变频器维修负载测试的四种方法对比分析

导言

    随着国内变频器技术的快速发展和变频器厂家的迅速崛起，大型变频器应用和厂家对变频器性能测试和优化负载设备的需求十分迫切。如何选择一套有效的测试设备成为一个值得研究的课题。本文分析了四种变频器维修负载测试方法，从中可以看出每种方法都有优缺点。用户可以根据自己的需要，根据变频器维修测试目的来选择适合的测试方案。

 滑动电机原理介绍

   由于下面多用的是电磁调速异步电动机，也就是俗称的滑差电机，所以有必要对滑差电机的原理做一个简单的介绍。电磁调速异步电动机由普通鼠笼式异步电动机、电磁滑差离合器和电气控制装置三部分组成。异步电动机作为原动机，在旋转时带动离合器的电枢一起旋转，电气控制装置是为滑移离合器的励磁线圈提供励磁电流的装置。图1是电磁滑移离合器的结构示意图，包括电枢、磁极和励磁线圈。电枢为铸钢制成的圆柱形结构，与鼠笼式异步电动机的轴连接，俗称主动部分；磁极为爪形结构，安装在负载轴上，俗称从动部分。主动部分和从动部分在机械上是没有关系的。当励磁线圈通入电流时产生磁场，爪形结构形成许多对磁极。此时，如果电枢被鼠笼式异步电动机拖动旋转，就会切断磁场，并与磁场相互作用产生转矩，所以从动部分的磁极随主动部分的电枢一起旋转。磁极随电枢旋转的原理与普通异步电动机中转子随定子绕组磁场旋转的原理并无本质区别，但不同的是异步电动机的旋转磁场是由定子绕组中的三相交流电产生的，而电磁滑差离合器的磁场是由励磁线圈中的直流电产生的，旋转磁场只是由电枢的旋转发挥的。

图1 电磁滑差离合器基本结构示意图

    稳定运行时，负载转矩等于离合器的电磁转矩。当负载一定时，励磁电流的大小决定了从动部分的转速，励磁电流越大，转速越高；反之，励磁电流越小，转速越低。根据这一特点，通过电气控制电路可以方便地调节从动部分的转速和转矩。

一、单台滑差电机堵转法

    该方法是直接采用单台滑差电机，滑差电机主轴输出（如图1所示），机械地硬接在摇篮上，此时输出主轴的转速始终为零。通过在励磁线圈上加载直流电压来调节励磁电流的大小和输出转矩的大小，如图2所示。

图2 单台滑差电机堵转法示意图

 这种方法需要用户自备0~60~90v/2~8a（最大）的直流可调电压源。如果没有合适的电源，可以采用稳压器加整流滤波电路来实现，如图3所示。另外，由于购买的滑移电机一般都带有调速器，因此，可以通过取消原滑移电机调速器中的电压闭环控制部分，改制成单相可控硅调压电路来实现。但这种方法的缺点是电压输出是非线性的，刚开始时，输出电压变化较慢，负载较慢，在输出电压较高时，输出电压变化较快，负载调整较困难。

图3 直流励磁电压产生电路—调压整流电路图

    该方法的优点是简单、成本低，适用于中小功率变频器的高速加载测试场合。由于不能通过励磁实现快速加载和卸载，所以不能实现动态性能测试或发电状态的性能测试。另外，由于滑移电机的滑移头在低速时相对运行速度较低，无法实现低速加载。

二.两台异步电动机通过滑移电机对拖的方法

    本方法是采用一台滑移电机与另一台异步电动机同轴连接，两台电机可分别由两台变频器驱动，如图4所示。

图4 两台异步电机通过滑差电机对拖法示意图

    这种方法可以通过在励磁线圈上加载直流电压，或者通过调整两台电机的相对转速来调整负载大小。即可以实现逆电运行的负载，也可以实现同相发电运行的负载。由于相对速度的存在，与上述三种单滑差电机方案相比，可以实现零速或低速加载。缺点是由于滑差电机加载采用电磁感应和滑差实现，加载响应较慢，不能实现快速加载，所以还不能满足高精度、快速的性能测试。

三、两个交流电机对拖法

    该方法采用两台相同功率的异步电机同轴连接，两台电机分别由两台变频器驱动，如图5所示。其中一台电机由测试变频器驱动，另一台电机由具有精确转矩控制功能的闭环矢量控制变频器驱动，如艾默生的td3000系列。通过改变转矩的大小和方向，可以验证测试变频器的性能，作为被测电机的负载。

图5 两个交流电机对拖法

    本方法可以实现逆电运行的加载，也可以实现同相发电运行的加载。由于是闭环转矩控制，所以可以实现零速、低速、高速的高转矩、高精度加载。由于电机连接是机械刚性的，异步电动机的转矩响应比滑移电机快，负载响应也更快，可以满足大多数应用场合的测试要求，但对于高精度、快速的性能测试还不能完全满足。

四、 交直流机组对拖法

     这种方法采用一台直流电机和另一台异步电机同轴连接，如图6所示。异步交流电机由被测变频器驱动，直流电机由直流调速控制器驱动，可在四个象限内运行。通过精确控制直流电机的转矩，改变测试转矩的大小和方向，可以任意改变被测电机的负载，验证测试变频器的性能。

图6 交直流机组对拖法

     本方法既可以实现逆电运行的负载，也可以实现同相发电运行的负载。由于直流电动机的闭环转矩控制，可以实现零速、低速、高速的大转矩、高精度加载。由于电机连接是机械刚性的，所以直流电机的转矩响应快，负载响应快，基本可以满足大部分应用场合的测试要求，是理想的测试方法。

结束语

    通过对以上四种变频器负载测试方法的分析，可以看出每种方法都有优缺点。至于用户需要选择什么样的测试方案，需要根据测试的目的选择不同的测试方案。需要强调的是，如果用户在上述第4、5、6节所述的单元中间增加一个转矩传感器，就可以准确知道电机的输出转矩。

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