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1、在逆变电源下的异步电动机性能测试：第二部分Howard E. Jordan, Raymond C. Zowarka, Thomas J. Hotz, 和John R. Uglum美国德克萨斯 78712，奥斯汀，奥斯汀中心德克萨斯大学机电学院由于军事，交通和工业要求在更小实体下达到更高的能量，高功率密度电机的发展不断加快。更高速的电机是实现更高功率密度的有效途径，现有的业界测试标准为描述同步和异步电机的特征设了清晰的程序。然而，这些程序只适用于固定频率（通常是60 或 50 赫兹）的电源供应器。因为对于功率为 60 赫兹的机器来说，当它的转速超过每分钟 3600 转时，速度会加快，所以有必要对
2、高频率的机器进行性能测试。一个逆变电源被用来对两个不断加速到每分钟 5000 转的异步电动机（0.5 和 1.0 兆瓦）进行一系列完整的测试。使用功率输出能力有限的非正弦电源要求的测量技术的发展和测试策略与通常使用的 60/50 赫兹测试是有很大不同的。测量谐波丰富的波形的电压、电流和功率的仪表和技术的准确率已经高达只有 1%的误差。锁定转子和击穿扭矩测试通常需要多达千伏安的电流输入电机，比额定载荷高很多。为了达到额定负载要求，改装了一个逆变器大小的电机，来执行锁定转子和击穿扭矩测试。逆变器驱动保护的特点，如，在测试的规划和实施的因素中，变频器内置的反狩猎和电流限制必须考虑进去。测试结果显示在
3、两个配套文件中。本文（第一部分）和异步电动机的分析程序演算的测试结果相关。第 2 部分介绍的测试结果与 Matlab 仿真程序作了比较，并且还提供了有关仪器的全面讨论，这对测试的准确性是必不可少的。有数据的相关测试结果证明，在测试过程中，测试技术的发展对评价高速，高功率密度电机是有帮助的。关键词异步，电机，测试。I 简介同步电机和异步电机的测试方法已经发展了很多年了，并详细记录在 IEEE 标准档案中1 2。因为大多数的电器应用于电力频率，所以预计测试程序以固定频率电源，通常为 50 或 60 Hz 为准。现在越来越多的异步电动机是为逆变器操作而设计的，因此，不限制于 50 - 或 60-赫兹
4、的电力。在 50 或 60 赫兹的电力下测试，并没有提供逆变器供电的电机运行在更高的频率下运行时所需的性能信息。额定功率的变频器为做测试的异步电机供电，作为一个完整的测试的电源，包括：无负载饱和度;锁定转子饱和;击穿扭矩;负载性能;温度测试II. 测试结果与模拟的比较在设计电机特性程序时使用脉冲宽度调制（PWM）驱动，一种参数已知的商业电机先进行测试。作为这一测试的一部分，用 Matlab 模拟此系统。在本文的这部分将会展示实验和模拟的比较。整个实验装置如图 1 所示。图 1.测试东芝 500 马力电机的仪器图逆变器的驱动是一个迈特模型GPD5151600-马力的电机驱动。异步电机是一个500
5、马力的东芝3F4500L3C9632电机模型迈特电机驱动的铭牌数据如下：# G5U-5C00模型S/N 223319-1687马力/千伏安1600佛罗里达州1600输入电压600阶段3赫兹60故障卡10输入放大1800在模拟中，用单极性电压切换的三相脉宽调制电压源的逆变器是用来模拟迈特电机驱动器 3。此电机额定500马力，转速每分钟3580圈，460伏，和60赫兹。感应电机模拟的是在定量转子参考帧下的Matlab仿真电力系统软件异步机。该软件包含几个电机建模。定量转子参考帧4下的异步机转子的参考框架用在这里。模拟的铭牌信息的重要性如表一所示。第一次模拟实验是无负载测试。图2和图3模拟结果的长期
6、行为和实验数据相匹配。图4和图5扩展了PMW的细节，而且再次展示了模拟和试验的良好匹配。第二系列的模拟测试是锁定转子测试。图6和图7展示了模拟的长期行为与实验一致，而且没有偏移和漂移的情况。图8和图9详细展示了PMW的转换在模拟过程中非常良好。至于锁定转子测试，在实验中测量了一个186磅-英尺的扭矩。而模拟实验预计的扭矩为178磅-英尺表一东芝电机模拟输入数据图2. 无负载测试。逆变器的PWM电压，模拟值与实测值。图3.无负载实验。变频器的输出电流，模拟值与实测值。图4. 空载电压，模拟值与实测值的放大视图图5. 空载电流，模拟值与实测值的放大视图图6.锁定转子测试。逆变器的PWM电压，模拟和
