交流测功机的控制与应用
仪器信息网 · 2009-05-20 21:40 · 38969 次点击
交流测功机不是变频器+电动机
从电气传动的角度来看,交流测功机是交流传动,即变频器的一种的应用方式。由于设备的特殊性和应用的单一性,长期以来,人们只是把测功机当作是动力试验的负载模拟和能量吸收装置。因而也就习惯性的把交流测功机看作是“变频器+电动机”。这就如同把雷达看作是简单的无线电接受与发射装置一样,是非常片面的。
从控制设备来看,交流传动与交流测功都是使用变频器来控制异步电动机,但两者无论控制对象,工作模式以及技术要求等都有很大的差异。从目前使用情况来看,大家还是停留在变频器的简单使用阶段,对交流测功机控制与应用存在以下需要解决的问题。
(1)交流传动主要是转速控制,其目的是实现无级调速,此时电机工作在电动状态。而交流测功主要是转矩控制,其目的是实现原动机的负载模拟,即加载。此时电机工作在制动状态,控制原动机的转矩并吸收其输出的能量。
就所有的变频器来说,其转速控制特性和精度非常好,但没有考虑交流测功的应用,因此也就没有转矩控制的功能。因此,采取何种策略来控制加载电机的转矩,实现快速而准确的加载,是交流测功机控制的核心问题,也是关键的技术难点。
(2)交流测功机是一种电动加载,同时具有电动机和测功机两种工作模式,由此产生出许多传统测功机所没有的加载方法,如瞬态加载、反拖切换、动态堵转、带载启动、惯量模拟等。这些新的加载方法是交流测功机的特色和亮点,但如何对它们进行规范性的设计,并加以灵活的应用,是推广和应用交流测功机的关键问题。
(3)在绝大多数场合,交流传动只是单一的变速或稳速应用。而交流测功是做动力试验用的,在工作过程中,加载电机的转矩或转速需要按照测试工艺的要求不断的调整和变化,以测试原动机在不同加载条件下的性能参数和特性曲线。
加载过程中的转速、转矩、功率和效率等参数需要通过计算机进行实时采集和分析处理。因此,如何实现计算机对交流测功机、扭矩传感器和功率分析仪等所有的测控设备进行自动控制和数据传输,交流测功机与动力试验系统的综合应用问题。
合成仪器
美国国防部在2002年向国会提交的报告中指出,下一代的测控系统必须是基于现成可用商业技术(COTS)的模块化的硬件和软件,同时强调了软件的能动作用。为此,提出了合成仪器(SyntheticInstrumentation)的新概念。其目的是进一步提高测控系统的通用性、灵活性、可靠性,同时节省研发费用和时间,降低设备成本。
基于同样的设计理念,我们对交流测功机控所需要的全部硬件和软件进行了模块化设计,最终研制出一款新型的D8001型高速可编程交流测功机控制器,为交流测功机的控制与应用提供了新的解决方案和一款性能优良、功能齐全、操作简单、使用方便的测控仪器。
D8001是高标公司所独创的新产品,填补了国内外尚未此项产品的空白。我们所使用的技术全部具有当今交流测功之世界先进水平,包括最新的工业标准技术,实验室技术和自有知识产权技术。
D8001使用的标准和可选配模块如下。全部模块安装在一个19吋2U标准机箱中,工艺先进,结构紧凑,使用方便。其中转矩闭环控制是软件模块,直接安装在变频器主板的内存中。编程接口程序与通讯模块配套使用,安装在计算机上,可供LabVIEW、C++等应用程序调用,实现计算机对D8001的自动控制和数据传输。
显示单元:高亮度荧光数码显示屏(VFD),显示设定值、实际值和控制器状态。
逻辑单元:可编程控制器(PLC),用于控制器的功能设定、状态转换和逻辑控制。
控制单元:高速可编程数字信号处理器(DSP),用于测功机数据采集和分析处理。
供电单元:+5V、+24V、+12V和±15V直流电源,供控制单元和外部传感器用。
可选模块:脉冲编码器适配器,以太通讯模块,扩展数字和模拟输入/输出模块等。
n应用程序:DynoCON交流测功机应用宏。
n控制程序:PI-DTC转矩闭环控制软件模块。
n编程接口:DynoAPI动态链接库文件(DLL)。
n定制程序:Pass/Fail产品的合格/不合格检验。
控制与应用
有了D8001控制器,我们就可以轻轻松松的操作交流测功机了。由于D8001对交流测功机控制与应用的全部功能进行了明确的定义,无论手动操作还是自动控制都非常的简单方便。
开关和按钮
转速和转矩设定
D8001控制器的转矩设定和转速设定使用同一个旋钮,它能够根据运行模式的选择自动转换为转速设定或转矩设定。手动旋钮使用脉冲发生器,设定准确,使用方便,手感极好。
n
启动和停止
转速和转矩设定旋钮带有启动/停止运行功能,按一次旋钮即启动,再按一次则停止。
显示
两行40字符高亮度荧光数码显示屏(VFD)可以显示各个参数的设定值、实际值、计算值以及工作状态。特殊的显示内容可以定制,如产品的合格与不合格(PASS/FAIL)。
工作模式
应用实例
CMTS是高标公司采用交流测功机设计和制造的一种新型伺服系统特性分析与检测平台,主要用于伺服电机与伺服驱动器的集成检测。高标公司独创的转矩闭环控制策略和D8001可编程交流测功机控制器的应用,实现了DTC直接转矩控制与转矩闭环控制的完美结合,极大的提高了测控系统的控制精度和动态响应特性,为实验室和生产线应用的提供了一套技术先进、功能齐全、操作简单、使用方便的智能仪器。在测试精度、测试速度和测试方法等方面都有别于传统的电机测试平台,并有广泛的通用性、灵活性和实用性。
CMTS电机测试系统电气连接如图所示,全部的测控设备实现了模块化和柔性化。主要设备有:
nABB公司ACS800系列变频器,能耗吸收型。
nABB三相异步加载电动机,带脉冲编码器。
nD8001高速可编程交流测功机控制器。
n德国ETH公司扭矩传感器。
nCMTS8.0电机测试软件。
结语
通过对ABB变频器的软件和硬件进行全面的二次开发,以合成仪器的设计思想,为交流测功机的控制与应用提供了全新的解决方案和一款多功能的测控仪器。
由D8001具有高度灵活的编程能力以及丰富的可选配模块,因而可以满足各种交流测功机的应用。D8001可以单独使用,手动操作,也可以与计算机和其它测控设备配搭使用,共同构建出一个模块化、智能化和柔性化的动力试验与测控系统。