一種三相交流牽引電機(jī)控制器加載測(cè)試平臺(tái)及其控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種三相交流牽引電機(jī)控制器加載測(cè)試平臺(tái)及其控制方法；變壓器采用可調(diào)變壓器，調(diào)壓范圍200VAC到1500VAC，可以適應(yīng)各種三相電機(jī)電壓等級(jí)，提高平臺(tái)通用性。電機(jī)控制器和被測(cè)電機(jī)為被測(cè)對(duì)象，電機(jī)控制器用于控制被測(cè)電機(jī)，可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩控制。扭矩傳感器用于測(cè)量加載扭矩。所述加載電機(jī)可以通用380VAC三相交流變頻電機(jī)，易于采購(gòu)，維護(hù)和保養(yǎng)；四象限變頻器和有源濾波器構(gòu)成能量回饋方式，在加載電機(jī)做發(fā)電方式運(yùn)行時(shí)，可將能量反饋至380VAC電網(wǎng)，并具有基本無(wú)線電干擾抑制的凈化濾波功能，符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。測(cè)試主機(jī)通過(guò)通訊總線連接到電機(jī)控制器和四象限變頻器上，并采集轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器數(shù)值，通過(guò)設(shè)置控制流程，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)控制器加載特性的自動(dòng)測(cè)試。
【專利說(shuō)明】一種三相交流牽引電機(jī)控制器加載測(cè)試平臺(tái)及其控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電動(dòng)輪礦用車三相交流牽引電機(jī)控制器測(cè)試領(lǐng)域，更具體地，涉及一 種三相交流牽引電機(jī)控制器加載測(cè)試平臺(tái)及其控制方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 電動(dòng)輪礦用車所采用的電機(jī)一般為特殊制造的大功率交流牽引電機(jī)，功率均在 100KW以上，工作電壓一般為660VAC或1040VAC。車載電機(jī)控制器在裝配上車前，必須要在 地面對(duì)其進(jìn)行加載性能測(cè)試。地面加載測(cè)試包括在幾個(gè)特征交流電壓輸入情況下，在不同 負(fù)載情況下的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速曲線，以及轉(zhuǎn)矩和速度控制精度。另外，為滿足設(shè)備一次投入后， 能夠滿足多種型號(hào)規(guī)格的電機(jī)控制器的性能測(cè)試要求，地面測(cè)試平臺(tái)還具有通用性的要 求。
[0003] 測(cè)試平臺(tái)系統(tǒng)中，由電機(jī)控制器和其控制的牽引電機(jī)組成一個(gè)被測(cè)電機(jī)控制系 統(tǒng)。由加載電機(jī)和控制加載電機(jī)的變頻器組成加載電機(jī)系統(tǒng)。在對(duì)電機(jī)控制器進(jìn)行加載測(cè) 試時(shí)，必須滿足節(jié)能要求，測(cè)試平臺(tái)系統(tǒng)具有能量回饋式設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)電封閉。另外，加載測(cè)試 平臺(tái)系統(tǒng)具有自動(dòng)測(cè)試功能，采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行集成控制，自動(dòng)完成測(cè)試項(xiàng)目。根據(jù)測(cè)試項(xiàng) 目和測(cè)試流程，通過(guò)通訊口控制電機(jī)控制器和加載電機(jī)變頻系統(tǒng)，配置電壓、電流、轉(zhuǎn)矩、溫 度、速度等傳感器組合，實(shí)施繪制測(cè)試曲線和保存數(shù)據(jù)的功能。
[0004] 在電機(jī)加載測(cè)試領(lǐng)域，通常是按380VAC交流電網(wǎng)進(jìn)行配置，不具有適應(yīng)不同電壓 調(diào)整的能力。電機(jī)加載均采用同型號(hào)同電壓的電機(jī)進(jìn)行，采取直流共母線的能量回饋方式， 不能滿足測(cè)試不同電壓電機(jī)的需求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種三相交流牽引電機(jī)控制器加載 測(cè)試平臺(tái)，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中不能滿足測(cè)試不同電壓的電機(jī)的需求的技術(shù)問(wèn)題。
