1 引言

　　新設(shè)計的交流電機在正式投產(chǎn)前要對樣機進行型式試驗;電機出廠前要進行出廠試驗，而且還要抽樣進行型式試驗。傳統(tǒng)的電機試驗方式操作十分復(fù)雜，需要人為的加載、調(diào)壓和記錄試驗數(shù)據(jù)等，而且試驗效果不是十分理想，工作效率低。隨著變頻技術(shù)的發(fā)展，變頻器為用戶提供的功能越來越多樣化，而且接口更加友好，為全自動電機試驗系統(tǒng)的設(shè)計提供了良好的技術(shù)條件。

2 試驗系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)

　　電機試驗自控系統(tǒng)配置如圖1所示，系統(tǒng)上位機人機界面系統(tǒng)采用西門子公司的wincc組態(tài)軟件，主控制站選用西門子基于pc的 soft plc軟件winac，下掛s7-200 plc和兩臺西門子的masterdrives系列的變頻器作為從站。plc、變頻器和上位機之間統(tǒng)一采用profibus-dp通訊網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接。其中winac為控制系統(tǒng)的控制中心，負(fù)責(zé)完成通訊控制及與wincc、plc、變頻器的數(shù)據(jù)交換。s7-200 plc用于采集電機溫度、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、和完成電氣控制。兩臺變頻器一臺作為被試電機的驅(qū)動電源，另一臺為陪試電機的驅(qū)動電源，陪試電機的主要作用是給被試電機加負(fù)載，根據(jù)被試電機需要的負(fù)載情況不斷的改變負(fù)載轉(zhuǎn)矩。

　　試驗系統(tǒng)中被試電機和陪試電機同軸硬聯(lián)接，考慮到兩臺電機在試驗過程中總有一臺處于電動狀態(tài)，另一臺處于發(fā)電狀態(tài)，兩變頻器選用直流母線方式工作的逆變器，由發(fā)電機組供電。這樣可以只用一臺發(fā)電機組給兩臺逆變器供電。而且由于處于發(fā)電狀態(tài)的電機回饋的電能可供處于電動狀態(tài)的電機使用，發(fā)電機組的容量和一臺電機相匹配甚至更小均可滿足要求，直流母線上也不需要配置制動單元和制動電阻。試驗系統(tǒng)要求發(fā)電機組可提供0~1000v可調(diào)的直流電壓。

　　本試驗系統(tǒng)用于測試湘潭電機廠與日本東洋電機株式會社合作生產(chǎn)的180kw/550v的電力機車交流牽引電機，主要進行電機溫升試驗、特性曲線試驗、空載試驗、堵轉(zhuǎn)試驗、超速試驗、起動試驗等。

　　根據(jù)試驗要求，需要變頻器能夠提供0~180hz間的變頻電源，輸出電壓范圍0~750v，并且大部分試驗都要求變頻器能夠分開調(diào)節(jié)變頻器輸出的頻率和電壓。所以普通的變頻器都不能滿足要求。而西門子的masterdrives系列變頻器是工程型變頻器，它采用矢量控制，具有頂級的控制特性;變頻器的電壓和頻率可以分開控制，具有很高的靈活性。

　　masterdrives系列變頻器提供了開放式的通訊功能，plc程序通過網(wǎng)絡(luò)通訊的方式可自動修改和讀取變頻器中的任意參數(shù)，這就使得用戶可以通過遠(yuǎn)程的操作自動完成多種試驗成為可能。試驗操作員不需要了解變頻器，只需要清楚試驗步驟，選定要進行的試驗項目就可以自動完成電機的試驗過程。

3 電機試驗

　　牽引電機的型式試驗和出廠試驗有著非常嚴(yán)格的要求，不同的試驗對試驗系統(tǒng)的要求都不一樣，下面將介紹幾種主要的電機試驗的要求并提供解決方案。

　?。?） 堵轉(zhuǎn)試驗

　　堵轉(zhuǎn)試驗是電機出廠的一個基本試驗，試驗前需要用機械堵住電機，然后給電機供電，讓電機在額定電壓或者指定的低頻電壓下通上額定電流，測量電機的電壓，功率、功率因數(shù)等參數(shù)，在做堵轉(zhuǎn)試驗的時候，需要使用變頻器u、f分開控制的控制方法。在改變頻率和電壓的時候也需要注意，需要根據(jù)電機的特點改變電壓和頻率，不要造成瞬時過流的情況。

　?。?） 特性曲線試驗

　　特性曲線試驗是電機特性的一個重要試驗，按固定的v/f曲線在不同的頻率工作點給被試電機加負(fù)載直至達(dá)到被試電機的額定電流，測試被試機在不同的頻率情況下額定負(fù)載運行時的轉(zhuǎn)矩、功率等參數(shù)。特性試驗的關(guān)鍵在于給被試電機加載。電機在運行過程中，各項參數(shù)都是動態(tài)變化的，所以不可能加載一個固定的負(fù)載于電機，在控制策略中，筆者選擇了閉環(huán)控制，實時調(diào)節(jié)陪試機的輸出負(fù)載使被試電機的額定電流保持在所要求的值。