7、测量值。图7.锁定转子测试。变频器的输出电流，模拟与实测值。图8. 锁定转子电压，模拟和测量值的放大视图。图9. 锁定转子电流，模拟和测量值的放大视图III. 仪器的选择要求做几次迭代以到达一套可以准确测量PWM输出的仪器。使用四种不同的电压探头，对两个电流监视器进行了评价。第一次使用的电压探头是北星500：1分压器。这些探头是专为单端补偿设计的，但从图1中可看到，要求用不同的方法测量线到线的电压。下一步，使用LEM仪器公司的电压监控器，但发现带宽太窄，不能收集驱动器的2 千赫兹的开关频率。使用Tektonix电压探针，但还是需要补偿探头的差异证明问题。探头可以在一平方的波的频率下得到补偿，但
8、是它不能像测量PMW电压输出那样补偿一系列的频率。表二仪器列表随后，奥斯汀中心的德克萨斯大学机电学院（UT-CEM）建造的电压分压器被用来测量电压，并且已用来测试高电压的电磁炮很多年了。高电压导线被连接到两个系列的 1-K电阻器，然后围绕着一个 Pearson 电流互感器放松 10 倍。输出是与外界隔绝的，不受噪声干扰的。该仪器的问题是电力的电阻随着热量的变化而改变阻值。最后使用的探头是一个测试精密仪器的电池，以单位操作，特别是专门用于测量 PWM 驱动器的输出。这台仪器运行良好。电流测量也得出了类似的评价。测试开始使用的是皮尔森 Pearson电流互感器，但他们并没有在 PWM 的环境下抗噪
9、声干扰能力。从这里对 LEM 仪器公司的电流传感器进行了测试，发现具有良好的抗噪声的特性。关于仪器的讨论在表二中。IV.使用PWM的电机性能的精确性两套完整的无负载和锁定转子测试在用Magnetek 逆变器5作为供电器的东芝500马力，每分钟3580转的电机上运行。所有的数据都被传送到Nicolet数字示波器接口的传感器，然后下载到计算机。经过计算机分析，获得以下参数的基本值和有效值：相电压;相电流;每相的功率;所有三相电力合起来提供总电力表三无负载和锁定转子测试的结果的总结在锁定转子测试时也进行了扭矩测量。扭矩信号被平分以解决瞬时发生的不同情况。本次测试数据进一步分析，以确定其等效电路参数、
10、锁定转子和空载性能。从这一系列的测试中获得的信息可以和由东芝公司提供的电机的数据进行比较。总结结果如表三所示。除R 1和Xm的等效电路参数取决于在锁定转子测试过程中做的测量。二次电路参数，即R2和X2在500马力大小的范围内是非常依赖频率的电机。这是因为在转子条纹里的电流的拥挤效应，通常被称为深纹效应。东芝提供的等效电路参数有可能是在转子频率（滑差频率）约为0.3赫兹时，满负荷运行条件下的参数。逆变器在低频率条件下将无法正常运行。第一个系列的测试时在60赫兹下运转的，这是一贯的工业实践。 R2的测试值和东芝公司的测试值差别有400。因此，第二组测试设备使用10赫兹频率来做锁定转子测试，并且如表
11、三所示，R2的实测值有27和东芝公司的测试值相关。V.总结商用500马力的电机的测试使用的是在第1和第2部分都描述过的用逆变器供电的试验设施，500马力的电机还利用Matlab进行了模拟测试。无负载测试和锁定转子测试的模拟结果和实验结果的比较已经展示过了。两者的结果的一致性很高，给予了测试仪器和过程高度的肯定。最终组合的仪器设备是试过多种不同的测量仪器的组合后的几次迭代的结果。最终的仪器列表展示过了。参考文献1多相感应电动机和发电机的IEEE标准测试，IEEE标准112-1996 ，IEEE，纽约2 IEEE指南：同步电机的试验程序， IEEE标准115-1995 ，IEEE ，纽约。3 N. Mohan, T. M. Undeland, 和 W. P. Robbins, 电力电子转换器的应用和设计， 纽约 : Wiley, 1995.4 P. C. Krause, 电气机械分析.纽约: McGraw Hill, 1986.5 Magentek (现在 Yaskawa) G5-HHP发动 , 575 伏特级别, 1 600 马力.