[0006] 本發(fā)明提供了一種三相交流牽引電機(jī)控制器加載測(cè)試平臺(tái)，包括：可調(diào)變壓器，整 流器、電機(jī)控制器、被測(cè)電機(jī)、加載電機(jī)、四象限變頻器、有源濾波器、第一聯(lián)軸器、第二聯(lián)軸 器、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器和測(cè)試主機(jī)；所述可調(diào)變壓器的輸入端連接交流電網(wǎng)；所述整流器的 輸入端連接所述可調(diào)變壓器的輸出端；所述電機(jī)控制器的直流輸入端連接所述整流器的輸 出端；所述電機(jī)控制器的三相輸出端連接所述被測(cè)電機(jī)；所述被測(cè)電機(jī)還依次通過(guò)所述第 一聯(lián)軸器、所述轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器和所述第二聯(lián)軸器連接至所述加載電機(jī)；所述加載電機(jī)還 與所述四象限變頻器相連；所述四象限變頻器與所述有源濾波器相連；所述有源濾波器與 所述交流電網(wǎng)相連；所述測(cè)試主機(jī)通過(guò)CAN總線與所述電機(jī)控制器相連，所述測(cè)試主機(jī)通 過(guò)RS422串行通信接口與所述四象限變頻器相連，所述測(cè)試主機(jī)通過(guò)RS232串行通信接口 與所述轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器相連。
[0007] 其中，所述被測(cè)電機(jī)的功率和電壓與所述電機(jī)控制器的功率和電壓相匹配。
[0008] 其中，所述加載電機(jī)的功率具有10% -20%的余量。
[0009] 其中，所述可調(diào)變壓器的電壓調(diào)整范圍為200VAC至1500VAC。
[0010] 其中，所述第一聯(lián)軸器與所述第二聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)相同，包括第一半聯(lián)軸器、十字 軸、第二半聯(lián)軸器和萬(wàn)向節(jié)；所述第一半聯(lián)軸器為花鍵，用于與所述被測(cè)電機(jī)和所述加載電 機(jī)連接，所述第二半聯(lián)軸器為法蘭盤(pán)，用于與所述轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器相連，所述十字軸和所述 萬(wàn)向節(jié)連接所述花鍵和所述法蘭盤(pán)。
[0011] 本發(fā)明還提供了一種如上述的三相交流牽引電機(jī)控制器加載測(cè)試平臺(tái)的控制方 法，包括下述步驟：
[0012] (1)通過(guò)測(cè)試主機(jī)分別控制所述電機(jī)控制器和所述四象限變頻器工作在力矩控制 方式，且被測(cè)電機(jī)和加載電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向相反；并控制兩臺(tái)電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速為η以避免電 機(jī)出現(xiàn)超速狀態(tài)；
[0013] (2)通過(guò)調(diào)節(jié)可調(diào)變壓器使得所述可調(diào)變壓器輸出的交流電壓為測(cè)試所需電壓 V，并輸出三相交流電壓；通過(guò)所述測(cè)試主機(jī)控制所述四象限變頻器輸出力矩為0. 05Τ，并 啟動(dòng)其工作；
[0014] (3)通過(guò)測(cè)試主機(jī)控制所述電機(jī)控制器的輸出力矩為0. 1Τ，并啟動(dòng)其工作；
[0015] (4)通過(guò)被測(cè)電機(jī)帶動(dòng)加載電機(jī)逐步加速至額定轉(zhuǎn)速η ;在此過(guò)程中，通過(guò)測(cè)試主 機(jī)實(shí)時(shí)獲取所述轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)試的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩?cái)?shù)據(jù)；
[0016] (5)測(cè)試主機(jī)判斷此時(shí)轉(zhuǎn)矩是否在0. 05Τ和0. 1Τ之間，轉(zhuǎn)速與額定轉(zhuǎn)速η之差是 否在±2%η之間；若同時(shí)滿足上述兩個(gè)條件，則測(cè)試主機(jī)繼續(xù)進(jìn)行后續(xù)加載試驗(yàn)；若不是， 測(cè)試主機(jī)判斷加載測(cè)試平臺(tái)存在故障，中斷測(cè)試；
[0017] (6)通過(guò)所述測(cè)試主機(jī)控制所述四象限變頻器的輸出轉(zhuǎn)矩為T(mén)/m ;并通過(guò)所述測(cè) 試主機(jī)控制所述電機(jī)控制器輸出力矩略大于T/m，加載力矩T被分成m等份;m為大于等于 2的正整數(shù)；
