[科普中国]-电力测功机

交流电力测功机是市面上最先进的加载测功设备。电力测功机采用交流变频回馈加载，加载能量通过交流负载发电机回馈电网；扭矩、转速通过扭矩传感器直接测量；电量综合测量仪表检测电流、电压、频率、功率因数等；计算机自动检测、显示并完成数据处理、报表及各种曲线。

简介交流电力测功机是市面上最先进的加载测功设备，尤其在中小功率以及微小功率的动力机械加载测功试验中，可以兼顾各动力机械的低速及高速加载测功试验，相对其它类型测功加载设备而言，在性能、可靠性、维护难易程度等方面都有比较明显的优势；尤其在低速机械的加载测功方面，则更是其它方法无可比拟的，它几乎可以从0转速开始就可以提供电力测功机的额定转矩；当然，交流电力测功机还有一个最大的优点是能源回馈功能，它可以将被测机械发出的能量以电能的型式回馈给电网，供其他设备使用，而不是将能量转换成热能消耗掉，从这一点来说，交流测功机在建成后使用经济性是其他测功机无法比拟的，因为节约了能源，也就等于产生了经济效益。特别在这个能源越来越紧张的年代，节约已经被越来越多的企业所重视1。

工作原理电力测功机采用交流变频回馈加载，加载能量通过交流负载发电机回馈电网；扭矩、转速通过扭矩传感器直接测量；电量综合测量仪表检测电流、电压、频率、功率因数等；计算机自动检测、显示并完成数据处理、报表及各种曲线。利用电机测量各种动力机械轴上输出的转矩，并结合转速以确定设备的功率。因为被测量的动力机械可能有不同转速，所以用作电力测功机的电机必须是可以平滑调速的电机。电力测功机分直流电力测功机和交流电力测功机，用得较多的是交流电力测功机。

形式1）由一台悬浮起来的交流电机，拉压力传感器测力装置，转速传感器、安装底座及与动力机械连接的法兰，可四象限运行的ACS800系列交流变频调速系统和交流电力测功机测控仪组成。

2）由一台交流电机，NJ型转矩转速传感器、底座及与动力机械连接的法兰，可四象限运行的ACS800系列交流变频调速系统和交流电力测功机测控仪组成。它们的工作原理都是将交流电机发出的交流电经 ACS 变频器逆变为直流电然后再逆变为交流电上网。ACS 交流变频调速系统通过调节电机的上网电流来控制原动机的转速和扭矩。如与ET2000 系列测控系统配套使用时除了可以对各种旋转动力机械的转速、扭矩进行精确测量和控制外，还可以测量并采集诸如温度、压力等其他信号。DL系列交流电力测功机与传统的水力、电涡流、直流测功机相比较具有非常明显的优势2。

技术优点及特性1.节能

水力、电涡流测功机的基本原理是将原动机产生的机械能转化为热能由水冷却后把热量带走，原动机发出的能量不能回收，转换过程中亦需耗费能量。而电力测功机却可以把原动机产生的机械能转换为电能回馈到内部电网，供其他设备使用。

2.加载方式

水力测功机只能在一个方向加载，同时转速低于一定值时加载性能变差；不能作为反拖设备，在需要做发动机机械效率试验时需要另外配置拖动设备。

电涡流测功机可以双向加载，但在低速时加载性能比水力测功机还差，不能作为反拖设备，在需要做发动机机械效率试验时需要另外配置拖动设备。

电力测功机可以方便的实现双向加载，同时在转速到0r/min时依然可以提供足够的加载能力；其加载特性为零转速至额定转速为恒扭矩特性，额定转速至最高转速为恒功率特性，完全符合动力机械的负载特性；而且，电力测功机可以作为动力机械倒拖原动机，可以作为机械效率试验的动力和发动机启动动力使用。

3、瞬态加载特性

水力测功机的加载反应时间基本上在秒级，电力测功机的加载反应主时间为ms级，这主要取决与变频器的阶跃响应和系统的惯性；就ACS800本身而言，控制信号的阶跃响应时间小于5ms 。

4、反拖特性

水力测功机和电涡流测功机本身只消耗原动机能量，不能提供驱动动力，因此不能作为反拖设备。电力测功机可以方便的转换成电机拖动模式，从电网吸收能量，作为动力机械倒拖原动机。

5、可靠性

DL系列交流电力测功机的主机由国内著名品牌配套，转矩转速传感器由四川诚邦测控技术有限公司或HBM公司制造，交流变频调速器由ABB公司配套。负载电机、转矩转速传感器、变频器均经国家权威部门严格检测，完全符合相关的行业标准。

6、可维护性

由于采用了完全符合行业标准/国家标准的配套件，用户在维护时不必依赖制造商，完全可以自行进行日常的维护保养，甚至在需要更换主机和传感器时亦可独立完成，降低维护保养费用。

7、基建费用低

DL系列交流测功机本身带有风机冷却，无需水冷装置（包括水池和循环管道），节省基建费。

8、紧急保护特性

测功机本身具有过流，断相等保护功能，配合控制系统的超速保护功能，有效的避免了因原动机故障而引起的测功机损坏和原动机故障的扩大3。

使用环境条件环境温度： 0－40℃；

存储温度：-20—+70℃；

相对湿度：85% 无凌霜；

海拔高度：1000米，（最高4000米，每100米降1%）；

强制冷却：内置风机；

三相电压：3AC380V-15%/+10%，电网频率：45－65HZ；

要求电源功率因数:0.7以上.（特别是直流电回馈加载要求）

交流调速变频正是由于DL系列电力测功机具有结构简单免维护，卓越的调速控制性能之外，还有显著的节能作用，所以被越来越多的企业测试设备技术改造选择为最理想的换代产品。下面简单介绍一下ACS交流调速变频系统的概况：

ABB公司生产的 ACS-800系列变频器对电机的控制采用用直接转矩控制方式，该方式以转矩为中心来进行磁链、转矩的综合控制，简单地通过检测电机定子电压和电流，借助瞬时空间矢量理论计算和控制电机的磁链和转矩，采用离散的两点式调节器（Band—Band 控制），把转矩检测值与转矩给定值作比较，使转矩波动限制在一定的容差范围内，容差的大小由频率调节器来控制，并产生 PWM 脉宽调制信号，直接对逆变器的开关状态进行控制，以获得高动态性能的转矩输出。它的控制效果不取决于异步电动机的数学模型是否能够简化，而是取决于转矩的实际状况，它的控制结构简单、控制信号处理的物理概念明确、系统的转矩响应迅速且无超调，是一种具有高静、动态性能的交流调速控制方式。

直接转矩控制磁场定向所用的是定子磁链，它采用离散的电压状态和六边形磁链轨迹或近似圆形磁链轨迹的概念。只要知道定子电阻就可以把它观测出来。直接转矩控制强调的是转矩的直接控制与效果、把转矩直接作为被控量，既直接又简化。负载电机由变频器驱动。变频器为一台带整流/回馈单元的变频器，它由整流/回馈单元，逆变器组成。整流/回馈单元由两个反并联能在两个方向上有电能流动，即能够将电能送回电网(四象限工作)。发电工作桥通过一台自耦变压器和电网相连接。当电动机处于发电状态时，电能可通过其回馈单元回馈电网3。

电力测功机电封闭试验台

电力测功机特性性能曲线

电力测功机应用场合

本词条内容贡献者为:

石季英 - 副教授 - 天津大学