摘要

　　WP4000變頻功率分析儀的前端數(shù)字化、寬頻帶特性、超低頻測量能力、超強(qiáng)運算力及寬范圍測量能力使其完全滿足牽引電機(jī)試驗臺的測試需要，測試精度全范圍內(nèi)滿足國家標(biāo)準(zhǔn)的要求。

一交流牽引電動機(jī)試驗臺概述

　　依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《GB/T 25123.2-2010 電力牽引 軌道機(jī)車車輛和公路車輛用旋轉(zhuǎn)電機(jī) 第2部分：電子變流器供電的交流電動機(jī)》（IEC60349-2：2002）的規(guī)定，交流牽引電動機(jī)的試驗主要包括：

1交流牽引電機(jī)試驗臺型式試驗

　　牽引電機(jī)試驗臺的型式試驗包括變流器供電的型式試驗和正弦波電源供電的型式試驗。其中，變流器供電的型式試驗應(yīng)采用與實際運行中的變流器的波形和諧波分量非常相近的變流器供電，推薦采用實際運行中使用的變流器供電。
型式試驗項目主要包括：

　　溫升試驗

　　短時發(fā)熱/加熱運行試驗

　　特性試驗

　　超速試驗

　　振動試驗

　　噪聲試驗。

2交流牽引電機(jī)試驗臺例行試驗

　　牽引電機(jī)試驗臺的例行試驗采用正弦波電源供電，例行試驗項目主要包括：

　　短時發(fā)熱/加熱運行試驗

　　特性試驗

　　超速試驗

　　絕緣試驗

　　振動試驗。

3交流牽引電機(jī)試驗臺研究性試驗

　　牽引電機(jī)試驗臺的的研究性試驗依據(jù)用戶與制造商協(xié)議進(jìn)行。

　　注：正弦波電源供電的型式試驗是指電源輸出波形為正弦波，其諧波含量應(yīng)低于《GB/T1032-2012三相異步電動機(jī)試驗方法中》規(guī)定限值，仍要求輸出頻率可變，可采用靜止試驗用牽引邊路器輸出加正弦波濾波器的方法實現(xiàn)供電。若牽引變流器輸出波形加正弦波濾波器不能滿足要求，應(yīng)另備一臺變頻電源。

二交流牽引電動機(jī)試驗臺的電參量特點

1電磁兼容要求

　　交流牽引電機(jī)試驗臺的電機(jī)由牽引變流器供電，運行環(huán)境電磁干擾大，常規(guī)的模擬量輸出變頻電量傳感器如霍爾電壓傳感器、霍爾電流傳感器等輸出信號幅值小，傳輸過程中容易受到電磁干擾的影響，導(dǎo)致測量精度降低甚至不能正常工作。

2采樣同步困難

　　交流牽引電機(jī)試驗臺的牽引變流器載波頻率低，低次諧波含量大，基波頻率測量難度加大，采樣同步帶來困難，造成頻譜泄露降低測量精度。尤其是調(diào)制比較小時，這種現(xiàn)象更加明顯，許多功率分析儀甚至不能正確測量基波頻率，無法實現(xiàn)采樣同步。

3間諧波含量較大

　　理想變流器輸出不含低次諧波，不含間諧波，不含三次諧波。但是，一般而言，變流器的載波頻率固定，基波頻率變化，導(dǎo)致載波比不為整數(shù)，變流器輸出相鄰兩個周期的波形不同，或者說，輸出不是嚴(yán)格周期信號，當(dāng)載波頻率比較大時，非整數(shù)倍的影響較小，載波比較小時，影響加大。交流牽引電機(jī)試驗臺的牽引變流器通常載波頻率較低，載波比較小，輸出波形含有較大的間諧波，給基波有效值測量帶來困難。

4基波頻率低

　　試驗的最低基波頻率達(dá)0.1Hz左右，PWM的寬頻帶和低基頻導(dǎo)致FFT窗口數(shù)據(jù)長度超長，一般分析儀的諧波運算能力和數(shù)據(jù)存儲容量不足，不能正確測量。
假設(shè)交流牽引電機(jī)試驗臺的牽引變流器的載波頻率為1000Hz，變流器為電壓型，按照《GB/T22670-2008變頻器供電三相籠型感應(yīng)電動機(jī)試驗方法》的規(guī)定，測試系統(tǒng)帶寬應(yīng)不低于6000Hz，依據(jù)采樣定理，采樣頻率應(yīng)不低于12000Hz。

　　傅里葉時間窗至少為一個基波周期，約10S，傅立葉時間窗采樣點數(shù)不小于120,000。
當(dāng)采樣頻率為200kHz時，傅立葉時間窗采樣點數(shù)多達(dá)2，000，000點（某些諧波分析儀僅1024點）。對功率分析儀的存儲容量和運算速度均提出了很高的要求。