[0018] (7)通過(guò)所述測(cè)試主機(jī)實(shí)時(shí)采集所述轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)試的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩?cái)?shù)據(jù)，并 比較轉(zhuǎn)矩是否為T(mén)/m，轉(zhuǎn)速是否為n，若同時(shí)滿足，則進(jìn)入步驟（8)，否則測(cè)試主機(jī)控制所述 電機(jī)控制器和四象限變頻器停機(jī)；
[0019] (8)通過(guò)測(cè)試主機(jī)增大用于控制電機(jī)控制器4和四象限變頻器10的輸出力矩，增 大量為T(mén)/m，并重復(fù)步驟（6)和步驟（7)直至加載力矩達(dá)到T時(shí)進(jìn)入步驟（9);
[0020] (9)測(cè)試主機(jī)獲取并記錄電機(jī)控制器的輸出電流、電壓波形，電機(jī)控制器內(nèi)部工作 溫度和被測(cè)電機(jī)內(nèi)部工作溫度。
[0021] 其中，所述控制方法還包括加載停止步驟（10):測(cè)試主機(jī)先降低電機(jī)控制器的輸 出力矩至T/3,待轉(zhuǎn)速下降到n/10時(shí)，再降低加載電機(jī)的輸出力矩至T/3 ;最后停止電機(jī)控 制器工作，隨后停止四象限變頻器工作。
[0022] 其中，步驟（6)中，所述電機(jī)控制器的輸出力矩超過(guò)T/m的超出比例范圍在5%以 內(nèi)。
[0023] 其中，步驟（8)中所述增大量T/m不超過(guò)500牛.米。
[0024] 本發(fā)明的特點(diǎn)體現(xiàn)在：
[0025] (1)本發(fā)明的變壓器采用可調(diào)變壓器，可以針對(duì)電動(dòng)輪礦用車電機(jī)控制器的測(cè)試 需求，設(shè)置不同的三相輸出電壓，以考核電機(jī)控制器在不同電壓情況下的性能。
[0026] (2)本發(fā)明構(gòu)建的電機(jī)控制器加載測(cè)試平臺(tái)系統(tǒng)，電機(jī)控制器和被測(cè)電機(jī)可以兼 容不同電壓級(jí)別的電機(jī)型號(hào)，如380VAC到1140VAC，通用性、適用性好。
[0027] (3)本發(fā)明可以通用380VAC三相異步交流電機(jī)作為加載電機(jī)，選擇面廣，易于采 購(gòu)，維護(hù)和保養(yǎng)；
[0028] (4)本發(fā)明采用四象限變頻器和有源濾波器構(gòu)成能量回饋方式，在加載電機(jī)做發(fā) 電方式運(yùn)行時(shí)，將能量反饋至380VAC電網(wǎng)，并具有基本無(wú)線電干擾抑制的凈化濾波功能， 符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。
[0029] (5)本發(fā)明設(shè)置一臺(tái)測(cè)試主機(jī)，通過(guò)通訊總線連接到電機(jī)控制器和四象限變頻器 上，并實(shí)時(shí)采集轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器數(shù)值，采集頻率不低于10Hz。測(cè)試主機(jī)通過(guò)設(shè)置控制流程， 由測(cè)試軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)控制器加載特性的自動(dòng)測(cè)試。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0030] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的三相交流牽引電機(jī)控制器加載測(cè)試平臺(tái)的原理框圖；
[0031] 其中，1為三相380V交流電網(wǎng)，2為可調(diào)變壓器，3為整流器，4為電機(jī)控制器，5為 被測(cè)電機(jī)，6為第一聯(lián)軸器，7為轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器，8為第二聯(lián)軸器，9為加載電機(jī)，10為四象 限變頻器，11為有源濾波器，12為測(cè)試主機(jī)。
[0032] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的測(cè)試主機(jī)電路圖：
[0033] 其中，12-1為一臺(tái)工控機(jī)，12-2為CAN總線通信電路，12-3為RS422串行通信電 路，12-4為RS232串行通信電路。
[0034] 圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的連軸器結(jié)構(gòu)圖：
[0035] 其中，6-1為半聯(lián)軸器（內(nèi)花鍵），連接電機(jī)輸出軸端5和9,6_2為十字軸，6-3為 半聯(lián)軸器（法蘭盤(pán)），連接轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器7,6-4為萬(wàn)向節(jié)。

