1引言

新設(shè)計(jì)的交流電機(jī)在正式投產(chǎn)前要對樣機(jī)進(jìn)行型式試驗(yàn);電機(jī)出廠前要進(jìn)行出廠試驗(yàn)，而且還要抽樣進(jìn)行型式試驗(yàn)。傳統(tǒng)的電機(jī)試驗(yàn)方式操作十分復(fù)雜，需要人為的加載、調(diào)壓和記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)等，而且試驗(yàn)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(dòng)電機(jī)試驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了良好的技術(shù)條件。

2試驗(yàn)系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)

電機(jī)試驗(yàn)自控系統(tǒng)配置如圖1所示，系統(tǒng)上位機(jī)人機(jī)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softplc軟件winac，下掛s7-200plc和兩臺(tái)西門子的masterdrives系列的變頻器作為從站。plc、變頻器和上位機(jī)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。s7-200plc用于采集電機(jī)溫度、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、和完成電氣控制。兩臺(tái)變頻器一臺(tái)作為被試電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源，另一臺(tái)為陪試電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源，陪試電機(jī)的主要作用是給被試電機(jī)加負(fù)載，根據(jù)被試電機(jī)需要的負(fù)載情況不斷的改變負(fù)載轉(zhuǎn)矩。

試驗(yàn)系統(tǒng)中被試電機(jī)和陪試電機(jī)同軸硬聯(lián)接，考慮到兩臺(tái)電機(jī)在試驗(yàn)過程中總有一臺(tái)處于電動(dòng)狀態(tài)，另一臺(tái)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(jī)組供電。這樣可以只用一臺(tái)發(fā)電機(jī)組給兩臺(tái)逆變器供電。而且由于處于發(fā)電狀態(tài)的電機(jī)回饋的電能可供處于電動(dòng)狀態(tài)的電機(jī)使用，發(fā)電機(jī)組的容量和一臺(tái)電機(jī)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(dòng)單元和制動(dòng)電阻。試驗(yàn)系統(tǒng)要求發(fā)電機(jī)組可提供0~1000v可調(diào)的直流電壓。

本試驗(yàn)系統(tǒng)用于測試湘潭電機(jī)廠與日本東洋電機(jī)株式會(huì)社合作生產(chǎn)的180kw/550v的電力機(jī)車交流牽引電機(jī)，主要進(jìn)行電機(jī)溫升試驗(yàn)、特性曲線試驗(yàn)、空載試驗(yàn)、堵轉(zhuǎn)試驗(yàn)、超速試驗(yàn)、起動(dòng)試驗(yàn)等。

根據(jù)試驗(yàn)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(yàn)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(dòng)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(dòng)完成多種試驗(yàn)成為可能。試驗(yàn)操作員不需要了解變頻器，只需要清楚試驗(yàn)步驟，選定要進(jìn)行的試驗(yàn)項(xiàng)目就可以自動(dòng)完成電機(jī)的試驗(yàn)過程。

3電機(jī)試驗(yàn)

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

（1）堵轉(zhuǎn)試驗(yàn)

堵轉(zhuǎn)試驗(yàn)是電機(jī)出廠的一個(gè)基本試驗(yàn)，試驗(yàn)前需要用機(jī)械堵住電機(jī)，然后給電機(jī)供電，讓電機(jī)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(jī)的電壓，功率、功率因數(shù)等參數(shù)，在做堵轉(zhuǎn)試驗(yàn)的時(shí)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(shí)候也需要注意，需要根據(jù)電機(jī)的特點(diǎn)改變電壓和頻率，不要造成瞬時(shí)過流的情況。

（2）特性曲線試驗(yàn)

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

（3）起動(dòng)試驗(yàn)

在電機(jī)試驗(yàn)系統(tǒng)中另一個(gè)難度比較大的試驗(yàn)為起動(dòng)試驗(yàn)，需要在電機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)的情況下測量電機(jī)的起動(dòng)的最大轉(zhuǎn)矩。在這個(gè)試驗(yàn)中，使用了西門子masterdriver變頻器的brakecontrol功能。讓陪試機(jī)處于抱閘狀態(tài)，設(shè)定它的最大穩(wěn)定電流，就可以實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)的要求狀態(tài)。

4通訊

在整個(gè)電機(jī)試驗(yàn)系統(tǒng)中，不同的試驗(yàn)對變頻器的工作模式和保護(hù)參數(shù)有不同的要求。作為一個(gè)實(shí)用的試驗(yàn)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(yàn)要求，通過plc和變頻器的通訊來修改變頻器的各項(xiàng)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(jìn)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(bào)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(jī)試驗(yàn)系統(tǒng)中，筆者需要修改變頻器參數(shù)，而且需要實(shí)時(shí)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(gè)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(jìn)行編程便可實(shí)現(xiàn)上述功能了。

5結(jié)束語

采用plc和變頻器組成電機(jī)自動(dòng)試驗(yàn)系統(tǒng)，在國內(nèi)電機(jī)試驗(yàn)行業(yè)中尚屬首次使用，并得到湘潭電機(jī)廠與日本東洋電機(jī)株式會(huì)社的肯定。本自動(dòng)試驗(yàn)已經(jīng)在湘潭電機(jī)廠小電機(jī)車間穩(wěn)定運(yùn)行一年。電機(jī)自動(dòng)試驗(yàn)比以前的手工試驗(yàn)，有以下幾個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)：

（1）增加了試驗(yàn)測量的準(zhǔn)確性

首先是從讀數(shù)方式上有了根本的改進(jìn)，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(shí)機(jī)更加準(zhǔn)確，很多試驗(yàn)都需要讀取瞬時(shí)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(shí)機(jī)，本系統(tǒng)中數(shù)據(jù)記錄由plc自動(dòng)選擇時(shí)機(jī)，所以讀取數(shù)據(jù)的時(shí)機(jī)更加準(zhǔn)確，不受人為因素影響;

（2）降低了對操作者的要求

手動(dòng)操作時(shí)，試驗(yàn)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(xiàng)參數(shù)和功能，本系統(tǒng)中操作員只需要了解試驗(yàn)步驟就可以進(jìn)行操作;

（3）系統(tǒng)的安全性得到提高

試驗(yàn)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(yàn)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(yàn)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(yàn)項(xiàng)目，輸入被試電機(jī)的額定參數(shù)，系統(tǒng)即可自動(dòng)完成試驗(yàn)的全過程，并生成報(bào)表按試驗(yàn)報(bào)告的形式打印輸出;試驗(yàn)數(shù)據(jù)也可貯存在電腦中;完成一臺(tái)電機(jī)的試驗(yàn)由原來手工操作時(shí)的1~2h縮短到20min，做到快速、準(zhǔn)確、安全。