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(cè)量能力、超強(qiáng)運(yùn)算力及寬范圍測(cè)量能力使其完全滿(mǎn)足牽引電機(jī)試驗(yàn)臺(tái)的測(cè)試需要，測(cè)試精度全范圍內(nèi)滿(mǎn)足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求。

一交流牽引電動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)概述

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

1交流牽引電機(jī)試驗(yàn)臺(tái)型式試驗(yàn)

　　牽引電機(jī)試驗(yàn)臺(tái)的型式試驗(yàn)包括變流器供電的型式試驗(yàn)和正弦波電源供電的型式試驗(yàn)。其中，變流器供電的型式試驗(yàn)應(yīng)采用與實(shí)際運(yùn)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(shí)際運(yùn)行中使用的變流器供電。
型式試驗(yàn)項(xiàng)目主要包括：

　　溫升試驗(yàn)

　　短時(shí)發(fā)熱/加熱運(yùn)行試驗(yàn)

　　特性試驗(yàn)

　　超速試驗(yàn)

　　振動(dòng)試驗(yàn)

　　噪聲試驗(yàn)。

2交流牽引電機(jī)試驗(yàn)臺(tái)例行試驗(yàn)

　　牽引電機(jī)試驗(yàn)臺(tái)的例行試驗(yàn)采用正弦波電源供電，例行試驗(yàn)項(xiàng)目主要包括：

　　短時(shí)發(fā)熱/加熱運(yùn)行試驗(yàn)

　　特性試驗(yàn)

　　超速試驗(yàn)

　　絕緣試驗(yàn)

　　振動(dòng)試驗(yàn)。

3交流牽引電機(jī)試驗(yàn)臺(tái)研究性試驗(yàn)

　　牽引電機(jī)試驗(yàn)臺(tái)的的研究性試驗(yàn)依據(jù)用戶(hù)與制造商協(xié)議進(jìn)行。

　　注：正弦波電源供電的型式試驗(yàn)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(dòng)機(jī)試驗(yàn)方法中》規(guī)定限值，仍要求輸出頻率可變，可采用靜止試驗(yàn)用牽引邊路器輸出加正弦波濾波器的方法實(shí)現(xiàn)供電。若牽引變流器輸出波形加正弦波濾波器不能滿(mǎn)足要求，應(yīng)另備一臺(tái)變頻電源。

二交流牽引電動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)的電參量特點(diǎn)

1電磁兼容要求

　　交流牽引電機(jī)試驗(yàn)臺(tái)的電機(jī)由牽引變流器供電，運(yùn)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(hào)幅值小，傳輸過(guò)程中容易受到電磁干擾的影響，導(dǎo)致測(cè)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(yàn)臺(tái)的牽引變流器載波頻率低，低次諧波含量大，基波頻率測(cè)量難度加大，采樣同步帶來(lái)困難，造成頻譜泄露降低測(cè)量精度。尤其是調(diào)制比較小時(shí)，這種現(xiàn)象更加明顯，許多功率分析儀甚至不能正確測(cè)量基波頻率，無(wú)法實(shí)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(gè)周期的波形不同，或者說(shuō)，輸出不是嚴(yán)格周期信號(hào)，當(dāng)載波頻率比較大時(shí)，非整數(shù)倍的影響較小，載波比較小時(shí)，影響加大。交流牽引電機(jī)試驗(yàn)臺(tái)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(cè)量帶來(lái)困難。

4基波頻率低

　　試驗(yàn)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(zhǎng)度超長(zhǎng)，一般分析儀的諧波運(yùn)算能力和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量不足，不能正確測(cè)量。
假設(shè)交流牽引電機(jī)試驗(yàn)臺(tái)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(dòng)機(jī)試驗(yàn)方法》的規(guī)定，測(cè)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(shí)間窗至少為一個(gè)基波周期，約10S，傅立葉時(shí)間窗采樣點(diǎn)數(shù)不小于120,000。
當(dāng)采樣頻率為200kHz時(shí)，傅立葉時(shí)間窗采樣點(diǎn)數(shù)多達(dá)2，000，000點(diǎn)（某些諧波分析儀僅1024點(diǎn)）。對(duì)功率分析儀的存儲(chǔ)容量和運(yùn)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(yàn)需要在很低的基波頻率下進(jìn)行，頻率降低時(shí)，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(yàn)時(shí)，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(cè)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(cè)量能力、超強(qiáng)運(yùn)算力及寬范圍測(cè)量能力使其完全滿(mǎn)足牽引電機(jī)試驗(yàn)臺(tái)的測(cè)試需要，測(cè)試精度全范圍內(nèi)滿(mǎn)足國(guó)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?cái)嗔穗姶鸥蓴_的傳播途徑，適合各種復(fù)雜電磁環(huán)境下的高精度測(cè)量。

　　WP4000變頻功率分析儀擁有100kHz的帶寬，滿(mǎn)足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)變頻器供電電機(jī)試驗(yàn)測(cè)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(cè)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(jì)估算被測(cè)信號(hào)的基波頻率，由硬件頻率濾波電路濾除諧波，準(zhǔn)確測(cè)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(yùn)算力的雙核嵌入式CPU模塊對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行離散傅里葉變換，準(zhǔn)確計(jì)算復(fù)雜信號(hào)及超低頻信號(hào)的基波與諧波；

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

三交流牽引電動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)的試驗(yàn)原理框圖

圖1 交流牽引電動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)原理框圖

　　圖中變流器1為被試電機(jī)提供PWM電源，通過(guò)開(kāi)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(tái)，分別用于測(cè)量被試電機(jī)和陪試電機(jī)電參量，通過(guò)陪試電機(jī)電參量的測(cè)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(tái)SP系列變頻功率傳感器。

　　變流器通過(guò)光纖總線與操作計(jì)算機(jī)相連，由操作計(jì)算機(jī)對(duì)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(jì)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(yàn)測(cè)控報(bào)表軟件。操作計(jì)算機(jī)與WP4000變頻功率分析儀通過(guò)局域網(wǎng)相連，操作計(jì)算機(jī)可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)讀取WP4000變頻功率分析儀的測(cè)量數(shù)據(jù)并對(duì)對(duì)其工作狀態(tài)進(jìn)行設(shè)置。

　　試驗(yàn)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(cè)控系統(tǒng)測(cè)量，相關(guān)開(kāi)關(guān)控制由DMC300分布式測(cè)控系統(tǒng)進(jìn)行控制。

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

　　制動(dòng)電阻用于消耗電機(jī)制動(dòng)時(shí)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(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)的測(cè)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(yàn)臺(tái)為例進(jìn)行配置，測(cè)控系統(tǒng)基本配置表如下：

表1 交流異步牽引電機(jī)試驗(yàn)臺(tái)測(cè)控系統(tǒng)基本配置

序號(hào)	測(cè)控點(diǎn)/被測(cè)參量	測(cè)控設(shè)備	型號(hào)	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(cè)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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