【具體實(shí)施方式】
[0036] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì) 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。
[0037] 本發(fā)明提供了一種電機(jī)控制器的加載測(cè)試平臺(tái)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)不同電壓情況的電機(jī)加 載測(cè)試要求，并能實(shí)現(xiàn)能量回饋，降低能耗。
[0038] 本發(fā)明提供的電動(dòng)輪礦用車三相交流牽引電機(jī)控制器加載測(cè)試平臺(tái)包括：可調(diào)變 壓器2,整流器3、電機(jī)控制器4、被測(cè)電機(jī)5、加載電機(jī)9、四象限變頻器10、有源濾波器11、 第一聯(lián)軸器6、第二聯(lián)軸器8、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器7和測(cè)試主機(jī)12。被測(cè)電機(jī)和加載電機(jī)通過(guò) 連軸器和轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器互聯(lián)。
[0039] 可調(diào)變壓器2輸入端接380V交流電網(wǎng)1 ;整流器3輸入端接可調(diào)變壓器2的輸出 端；電機(jī)控制器4的直流輸入端接整流器3的輸出端；電機(jī)控制器4的三相輸出端接被測(cè)電 機(jī)5 ;被測(cè)電機(jī)5依次通過(guò)第一聯(lián)軸器6、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器7和第二聯(lián)軸器8連接到加載電 機(jī)9 ;加載電機(jī)9和四象限變頻器10相連；四象限變頻器10與有源濾波器11相連；有源濾 波器11與三相380V交流電網(wǎng)1相連。
[0040] 本發(fā)明中，測(cè)試主機(jī)12與電機(jī)控制器4通過(guò)CAN總線通信電路相連、與四象限變 頻器10通過(guò)RS422串行通信電路相連、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器7通過(guò)RS232串行通信電路相連； 被測(cè)電機(jī)5可以采用具有不同電壓的三相交流異步電機(jī)，加載電機(jī)9用于提供加載力矩，可 以采用額定電壓為380VAC三相交流異步電機(jī)。被測(cè)電機(jī)5的功率和電壓需與電機(jī)控制器 4的功率和電壓匹配。加載電機(jī)9可以選取380VAC的電機(jī)，加載電機(jī)9的功率應(yīng)該具有一 定的余量，一般可以為10% -20%的余量。電機(jī)控制器4具有轉(zhuǎn)矩速度控制功能；電機(jī)控制 器4具有通訊口；可調(diào)變壓器2具有一次端接380V交流電網(wǎng)，二次端輸出電壓可以調(diào)整；調(diào) 整范圍為200VAC至1500VAC。
[0041] 本發(fā)明的特點(diǎn)體現(xiàn)在：
[0042] (1)本發(fā)明的變壓器采用可調(diào)變壓器，可以針對(duì)電動(dòng)輪礦用車電機(jī)控制器的測(cè)試 需求，設(shè)置不同的三相輸出電壓，以考核電機(jī)控制器在不同電壓情況下的性能。
[0043] (2)本發(fā)明構(gòu)建的電機(jī)控制器加載測(cè)試平臺(tái)系統(tǒng)，電機(jī)控制器和被測(cè)電機(jī)可以兼 容不同電壓級(jí)別的電機(jī)型號(hào)，如380VAC到1140VAC，通用性、適用性好。
[0044] (3)本發(fā)明可以通用380VAC三相異步交流電機(jī)作為加載電機(jī)，選擇面廣，易于采 購(gòu)，維護(hù)和保養(yǎng)；
[0045] (4)本發(fā)明采用四象限變頻器和有源濾波器構(gòu)成能量回饋方式，在加載電機(jī)做發(fā) 電方式運(yùn)行時(shí)，將能量反饋至380VAC電網(wǎng)，并具有基本無(wú)線電干擾抑制的凈化濾波功能， 符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。
[0046] (5)本發(fā)明設(shè)置一臺(tái)測(cè)試主機(jī)，通過(guò)通訊總線連接到電機(jī)控制器和四象限變頻器 上，并實(shí)時(shí)采集轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器數(shù)值，采集頻率不低于10Hz。測(cè)試主機(jī)通過(guò)設(shè)置控制流程， 由測(cè)試軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)控制器加載特性的自動(dòng)測(cè)試。
