1引言

新設計的交流電機在正式投產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。傳統的電機試驗方式操作十分復雜，需要人為的加載、調壓和記錄試驗數據等，而且試驗效果不是十分理想，工作效率低。隨著變頻技術的發展，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的設計提供了良好的技術條件。

2試驗系統原理結構

電機試驗自控系統配置如圖1所示，系統上位機人機界面系統采用西門子公司的wincc組態軟件，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一采用profibus-dp通訊網絡聯接。其中winac為控制系統的控制中心，負責完成通訊控制及與wincc、plc、變頻器的數據交換。s7-200plc用于采集電機溫度、轉矩、轉速、和完成電氣控制。兩臺變頻器一臺作為被試電機的驅動電源，另一臺為陪試電機的驅動電源，陪試電機的主要作用是給被試電機加負載，根據被試電機需要的負載情況不斷的改變負載轉矩。

試驗系統中被試電機和陪試電機同軸硬聯接，考慮到兩臺電機在試驗過程中總有一臺處于電動狀態，另一臺處于發電狀態，兩變頻器選用直流母線方式工作的逆變器，由發電機組供電。這樣可以只用一臺發電機組給兩臺逆變器供電。而且由于處于發電狀態的電機回饋的電能可供處于電動狀態的電機使用，發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。試驗系統要求發電機組可提供0~1000v可調的直流電壓。

本試驗系統用于測試湘潭電機廠與日本東洋電機株式會社合作生產的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、堵轉試驗、超速試驗、起動試驗等。

根據試驗要求，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節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程序通過網絡通訊的方式可自動修改和讀取變頻器中的任意參數，這就使得用戶可以通過遠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格的要求，不同的試驗對試驗系統的要求都不一樣，下面將介紹幾種主要的電機試驗的要求并提供解決方案。

（1）堵轉試驗

堵轉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、功率因數等參數，在做堵轉試驗的時候，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，需要根據電機的特點改變電壓和頻率，不要造成瞬時過流的情況。

（2）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載直至達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載運行時的轉矩、功率等參數。特性試驗的關鍵在于給被試電機加載。電機在運行過程中，各項參數都是動態變化的，所以不可能加載一個固定的負載于電機，在控制策略中，筆者選擇了閉環控制，實時調節陪試機的輸出負載使被試電機的額定電流保持在所要求的值。

（3）起動試驗

在電機試驗系統中另一個難度比較大的試驗為起動試驗，需要在電機不轉動的情況下測量電機的起動的最大轉矩。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，設定它的最大穩定電流，就可以實現試驗的要求狀態。

4通訊

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

本系統可根據試驗要求，通過plc和變頻器的通訊來修改變頻器的各項參數。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議對于系統起著非常關鍵的作用。筆者在系統中采用了profibus-dp協議來進行數據交換，其中可用的數據為參數過程數據對象（即ppo）。在這種數據傳輸方式下，數據報文的編碼結構如圖2所示。其中pkw為參數標識符值，它在變頻器和plc的數據交換中主要用來修改變頻器的參數;pzd為過程數據，它在變頻器和plc的數據交換中主要用來給變頻器寫控制字，從變頻器中讀取狀態字，以及交換中間變量。ppo數據類型有五種，分別適用于不同的應用場合，由于在電機試驗系統中，筆者需要修改變頻器參數，而且需要實時的讀取變頻器的輸出電流、電壓、功率等參數，所以需要選用有參數區，且有十個字過程數據的ppo5數據類型。在選擇好通訊協議和交換數據的數據類型之后，只需要在plc中進行編程便可實現上述功能了。

5結束語

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

（1）增加了試驗測量的準確性

首先是從讀數方式上有了根本的改進，系統中收集數據都是通過網絡傳輸，消除了讀數誤差;其次，獲取數據的時機更加準確，很多試驗都需要讀取瞬時數據，如果通過儀表讀數、測量，常常不能準確的選擇讀數時機，本系統中數據記錄由plc自動選擇時機，所以讀取數據的時機更加準確，不受人為因素影響;

（2）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速的知識，而且要熟悉變頻器的各項參數和功能，本系統中操作員只需要了解試驗步驟就可以進行操作;

（3）系統的安全性得到提高

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

（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，系統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;試驗數據也可貯存在電腦中;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、準確、安全。