变频调速闭环运行实验用假负载设计开发

1 引言
变频调速技术是国家规定的电工技师和高级电工技师“四新”技术之一。在变频调速技术实验中变频调速闭环运行实验最具现实意义的实验。由于在实验室难于解决电动机负载问题，导致该实验项目不能进行。为此，我们开发了适用于实验室的电动机假负载，解决这一难题。

2 原理简介
变频调速闭环运行实验中，最大的难题是适合于实验室环境使用、且特性接近于工业现场实际的负载。智能变频调速闭环运行实验用假负载是根据直流电动机在恒磁通条件下，转矩与电枢电流成正比的特点。采用智能恒流源为直流电动机电枢供电，即可连续产生不同的转矩输出。将直流电动机与变频调速闭环运行的实验电动机转轴反向连接，利用直流电动机反转产生的力矩作为假负载，即可为变频调速闭环运行的实验电动机提供负载。通过选择智能恒流源程序，可以模拟多种工业现场的转矩变化，圆满地 解决了变频调速闭环运行实验的电动机负载难题，使这项实验得以进行。实验装置的基本结构如图1所示。

图1 实验装置的基本结构图

智能仿真变频调速闭环运行实验用假负载不仅使用于该实验，而且可以作为其它电力拖动系统设计中的调整或测试。

2.1 主体部分原理
根据电机理论的直流电机的电磁转矩公式:

可知，当直流电动机的励磁电流一定时，即其磁通φ不变，电磁转矩t与电枢电ia成正比，也就是说，控制电枢电ia就可以控制直流电机的电磁转矩。如果用程控恒流源作为直流电动机的电枢提供电流，则直流电动机的转矩可以实现程控化。采用对直流电动机输入反向电流，使直流电动机反转，从而为与其轴相连的变频调速闭环运行实验电动机提供假负载，实现变频调速闭环运行实验电动机的负载运行。

2.2 控制部分原理
工业现场的交流电动机的常见负载转矩情形，可分为恒转矩运行和变转矩运行两类。通过前面的分析可知，通过控制使直流电动机反转的励磁电流按一定规律变化，即可为与之轴相连的交流电动机提供按程序控制规律变化的负载转矩。根据变频调速闭环运行实验的基本要求，采用以ee1641d型函数信号发生器输出控制信号，驱动功率vmos管构成的恒流源电路，进而驱动直流电机反转产生负载转矩，组成实验用智能假负载。主要完成如下功能:恒转矩负载、线性增大转矩负载和线性减小转矩等负载。

控制部分的基本原理如图2所示。ee1641d型函数信号发生器可以输出0～10v、0.2hz～2mhz的正弦波、锯齿形波和矩形波信号。

图2 控制部分的基本原理

(1)恒流源电路原理
恒流源电路如图3所示。电阻r1、r2和二极管dw等组成静态偏置电路，4只功率vmos管构成直流电动机的双向驱动恒流源电路。当输入信号电平大于零时，vt1、vt4导通，直流电动机正转;当输入信号电平小于零时，vt2、vt3导通，直流电动机反转。转矩的大小由与直流电动机相连的电流表指示。

图3 恒流源电路图

(2) 假负载的标定
将直流精密稳压电源接在恒流源电路的输入端，直流电动机与标准力矩表轴相连，调整恒流源电路输入信号电压，读取力矩表数值，将电流表刻度盘标定成输出力矩刻度盘。

3 假负载的使用方法
将ee1641d型函数信号发生器输出端接在恒流源电路的输入端，直流电动机与实验调速电动机轴相连，设置好ee1641d型函数信号发生器。开启变频器电源，进行空载运行，记录数据;然后开启恒流源和函数信号发生器电源，调整函数信号发生器读取实验数据。

4 结束语
使用本装置进行变频调速闭环运行实验时，由于直流电动机与实验调速电动机轴相连，直流电动机处于反转发电状态，加之直流电动机两端没有接入负载，因此，整个实验过程中，变频器输出电源频率不宜设置过高，以避免直流电动机处于反转发电运行状态输出电压过高而损坏恒流源的晶体管。由此可见，本设计存在一定的局限性，还有待于进一步改进。

参考文献
[1] 刘守操等. 可编程序控制器与变频技术. 广东省电工技能鉴定所组织编写,1999,8.
[2] 廖效果等. 数字控制机床[m]. 广州:华中理工大学出版社,1991.

作者简介
王泽春 男 教师/中级电工技师 毕业于南京华东工学院(现南京理工大学)机械制造系机械制造电子控制与检测专业，现工作于广东省佛山市顺德区梁銶琚中学电气教研组，主要从事机电及电气自动化专业对外培训教学工作。

本文关键字：开发  设计参考，变频技术 - 设计参考