[0047] 對(duì)電機(jī)進(jìn)行額定負(fù)載加載的情況，控制流程描述如下，其它負(fù)載情況可參照?qǐng)?zhí) 行：
[0048] 測(cè)試條件為交流電壓V、加載力矩T，額定轉(zhuǎn)速η。根據(jù)加載試驗(yàn)力矩實(shí)際大小，將 Τ分成m等份，逐次遞增施加的負(fù)載力矩，T/m不超過(guò)500Ν. m。
[0049] 1.通過(guò)測(cè)試主機(jī)分別設(shè)置電機(jī)控制器4和四象限變頻器10工作在力矩控制方式， 控制方法可以采用矢量控制技術(shù)或直接力矩控制技術(shù)，被測(cè)電機(jī)5和加載電機(jī)9旋轉(zhuǎn)方向 應(yīng)相反。并設(shè)置兩臺(tái)電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速為η以避免電機(jī)出現(xiàn)超速狀態(tài)。
[0050] 2.將可調(diào)變壓器1輸出的交流電壓設(shè)置為測(cè)試所需電壓V，并輸出三相交流電壓； 測(cè)試主機(jī)12設(shè)置四象限變頻器10輸出力矩為0. 05Τ，并啟動(dòng)其工作。
[0051] 3.測(cè)試主機(jī)12通過(guò)CAN總線設(shè)置電機(jī)控制器4輸出力矩為0. 1Τ，并啟動(dòng)其工作。
[0052] 4.被測(cè)電機(jī)5帶動(dòng)加載電機(jī)9逐步加速至額定轉(zhuǎn)速η。在此過(guò)程中，測(cè)試主機(jī)12 不停讀取轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器7測(cè)試的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并在測(cè)試主機(jī)12的顯示器上繪制 以時(shí)間為橫坐標(biāo)，轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速為縱坐標(biāo)的實(shí)時(shí)曲線。
[0053] 5.步驟2至步驟4為小力矩試運(yùn)行，測(cè)試主機(jī)12判斷此時(shí)轉(zhuǎn)矩是否在(λ 05Τ和 0. 1Τ之間，轉(zhuǎn)速與額定轉(zhuǎn)速η之差是否在±2% η之間。若是，測(cè)試主機(jī)12繼續(xù)進(jìn)行后續(xù) 加載試驗(yàn)。若不是，測(cè)試主機(jī)12判斷加載測(cè)試平臺(tái)的某一設(shè)備存在故障，中斷測(cè)試。
[0054] 6.測(cè)試主機(jī)12設(shè)置四象限變頻器10的輸出轉(zhuǎn)矩為T(mén)/m。測(cè)試主機(jī)12設(shè)置電機(jī) 控制器4輸出力矩應(yīng)略超過(guò)T/m，超出比例范圍在5%以內(nèi)。
[0055] 7.測(cè)試主機(jī)12實(shí)時(shí)采集轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器7測(cè)試的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并在測(cè)試 主機(jī)12的顯示器上繪制以時(shí)間為橫坐標(biāo)，轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速為縱坐標(biāo)的實(shí)時(shí)曲線。測(cè)試主機(jī)12測(cè) 試軟件比較轉(zhuǎn)矩是否為T(mén)/m，轉(zhuǎn)速是否n，測(cè)試誤差取±2%。滿足條件進(jìn)行下一步，否則測(cè) 試主機(jī)12對(duì)電機(jī)控制器4和四象限變頻器10發(fā)出停機(jī)命令。
[0056] 8.測(cè)試主機(jī)12增大設(shè)置給電機(jī)控制器4和四象限變頻器10的輸出力矩，增大量 為T(mén)/m，重復(fù)步驟6和步驟7,直至加載力矩達(dá)到T。
[0057] 9.此時(shí)本發(fā)明的加載測(cè)試平臺(tái)已完成測(cè)試條件的加載。測(cè)試主機(jī)12通過(guò)CAN總 線獲取并記錄電機(jī)控制器4的輸出電流、電壓波形，電機(jī)控制器內(nèi)部工作溫度和被測(cè)電機(jī) 內(nèi)部工作溫度等參數(shù)。
[0058] 10.加載測(cè)試停機(jī)時(shí)，應(yīng)保證能量逐步下降到較低水平，轉(zhuǎn)速也要降調(diào)至較低水 平。停機(jī)采用下面步驟：測(cè)試主機(jī)12先降低電機(jī)控制器4的輸出力矩至T/3,待轉(zhuǎn)速下降 到n/10時(shí)，再降低加載電機(jī)9的輸出力矩至T/3 ;最后停止電機(jī)控制器4工作，隨后停止四 象限變頻器10工作。
