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如何讓測功機(jī)技術(shù)更成熟

已被閱讀：6220次作者：測功機(jī)生產(chǎn)企業(yè)

      交流測功機(jī)是電氣傳動，即變頻器的一種特殊的使用方式。由于設(shè)備的特殊性和應(yīng)用的單一性，長期以來，傳統(tǒng)的測功機(jī)只是動力試驗(yàn)的負(fù)載模擬和能量吸收裝置，因而也就習(xí)慣性的把交流測功機(jī)看作是“變頻器+電動機(jī)”。這就如同把雷達(dá)看作是簡單的無線電接受與發(fā)射裝置一樣，是非常片面的。什么是交流測功機(jī)？交流測功機(jī)是一種新型的電力測功器，它使用三相交流異步電機(jī)做原動機(jī)的加載裝置，加載電機(jī)由變頻器提供驅(qū)動電源，并精確的控制其轉(zhuǎn)矩。由此形成對原動機(jī)的負(fù)載模擬和能量吸收。加載電機(jī)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(wǎng)。由此產(chǎn)生兩種規(guī)格的交流測功機(jī)，即能耗吸收型和能量回饋型。關(guān)鍵技術(shù)和難點(diǎn)如何快速而準(zhǔn)確的控制加載電機(jī)的轉(zhuǎn)矩，是交流測功機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)和難點(diǎn)

      直接轉(zhuǎn)矩控制DTC直接轉(zhuǎn)矩控制（DirectTorqueControl）是最新一代的交流異步電機(jī)變頻控制技術(shù)，是交流傳動領(lǐng)域電機(jī)控制方式的一次革命。DTC直接轉(zhuǎn)矩控制對交流測功機(jī)來說是一個最優(yōu)的控制方法，它從零速開始不使用電機(jī)軸上的扭矩傳感器和轉(zhuǎn)速脈沖碼盤，就可以實(shí)現(xiàn)對測功機(jī)的核心變量 3－轉(zhuǎn)矩進(jìn)行直接控制，并具有無以倫比的轉(zhuǎn)矩動態(tài)響應(yīng)，優(yōu)異的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速控制特性，高效節(jié)能和高可靠性。就目前所有的測功機(jī)技術(shù)而言，DTC是最好的，因此成為交流測功機(jī)的首選，簡稱DTC交流測功機(jī)。DTC控制的轉(zhuǎn)矩非常快，但是DTC是開環(huán)控制，沒有扭矩傳感器的信號反饋。閉環(huán)控制提前閉環(huán)我們都會想到PID。PID是一種經(jīng)典的控制策略，有多種算法，可以用PLC，計算機(jī)或?qū)Ｓ玫腜ID模塊來實(shí)現(xiàn)。我們把這種在變頻器之外獨(dú)立完成的控制策略叫做“體外循環(huán)”。根據(jù)我們的實(shí)驗(yàn)，PID存在動態(tài)響應(yīng)慢，啟動過沖和穩(wěn)態(tài)波動等，不適合DTC這種動態(tài)響應(yīng)快的交流測功機(jī)。此外，PID的算法和參數(shù)整定是一個復(fù)雜的問題，針對不同的加載電機(jī)和被測電機(jī)，需要做很多實(shí)驗(yàn)才能找到相對較好的參數(shù)組合。轉(zhuǎn)矩精確控制復(fù)合制導(dǎo)是導(dǎo)彈的專業(yè)術(shù)語，是說采用多種制導(dǎo)手段來提高導(dǎo)彈探測、跟蹤和攻擊目標(biāo)的精度，實(shí)現(xiàn)精確打擊，減少平民傷亡。制導(dǎo)手段有雷達(dá)、激光、遠(yuǎn)紅外、CCD和GPS等。基于復(fù)合制導(dǎo)的戰(zhàn)術(shù)思想，我們給交流測功機(jī)在DTC和PID轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制的基礎(chǔ)上使用了復(fù)合控制策略，實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)矩的精確控制。我們把這種高標(biāo)獨(dú)創(chuàng)的、全球唯一的、性能特別優(yōu)異的控制策略稱為STP轉(zhuǎn)矩精確控制（STP是高標(biāo)公司的簡寫），其主要特點(diǎn)是，精確控制由PID，誤差控制等復(fù)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(xié)調(diào)統(tǒng)一。這種控制模式我們叫“體內(nèi)循環(huán)”。測功機(jī)技具有DTC（開環(huán)）和PID（閉環(huán)）兩種控制模式，動態(tài)特性完全相同，可任意轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)矩誤差值絕對可控，與傳感器量程無關(guān)。

