電力測功機能量回饋單元的設計
劉述喜1， 李 山1， 蔣紅云2， 葉彬強1， 李鵬1， 徐波1
（1重慶理工大學電氣工程與自動化系，重慶400050； 2攀鋼集團信息工程技術有限公司，四川攀枝花617000）
摘要：電力測功機由負載電機及其變頻控制裝置組成，工作在第二象限。針對其再生能量，對比分析了幾種常用的能量處理方式，主要介紹了能量回饋單元的主電路及其控制電路設計，并進行了仿真分析和試驗研究。結果表明，該能量回饋單元結構簡單、控制容易，實現l再生能量的高效率同饋電網。
關鍵詞：電力測功機；能量回饋；有源逆變
中圖分類號：TM302文獻標識碼：A文章編號：1673-6140( 2009) 11-0061-05
O 引 言
測功機是機械傳動試驗臺、發動機及電機性能測試臺等試驗裝置中的核心設備。傳統的電渦流機和水渦輪機是將所吸收的功率以強迫風冷或循環水冷的方式消耗掉，這不僅白白浪費能源，還使得整個設備非常復雜和笨重，動態性能及控制特性電很差，崗位勞動強度大。而電力測功機吸收的功率可以返回到電網或與其他電動裝置形成能量循環，是電渦流機和水渦輪機的理想替代產品【1-2】。電力測功機目前大都采用直流測功電機，這是因為直流電機的調速性能好，控制簡單，但直流電機由于換向器的影響，不能適用于高速運行，因此在轉速很高的情況下，往往采用機械減速裝置，使系統復雜且噪聲增大。而交流電力測功機由于不存在換向器問題，結構簡單，可靠性高，隨著電力電子技術的發展，交流傳動系統在靜、動態性能上得到了顯著提高，可與直流傳動相媲美【3-5】。在不久的將來，直流電力測功機將逐漸被淘汰，交流電力測功機將代表其發展方向。
交流測功機主要由交流電機和變頻器組成，既能工作于電動狀態做拖動用，又能工作在發電狀態做負載用。使用的交流電機主要有繞線式異步電機和籠型異步電機，前者結構稍復雜、價格較貴、****轉速不能太高，一般3000 r/min左右；后者轉子輕、結構簡單、能形成四象限運行、高速性好，在交流測功機應用領域中的前景被看好【2】。
1 電力測功機中再生能量的處理
電機動態測試系統是常見的電力測功機之一，如圖l所示，被測電機和負載電機同軸相連。同軸相連的兩行電機之間的電磁轉矩有如下
式(l)是測功機系統建模時要考慮的動力學方程。
對于采用交直流電壓型逆變器拓撲結構的電力測功機來說，測功電機工作在第二象限即異步發電狀態，由原動機驅動測功電機的轉子運轉，轉子的機械能轉換為電能流向整流器直流側，而一般整流器是由二極管構成的橋式電路，能量無法回饋到電網，只能對濾波電容器充電而使電源電壓升高，稱做泵升電壓。如果泵升電壓過高，會威脅系統的安全，因此必須采取相應的措施。如果要讓電容器全部吸收回饋能量，將需要很大的電容量，在不希望使用大量電容器（在容量為幾千瓦的調速系統中，電容至少要幾千微法），從而大大增加調速裝置的體積和重量時，可以采用由分流電阻和開關管組成的泵升電壓限制電路，接在直流母線之問，特能量釋放，如圖2所示。當YTb導通時，能量消耗在鎮流電阻Rb上。但是該方法有很多缺點：首先由于電阻發熱，環境溫度升高，影響系統的可靠性；其次相應的泵升電阻必須設計得足夠大，功率也相應增大，這對整個系統的可靠性不利；第三，由于制動電阻放電時受電阻設計溫升的限制，只能規定在較短時間的制動；另一方面，這種依靠電阻放電的制動模式無法實現快速的動態響應；而對大功率變頻器，電阻制動更為困難；另外，外加泵升電路將能量消耗在電阻中，能量白口損失掉，末達到節能的目的。因此，將這部分能量回送到電網中很有必要【4】。
交流測功機既可以工作在電動狀態，做拖動用，又可以工作在發電狀態，做負載用，而且有可能處于連續工作模式，因此通過能耗電阻來抑制直流母線泵升電壓是不現實的。對于采用交直流電壓型逆變器 |