[0059] 如圖1，電動(dòng)輪礦用車電機(jī)控制器地面加載測(cè)試平臺(tái)系統(tǒng)包括：可調(diào)變壓器、整流 器、電機(jī)控制器、被試電機(jī)、聯(lián)軸器、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器、加載電機(jī)、四象限變頻器、有源濾波 器、測(cè)試主機(jī)。
[0060] 可調(diào)變壓器一次端接380V交流電網(wǎng)；整流器輸入接可調(diào)變壓器二次輸出端；電機(jī) 控制器的直流輸入端接整流器的輸出端；電機(jī)控制器的三相輸出端接到被測(cè)電機(jī)；電機(jī)控 制器具有轉(zhuǎn)矩速度控制功能；電機(jī)控制器具有通訊口；被測(cè)電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器和轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳 感器連接到加載電機(jī)；加載電機(jī)和四象限變頻器相連；四象限變頻器與濾波器相連；濾波 器與三相380V交流電網(wǎng)相連；測(cè)試主機(jī)與電機(jī)控制器、四象限變頻器通過(guò)通訊口相連；測(cè) 試主機(jī)還與轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器相連；被測(cè)電機(jī)和加載電機(jī)均為安裝有轉(zhuǎn)速編碼器的交流異步 電機(jī)。
[0061] 可調(diào)變壓器按加載測(cè)試電壓要求，將380V交流電壓變換至電機(jī)控制器及被測(cè)電 機(jī)所需電壓；變壓器輸出的三相交流電輸出至整流器，由整流器變換為直流電壓。整流器內(nèi) 部包含6只二極管和一只電容構(gòu)成無(wú)控全波整流電路。電機(jī)控制器根據(jù)測(cè)試主機(jī)通過(guò)通訊 口發(fā)送的控制指令，將整流器輸入的直流電逆變?yōu)槿嘟涣麟?，控制被測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)；
[0062] 加載電機(jī)由四象限變頻器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制。所述四象限變頻器具有通訊口，該通訊 口連接到測(cè)試主機(jī)上；測(cè)試主機(jī)通過(guò)通訊口發(fā)送指令給四象限變頻器，由四象限變頻器對(duì) 加載電機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)矩控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)加載轉(zhuǎn)矩的控制。
[0063] 被測(cè)電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器帶動(dòng)加載電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，加載電機(jī)工作在發(fā)電狀態(tài)；所述四象限 變頻器具備能量回饋功能。
[0064] 四象限變頻器通過(guò)一個(gè)有源濾波器與380V交流電網(wǎng)相連。
[0065] 有源濾波器具備無(wú)線電子干擾和電網(wǎng)凈化過(guò)濾功能，確保反饋電網(wǎng)的能量能被完 整吸收。
[0066] 加載電機(jī)產(chǎn)生的能量經(jīng)四象限變頻器輸出至有源濾波器，經(jīng)有源濾波器整形凈化 后輸出至三相交流電網(wǎng)；該能量又經(jīng)可調(diào)變壓器后輸出給電機(jī)控制器使用，實(shí)現(xiàn)了交流能 量反饋。
[0067] 加載測(cè)試平臺(tái)系統(tǒng)在加載測(cè)試時(shí)，電機(jī)控制器和被測(cè)電機(jī)從交流電網(wǎng)吸收能量， 加載電機(jī)將該機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，回饋給交流電網(wǎng)，從而形成了一個(gè)能量循環(huán)利用通道，大 大降低了工作能耗。
[0068] 在本發(fā)明實(shí)施例中，被測(cè)電機(jī)和加載電機(jī)為具有轉(zhuǎn)速編碼器的三相交流異步電 機(jī)。被測(cè)電機(jī)型號(hào)規(guī)格與電動(dòng)輪礦用車電機(jī)控制器實(shí)際被控對(duì)象一樣。加載電機(jī)可以選取 380VAC的電機(jī)，功率規(guī)格需要稍大于被測(cè)電機(jī)的功率；所采用的聯(lián)軸器應(yīng)設(shè)計(jì)為帶有萬(wàn)向 節(jié)的結(jié)構(gòu)形式，避免2個(gè)電機(jī)剛性連接對(duì)準(zhǔn)精度不夠時(shí)對(duì)電機(jī)的損壞。