　　（3） 起動試驗

　　在電機試驗系統(tǒng)中另一個難度比較大的試驗為起動試驗，需要在電機不轉(zhuǎn)動的情況下測量電機的起動的最大轉(zhuǎn)矩。在這個試驗中，使用了西門子masterdriver變頻器的brakecontrol功能。讓陪試機處于抱閘狀態(tài)，設(shè)定它的最大穩(wěn)定電流，就可以實現(xiàn)試驗的要求狀態(tài)。

4 通訊

　　在整個電機試驗系統(tǒng)中，不同的試驗對變頻器的工作模式和保護參數(shù)有不同的要求。作為一個實用的試驗系統(tǒng)，不可能要求操作人員不斷地修改變頻器的設(shè)定參數(shù)。

　　本系統(tǒng)可根據(jù)試驗要求，通過plc和變頻器的通訊來修改變頻器的各項參數(shù)。變頻器和plc之間的通訊量非常大，因此選擇合適的傳輸速率和通訊協(xié)議對于系統(tǒng)起著非常關(guān)鍵的作用。筆者在系統(tǒng)中采用了profibus-dp協(xié)議來進行數(shù)據(jù)交換，其中可用的數(shù)據(jù)為參數(shù)過程數(shù)據(jù)對象（即ppo）。在這種數(shù)據(jù)傳輸方式下，數(shù)據(jù)報文的編碼結(jié)構(gòu)如圖2所示。其中pkw為參數(shù)標(biāo)識符值，它在變頻器和plc的數(shù)據(jù)交換中主要用來修改變頻器的參數(shù);pzd為過程數(shù)據(jù)，它在變頻器和plc的數(shù)據(jù)交換中主要用來給變頻器寫控制字，從變頻器中讀取狀態(tài)字，以及交換中間變量。ppo數(shù)據(jù)類型有五種，分別適用于不同的應(yīng)用場合，由于在電機試驗系統(tǒng)中，筆者需要修改變頻器參數(shù)，而且需要實時的讀取變頻器的輸出電流、電壓、功率等參數(shù)，所以需要選用有參數(shù)區(qū)，且有十個字過程數(shù)據(jù)的ppo5數(shù)據(jù)類型。在選擇好通訊協(xié)議和交換數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)類型之后，只需要在plc中進行編程便可實現(xiàn)上述功能了。

5 結(jié)束語

　　采用plc和變頻器組成電機自動試驗系統(tǒng)，在國內(nèi)電機試驗行業(yè)中尚屬首次使用，并得到湘潭電機廠與日本東洋電機株式會社的肯定。本自動試驗已經(jīng)在湘潭電機廠小電機車間穩(wěn)定運行一年。電機自動試驗比以前的手工試驗，有以下幾個方面的優(yōu)點：

　?。?） 增加了試驗測量的準(zhǔn)確性

　　首先是從讀數(shù)方式上有了根本的改進，系統(tǒng)中收集數(shù)據(jù)都是通過網(wǎng)絡(luò)傳輸，消除了讀數(shù)誤差;其次，獲取數(shù)據(jù)的時機更加準(zhǔn)確，很多試驗都需要讀取瞬時數(shù)據(jù)，如果通過儀表讀數(shù)、測量，常常不能準(zhǔn)確的選擇讀數(shù)時機，本系統(tǒng)中數(shù)據(jù)記錄由plc自動選擇時機，所以讀取數(shù)據(jù)的時機更加準(zhǔn)確，不受人為因素影響;

　?。?） 降低了對操作者的要求

　　手動操作時，試驗操作員需要了解很多交流調(diào)速的知識，而且要熟悉變頻器的各項參數(shù)和功能，本系統(tǒng)中操作員只需要了解試驗步驟就可以進行操作;

　?。?） 系統(tǒng)的安全性得到提高

　　試驗過程中任何一部分出現(xiàn)故障，都能夠在上位組態(tài)軟件wincc的試驗畫面中準(zhǔn)確的反應(yīng)出來，并且給操作員提供相應(yīng)的排除故障方案;

　　（4） 試驗效率大大提高

　　操作人員只需在電腦的操作畫面上選擇試驗項目，輸入被試電機的額定參數(shù)，系統(tǒng)即可自動完成試驗的全過程，并生成報表按試驗報告的形式打印輸出;試驗數(shù)據(jù)也可貯存在電腦中; 完成一臺電機的試驗由原來手工操作時的1~2h縮短到20min，做到快速、準(zhǔn)確、安全。