用電機軸上的扭矩傳感器和轉速脈沖碼盤，就可以實現對測功機的核心變量 3－轉矩進行直接控制，并具有無以倫比的轉矩動態響應，優異的轉矩和轉速控制特性，高效節能和高可靠性。就目前所有的測功機技術而言，DTC是最好的，因此成為交流測功機的首選，簡稱DTC交流測功機。DTC控制的轉矩非�？�，但是DTC是開環控制，沒有扭矩傳感器的信號反饋。閉環控制提前閉環我們都會想到PID。PID是一種經典的控制策略，有多種算法，可以用PLC，計算機或專用的PID模塊來實現。我們把這種在變頻器之外獨立完成的控制策略叫做“體外循環”。根據我們的實驗，PID存在動態響應慢，啟動過沖和穩態波動等，不適合DTC這種動態響應快的交流測功機。此外，PID的算法和參數整定是一個復雜的問題，針對不同的加載電機和被測電機，需要做很多實驗才能找到相對較好的參數組合。轉矩精確控制復合制導是導彈的專業術語，是說采用多種制導手段來提高導彈探測、跟蹤和攻擊目標的精度，實現精確打擊，減少平民傷亡。制導手段有雷達、激光、遠紅外、CCD和GPS等。基于復合制導的戰術思想，我們給交流測功機在DTC和PID轉矩閉環控制的基礎上使用了復合控制策略，實現了轉矩的精確控制。我們把這種高標獨創的、全球唯一的、性能特別優異的控制策略稱為STP轉矩精確控制（STP是高標公司的簡寫），其主要特點是，精確控制由PID，誤差控制等復合型軟件模塊組成，并直接安裝到 4變頻器上，與變頻器的其它功能高度協調統一。這種控制模式我們叫“體內循環”。測功機技具有DTC（開環）和PID（閉環）兩種控制模式，動態特性完全相同，可任意轉換。轉矩誤差值絕對可控，與傳感器量程無關。

      最高控制精度0.2Nm。解決了PID參數對閉環可能造成的影響，全量程范圍內無過沖，無波動。技術指標動態響應時間：轉矩控制精度：0.2Nm（0.5%），絕對值測功機技調速范圍：0–電機最高轉速測功機技抗干擾眾所周知，VVVF變頻器的IGBT輸出端為PWM，存在嚴重的多次諧波。因此，變頻器本身就是干擾源，特別是變頻器到電機的動力電纜上。如何抗電氣干擾，是測控系統的另一個關鍵的技術和難點。高標的方案很簡單直接，就是把扭矩閉環放到變頻器里面，與變頻器高度集成，協調統一，如同變頻器增加了轉矩閉環功能。最關鍵的是抗干擾，因為變頻器在正常工作，絕對的可靠。扭矩傳感器信號直接進入變頻器，省掉價格不菲的A/D采集卡。數據采集精度24位，內部運算48位，動態響應小于5豪秒。變頻器的數據通過TCP以太網接入電腦，最高速率可達100MHz。眾所周知，以太TCP網是目前最安全可靠的網絡了。此外，我們在電腦上安裝的通訊軟件，我們叫編程接口，把轉矩、轉速、功率等信號實施連接。編程接口以動態數據庫函數DLL的形式安裝在電腦。 5交流測功機，新的時代從動力試驗的發展歷程和實驗方法來看，現代的動力試驗已經遠遠超出了轉速、轉矩和功率等基本參數的測試，交流測功機也不僅僅只是完成單一的負載模擬和能量吸收功能。先進的交流傳動技術促進了交流測功機技術的成熟與發展，為現代動力試驗設備提供了諸多新的解決方案和測控手段，為提高發動機、電動機、汽車等動力設備和車輛的總體性能發揮了前所未有的作用，開創了動力試驗新的時代。我們始終認為，動力試驗是一個專業，交流測功機是一門技術。只有從技術的角度和專業的高度去研究和開發交流測功機，才能做出性能優良、質量可靠的動力試驗系統。重慶高標科技有限公司長期致力于交流測功機的研究與開發，為電動機、發動機、發電機、汽車、摩托車和航空、航天、航海、兵器的零部件測試提供了先進的解決方案和成套測控設備。我們的宗旨是：動力實驗，交流測功，高標科技，助你成功！ 6電動機交流測功機使用三相異步電機，為了適應變頻器控制，最好使用變頻調速電機。7QABP系列變頻調速三相異步電動機QABP系列三相異步變頻調速電機是上海ABB電機公司的產品，功率范圍2.1–315kW。QABP系列變頻調速三相異步電動機集國內外同類產品之優點，應用計算機輔助設計技術進行設計。電機采用耐電暈復合漆包線，運用ABB專有技術，降低或杜絕軸電流，大幅減少了軸承故障。電機設計合理，可與國內外同類型變頻裝置配套，互換性，通用性強。QABP的缺點是轉子的轉動慣量大，不適合高動態響應測試項目。

      測功機技系列交流伺服變頻主GM7系列交流伺服變頻主軸電機是武漢登奇電機公司的產品，主要用于數控機床，俗稱電主軸。GM7的主要優點是低噪音，小慣量，小體積，這與測試臺的需要非常一致，因此成為我們的首選。功率范圍2.2–100kW，額定扭矩14–636Nm，最高轉速可達6,000或8,000r/min。測功機技轉速、轉矩、功率特性變頻器控制的異步電機的轉矩特性分為兩段：0到額定轉速為恒轉矩，額定轉速到最高轉速為恒功率。轉速、轉矩和功率三者之關系： 7P=nxT/9550P功率【kW】，n轉速【r/min】，T轉矩【Nm】。扭矩傳感器為了實現轉矩閉環控制，需要在電機的傳動軸上安裝扭矩傳感器。量程與電機額定扭矩相當，精度等級0.05或0.01。扭矩傳感器除了精度以外，還有一個非常重要的指標是動態響應時間。德國ETH公司BKTR系列傳感器的動態響應時間，也即10%到90%的上升時間（Risetime10-90%）是2ms。這符合DTC高精度轉矩閉環控制的要求。