5峰值因數(shù)高

　　交流牽引電機(jī)某些試驗需要在很低的基波頻率下進(jìn)行，頻率降低時，牽引變流器的調(diào)制比也降低，這就導(dǎo)致輸出波形的峰值因數(shù)變大，低頻試驗時，峰值因數(shù)可達(dá)200以上，而一般的功率分析儀保證精度的峰值因數(shù)通常不大于6。導(dǎo)致測量精度大幅度降低。

　　WP4000變頻功率分析儀的前端數(shù)字化、寬頻帶特性、超低頻測量能力、超強(qiáng)運算力及寬范圍測量能力使其完全滿足牽引電機(jī)試驗臺的測試需要，測試精度全范圍內(nèi)滿足國家標(biāo)準(zhǔn)的要求。

　　WP4000變頻功率分析儀采用前端數(shù)字化技術(shù)，數(shù)字化光纖傳輸有效截斷了電磁干擾的傳播途徑，適合各種復(fù)雜電磁環(huán)境下的高精度測量。

　　WP4000變頻功率分析儀擁有100kHz的帶寬，滿足國家標(biāo)準(zhǔn)對變頻器供電電機(jī)試驗測量用傳感器及儀表的最高帶寬要求，并可在0.1Hz~400Hz的基波頻率范圍內(nèi)準(zhǔn)確測量基波分量及諧波含量；

　　WP4000變頻功率分析儀采用軟件虛擬頻率計估算被測信號的基波頻率，由硬件頻率濾波電路濾除諧波，準(zhǔn)確測量低調(diào)制比及低載波比的SPWM波形的基波頻率，采用超強(qiáng)運算力的雙核嵌入式CPU模塊對采樣信號進(jìn)行離散傅里葉變換，準(zhǔn)確計算復(fù)雜信號及超低頻信號的基波與諧波；

　　WP4000變頻功率分析儀采用無縫量程轉(zhuǎn)換技術(shù)，具有寬幅值范圍內(nèi)的高精度測量的特性，使其能夠?qū)崿F(xiàn)高峰值因數(shù)信號的準(zhǔn)確測量。

三交流牽引電動機(jī)試驗臺的試驗原理框圖

圖1 交流牽引電動機(jī)試驗臺原理框圖

　　圖中變流器1為被試電機(jī)提供PWM電源，通過開關(guān)切換接入正弦波濾波器也可以為被試電機(jī)提供正弦波電源。SP1和SP2為兩組SP系列變頻功率傳感器，每組三臺，分別用于測量被試電機(jī)和陪試電機(jī)電參量，通過陪試電機(jī)電參量的測試，可以更加有效的控制陪試電機(jī)加載并進(jìn)行必要的保護(hù)。WP4000為變頻功率分析儀，連接兩組六臺SP系列變頻功率傳感器。

　　變流器通過光纖總線與操作計算機(jī)相連，由操作計算機(jī)對變流器進(jìn)行控制。采用光纖總線的目的是提高通訊線路的電磁兼容性能，如果變流器不具備光纖接口，可采用湖南銀河電氣有限公司研制的RS485/光纖轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

　　操作計算機(jī)安裝湖南銀河電氣有限公司研制的交流牽引電機(jī)試驗測控報表軟件。操作計算機(jī)與WP4000變頻功率分析儀通過局域網(wǎng)相連，操作計算機(jī)可以通過網(wǎng)絡(luò)讀取WP4000變頻功率分析儀的測量數(shù)據(jù)并對對其工作狀態(tài)進(jìn)行設(shè)置。

　　試驗相關(guān)的其它輔助參量可采用湖南銀河電氣有限公司研制的DMC300分布式測控系統(tǒng)測量，相關(guān)開關(guān)控制由DMC300分布式測控系統(tǒng)進(jìn)行控制。

　　采用DMC300分布式測控系統(tǒng)的DM4022雙通道頻率測量子站分別測量扭矩傳感器輸出扭矩和轉(zhuǎn)速。DM4022可接入DMC300分布式測控系統(tǒng)，也可直接與WP4000變頻功率分析儀相連。

　　制動電阻用于消耗電機(jī)制動時回饋至直流母線的多余的電量，進(jìn)而將直流母線電壓限制在安全范圍之內(nèi)。

四交流牽引電動機(jī)試驗臺的測控系統(tǒng)基本配置

　　以交流輸出電壓為1140V，功率200kW的交流異步牽引電機(jī)試驗臺為例進(jìn)行配置，測控系統(tǒng)基本配置表如下：

表1 交流異步牽引電機(jī)試驗臺測控系統(tǒng)基本配置

序號	測控點/被測參量	測控設(shè)備	型號	數(shù)量
1	SP1、SP2	變頻功率傳感器	SP112201C	6
2		變頻功率分析儀	WP4000	1
3	轉(zhuǎn)速和扭矩	雙通道頻率測試子站	DM4022	1
4	溫度	三相不平衡度	DM4032	1
5		負(fù)序分量	DMC300	1

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