[0069] 如圖2所示，測(cè)試主機(jī)包括工控機(jī)12-1、CAN總線通信電路12-2、RS422通信電路 12-3、RS232通信電路12-4。工控機(jī)12-1上運(yùn)行測(cè)試軟件，按照控制流程工作，并記錄測(cè)試 數(shù)據(jù)。工控機(jī)12-1通過(guò)CAN總線通信電路12-2與電機(jī)控制器4連接，并與之信息傳遞。工 控機(jī)通過(guò)RS422通信電路12-3與四象限變頻器10相連，進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。工控機(jī)通過(guò)RS232 通信電路12-4與轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器7相連，實(shí)時(shí)采集測(cè)試數(shù)據(jù)。
[0070] 如圖3所示，第一聯(lián)軸器6和第二聯(lián)軸器9主要構(gòu)成為：第一半聯(lián)軸器（花 鍵）6-1、十字軸6-2、第二半聯(lián)軸器（法蘭盤(pán)）6-3、萬(wàn)向節(jié)6-4。其中，半聯(lián)軸器（花鍵）6-1 與被測(cè)電機(jī)5和加載電機(jī)9連接，（法蘭盤(pán)）6-3與轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器7相連，十字軸6-2和 萬(wàn)向節(jié)6-4連接兩個(gè)半聯(lián)軸器。此種結(jié)構(gòu)形式的聯(lián)軸器在對(duì)接旋轉(zhuǎn)時(shí)允許在一定的角度范 圍內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，能夠避免直接對(duì)接式聯(lián)軸器安裝精度不夠高時(shí)對(duì)電機(jī)軸產(chǎn)生的損壞。特別適用 于本發(fā)明涉及的較大功率的電機(jī)加載測(cè)試平臺(tái)領(lǐng)域。
[0071] 本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以 限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含 在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種三相交流牽引電機(jī)控制器加載測(cè)試平臺(tái)，其特征在于，包括：可調(diào)變壓器（2)， 整流器（3)、電機(jī)控制器（4)、被測(cè)電機(jī)（5)、加載電機(jī)（9)、四象限變頻器（10)、有源濾波器 (11)、第一聯(lián)軸器（6)、第二聯(lián)軸器（8)、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器（7)和測(cè)試主機(jī)（12); 所述可調(diào)變壓器（2)的輸入端連接交流電網(wǎng)（1);所述整流器（3)的輸入端連接所述 可調(diào)變壓器（2)的輸出端；所述電機(jī)控制器（4)的直流輸入端連接所述整流器（4)的輸出 端；所述電機(jī)控制器⑷的三相輸出端連接所述被測(cè)電機(jī)（5);所述被測(cè)電機(jī)（5)還依次通 過(guò)所述第一聯(lián)軸器（6)、所述轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器（7)和所述第二聯(lián)軸器（8)連接至所述加載電 機(jī)（9);所述加載電機(jī)（9)還與所述四象限變頻器（10)相連；所述四象限變頻器（10)與所 述有源濾波器（11)相連；所述有源濾波器（11)與所述交流電網(wǎng)（1)相連； 所述測(cè)試主機(jī)（12)通過(guò)CAN總線與所述電機(jī)控制器（4)相連，所述測(cè)試主機(jī)（12)通 過(guò)RS422串行通信接口與所述四象限變頻器（10)相連，所述測(cè)試主機(jī)（12)通過(guò)RS232串 行通信接口與所述轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器（7)相連。
2. 如權(quán)利要求1所述的加載測(cè)試平臺(tái)，其特征在于，所述被測(cè)電機(jī)（5)的功率和電壓與 所述電機(jī)控制器（4)的功率和電壓相匹配。
3. 如權(quán)利要求1所述的加載測(cè)試平臺(tái)，其特征在于，所述加載電機(jī)（9)的功率具有 10% -20%的余量。
4. 如權(quán)利要求1所述的加載測(cè)試平臺(tái)，其特征在于，所述可調(diào)變壓器（2)的電壓調(diào)整范 圍為 200VAC 至 1500VAC。
