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电力测功机工作原理

电力测功机工作原理:

一、测功机慨说:

作为动力及其传输机械加载试验的最重要设备,传统有:水力测功

机/电涡流测功机/磁纷制动器/磁滞测功机……等等(当然还有较少

应用的液压加载/机械加载等).他们都是被动式/无源型/耗能型的,

不但浪费能源,而且加载特性不好，例如：

水力测功机/电涡流测功机都是靠水冷却带走加载能量,而且只能

在较高转速下才能稳定加载,低速加载特性不好.

磁纷制动器只适合小功率/较低转速下加载.

磁滞测功机只适合小扭矩/小功率加载.

机械加载和液压加载目前已经很少被采用.

电力测功机即电回馈加载其加载能量回馈利用,特别是在大功率加

载试验和寿命老化试验时,其节能效果非常可观(节能效果取决于试

验台的传动效率,一般都在70%左右),从而使得试验台运行成本大大

降低.而且因此实验室的配电容量也可以大大减少,从而其试验台投

资成本也大大节约;

电力测功机加载特性非常好,无论是高转速还是低转速(极低转速

甚至是零转速下)都能进行稳定加载,而且其加载稳定性是以往任何

加载设备所不能比拟的!(额定转速以下恒扭矩加载,额定转速以上恒

功率加载).

电力测功机有直流电力测功机和交流电力测功机之分.

直流电力测功机由于直流电机整流子需要专业维护,无法高转速

运转,而且逆变器回馈质量不好,功率因数较低,容易引起颠覆故障,

特别是在较大功率时.因此现在我们一般不建议采用.

交流电力测功机即交流变频回馈加载,由于是采用了标准的变频

(或侍服)电机和四象限变频器设计制造,高低转速均可使用,而且其

可靠性(免维护性)非常好;回馈质量好(波形畸变好于5%甚至可以做

当电机工作在电动状态的时候，整流控制单元的DSP产生6路高

频的PWM脉冲控制整流侧的6个IGBT的开通和关断。IGBT的开通和

关断与输入电抗器共同作用产生了与输入电压相位一致的正弦电流

波形，这样就消除了二极管整流桥产生的谐波。功率因数高达99%。

消除了对电网的谐波污染。此时能量从电网经由整流回路和逆变回路

流向电机，变频器工作在第一、第三象限。输入电压和输入电流的波

形如图2所示。

当电动机工作在发电状态的时候，电机产生的能量通过逆变侧的

IGBT回馈到直流母线，当直流母线电压超过一定的值，整流侧能量

回馈控制部分启动，将直流逆变成交流，通过控制逆变电压相位和幅

值将能量回馈到电网，达到节能的效果。此时能量由电机通过逆变侧、

整流侧流向电网。变频器工作在二、四象限。输入电抗器的主要功能

是电流滤波。回馈电流和电网电压波形如图3所示：

整流部分系统控制方框图如图4所示。

如图4所示，系统的给定是直流母线电压指令，这个指令与直流母

线电压反馈的误差送到电压环的PI调节器。电压环的PI调节与三相

输入正弦波的乘积成为三相电流的指令，三相电流指令与各自电流所

馈作比较，误差送到电流环的PI调节器。电流环PI调节器的输出可

以通过载波调制产生各相IGBT的PWM控制信号，也可以通过空间矢

量的方式产生PWM信号控制IGBT。上述的运算都是通过DSP完成的。

四象限变频器的典型应用是具有位势负载特性的场合，倒如掉升

机，机车牵引，油田磕头机，离心机等。

以提升机的应用为倒，当提升重物时，四象限变频器拖动电机克服

重力做工，电动机处于电动状态。当下放重物时，逆变侧产生励磁电

流，重力牵引电机发电，电动机处于发电状态。势能转化为电能通过

整流侧回馈的电网。

特别是在加载试验台上,四象限变频器的成功应用使得在以前由

于价格昂贵/可靠性欠佳而很少能够被用户采用的电力测功机得到了

迅速的普及和应用.

采用带有PWM控制整流器变频器具有四象限运行的功能，能满足各

种位势负载的调速要求，可就电机的再生能量转化为电能送回电网，

达到最大限度的节能的目的。不仅如此，它还可减少电源的谐波污染，

功率因数可接近于1，是一种真正的“绿色”变频器。

四.四象限变频器在电力测功机上的应用:

四象限变频器应用于电力测功机,作为加载(扭矩)控制和能量回

馈的控制器具有以下无可比拟的优点:

1.加载特性好:由于采用四象限变频器作为加载控制器,测功机

成为了一种主动型/有源型负载(而非类似电涡流测功机等那样的被

动型/无源型),从而使得测功机高低转速,甚至在极低的转速下都能

够稳定的进行加载(额定转速以下恒扭矩加载特性,额定转