      最高控制精度0.2Nm。解決了PID參數(shù)對閉環(huán)可能造成的影響，全量程范圍內(nèi)無過沖，無波動。技術(shù)指標(biāo)動態(tài)響應(yīng)時間：轉(zhuǎn)矩控制精度：0.2Nm（0.5%），絕對值測功機(jī)技調(diào)速范圍：0–電機(jī)最高轉(zhuǎn)速測功機(jī)技抗干擾眾所周知，VVVF變頻器的IGBT輸出端為PWM，存在嚴(yán)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(jī)的動力電纜上。如何抗電氣干擾，是測控系統(tǒng)的另一個關(guān)鍵的技術(shù)和難點(diǎn)。高標(biāo)的方案很簡單直接，就是把扭矩閉環(huán)放到變頻器里面，與變頻器高度集成，協(xié)調(diào)統(tǒng)一，如同變頻器增加了轉(zhuǎn)矩閉環(huán)功能。最關(guān)鍵的是抗干擾，因?yàn)樽冾l器在正常工作，絕對的可靠。扭矩傳感器信號直接進(jìn)入變頻器，省掉價格不菲的A/D采集卡。數(shù)據(jù)采集精度24位，內(nèi)部運(yùn)算48位，動態(tài)響應(yīng)小于5豪秒。變頻器的數(shù)據(jù)通過TCP以太網(wǎng)接入電腦，最高速率可達(dá)100MHz。眾所周知，以太TCP網(wǎng)是目前最安全可靠的網(wǎng)絡(luò)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(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、功率等信號實(shí)施連接。編程接口以動態(tài)數(shù)據(jù)庫函數(shù)DLL的形式安裝在電腦。 5交流測功機(jī)，新的時代從動力試驗(yàn)的發(fā)展歷程和實(shí)驗(yàn)方法來看，現(xiàn)代的動力試驗(yàn)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩和功率等基本參數(shù)的測試，交流測功機(jī)也不僅僅只是完成單一的負(fù)載模擬和能量吸收功能。先進(jìn)的交流傳動技術(shù)促進(jìn)了交流測功機(jī)技術(shù)的成熟與發(fā)展，為現(xiàn)代動力試驗(yàn)設(shè)備提供了諸多新的解決方案和測控手段，為提高發(fā)動機(jī)、電動機(jī)、汽車等動力設(shè)備和車輛的總體性能發(fā)揮了前所未有的作用，開創(chuàng)了動力試驗(yàn)新的時代。我們始終認(rèn)為，動力試驗(yàn)是一個專業(yè)，交流測功機(jī)是一門技術(shù)。只有從技術(shù)的角度和專業(yè)的高度去研究和開發(fā)交流測功機(jī)，才能做出性能優(yōu)良、質(zhì)量可靠的動力試驗(yàn)系統(tǒng)。重慶高標(biāo)科技有限公司長期致力于交流測功機(jī)的研究與開發(fā)，為電動機(jī)、發(fā)動機(jī)、發(fā)電機(jī)、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(jìn)的解決方案和成套測控設(shè)備。我們的宗旨是：動力實(shí)驗(yàn)，交流測功，高標(biāo)科技，助你成功！ 6電動機(jī)交流測功機(jī)使用三相異步電機(jī)，為了適應(yīng)變頻器控制，最好使用變頻調(diào)速電機(jī)。7QABP系列變頻調(diào)速三相異步電動機(jī)QABP系列三相異步變頻調(diào)速電機(jī)是上海ABB電機(jī)公司的產(chǎn)品，功率范圍2.1–315kW。QABP系列變頻調(diào)速三相異步電動機(jī)集國內(nèi)外同類產(chǎn)品之優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用計算機(jī)輔助設(shè)計技術(shù)進(jìn)行設(shè)計。電機(jī)采用耐電暈復(fù)合漆包線，運(yùn)用ABB專有技術(shù)，降低或杜絕軸電流，大幅減少了軸承故障。電機(jī)設(shè)計合理，可與國內(nèi)外同類型變頻裝置配套，互換性，通用性強(qiáng)。QABP的缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量大，不適合高動態(tài)響應(yīng)測試項(xiàng)目。

      測功機(jī)技系列交流伺服變頻主GM7系列交流伺服變頻主軸電機(jī)是武漢登奇電機(jī)公司的產(chǎn)品，主要用于數(shù)控機(jī)床，俗稱電主軸。GM7的主要優(yōu)點(diǎn)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(zhuǎn)速可達(dá)6,000或8,000r/min。測功機(jī)技轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、功率特性變頻器控制的異步電機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性分為兩段：0到額定轉(zhuǎn)速為恒轉(zhuǎn)矩，額定轉(zhuǎn)速到最高轉(zhuǎn)速為恒功率。轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩和功率三者之關(guān)系： 7P=nxT/9550P功率【kW】，n轉(zhuǎn)速【r/min】，T轉(zhuǎn)矩【Nm】。扭矩傳感器為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制，需要在電機(jī)的傳動軸上安裝扭矩傳感器。量程與電機(jī)額定扭矩相當(dāng)，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(biāo)是動態(tài)響應(yīng)時間。德國ETH公司BKTR系列傳感器的動態(tài)響應(yīng)時間，也即10%到90%的上升時間（Risetime10-90%）是2ms。這符合DTC高精度轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制的要求。