5. 如權(quán)利要求1所述的加載測(cè)試平臺(tái)，其特征在于，所述第一聯(lián)軸器（6)與所述第二聯(lián) 軸器（8)的結(jié)構(gòu)相同，包括第一半聯(lián)軸器、十字軸、第二半聯(lián)軸器和萬(wàn)向節(jié)； 所述第一半聯(lián)軸器為花鍵，用于與所述被測(cè)電機(jī)（5)和所述加載電機(jī)（9)連接，所述第 二半聯(lián)軸器為法蘭盤(pán)，用于與所述轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器（7)相連，所述十字軸和所述萬(wàn)向節(jié)連 接所述花鍵和所述法蘭盤(pán)。
6. -種如權(quán)利要求1所述的三相交流牽引電機(jī)控制器加載測(cè)試平臺(tái)的控制方法，其特 征在于，包括下述步驟： (1) 通過(guò)測(cè)試主機(jī)分別控制所述電機(jī)控制器和所述四象限變頻器工作在力矩控制方 式，且被測(cè)電機(jī)和加載電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向相反；并控制兩臺(tái)電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速為η以避免電機(jī) 出現(xiàn)超速狀態(tài)； (2) 通過(guò)調(diào)節(jié)可調(diào)變壓器使得所述可調(diào)變壓器輸出的交流電壓為測(cè)試所需電壓V，并 輸出三相交流電壓；通過(guò)所述測(cè)試主機(jī)控制所述四象限變頻器輸出力矩為0. 05Τ，并啟動(dòng) 其工作； (3) 通過(guò)測(cè)試主機(jī)控制所述電機(jī)控制器的輸出力矩為0. 1Τ，并啟動(dòng)其工作； (4) 通過(guò)被測(cè)電機(jī)帶動(dòng)加載電機(jī)逐步加速至額定轉(zhuǎn)速η ;在此過(guò)程中，通過(guò)測(cè)試主機(jī)實(shí) 時(shí)獲取所述轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)試的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩?cái)?shù)據(jù)； (5) 測(cè)試主機(jī)判斷此時(shí)轉(zhuǎn)矩是否在0. 05Τ和0. 1Τ之間，轉(zhuǎn)速與額定轉(zhuǎn)速η之差是否在 ±2% η之間；若同時(shí)滿足上述兩個(gè)條件，則測(cè)試主機(jī)繼續(xù)進(jìn)行后續(xù)加載試驗(yàn)；若不是，測(cè)試 主機(jī)判斷加載測(cè)試平臺(tái)存在故障，中斷測(cè)試； (6) 通過(guò)所述測(cè)試主機(jī)控制所述四象限變頻器的輸出轉(zhuǎn)矩為T(mén)/m ;并通過(guò)所述測(cè)試主 機(jī)控制所述電機(jī)控制器輸出力矩略大于T/m，加載力矩T被分成m等份;m為大于等于2的 正整數(shù)； (7) 通過(guò)所述測(cè)試主機(jī)實(shí)時(shí)采集所述轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)試的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩?cái)?shù)據(jù)，并比較 轉(zhuǎn)矩是否為T(mén)/m，轉(zhuǎn)速是否為額定轉(zhuǎn)速n，若同時(shí)滿足，則進(jìn)入步驟（8)，否則測(cè)試主機(jī)控制 所述電機(jī)控制器和四象限變頻器停機(jī)； (8) 通過(guò)測(cè)試主機(jī)增大用于控制電機(jī)控制器4和四象限變頻器10的輸出力矩，增大量 為T(mén)/m，并重復(fù)步驟（6)和步驟（7)直至加載力矩達(dá)到T時(shí)進(jìn)入步驟（9); (9) 測(cè)試主機(jī)獲取并記錄電機(jī)控制器的輸出電流、電壓波形，電機(jī)控制器內(nèi)部工作溫度 和被測(cè)電機(jī)內(nèi)部工作溫度。
7. 如權(quán)利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法還包括加載停止步驟 (10)： 測(cè)試主機(jī)先降低電機(jī)控制器的輸出力矩至T/3,待轉(zhuǎn)速下降到n/10時(shí)，再降低加載電 機(jī)的輸出力矩至T/3 ;最后停止電機(jī)控制器工作，隨后停止四象限變頻器工作。
8. 如權(quán)利要求6所述的控制方法，其特征在于，步驟（6)中，所述電機(jī)控制器的輸出力 矩超過(guò)T/m的超出比例范圍在5%以內(nèi)。
9. 如權(quán)利要求6所述的控制方法，其特征在于，步驟⑶中所述增大量T/m不超過(guò)500 牛.米。
【文檔編號(hào)】G05B23/02GK104122887SQ201410367945
【公開(kāi)日】2014年10月29日 申請(qǐng)日期:2014年7月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月29日
【發(fā)明者】陳公仆, 但春華, 楊雙俊, 邱耀明 申請(qǐng)人:湖北三江航天紅峰控制有限公司