本項(xiàng)目現(xiàn)處于產(chǎn)業(yè)化階段。

我們研究并設(shè)計(jì)了一種新的能量互饋試驗(yàn)平臺(tái)，試驗(yàn)平臺(tái)通過(guò)能流循環(huán)，可大大提高能量利用率，無(wú)需損失滿功率的能量即可完成大功率的試驗(yàn)，如對(duì)機(jī)車逆變器系統(tǒng)的滿功率試驗(yàn)或者牽引電機(jī)的電機(jī)特性試驗(yàn)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制靈活，調(diào)試方便，系統(tǒng)易穩(wěn)定，能量利用率高，互為被試件，能更有效地對(duì)不同控制策略的特性進(jìn)行比較等優(yōu)點(diǎn)。

目前，國(guó)內(nèi)外常見(jiàn)的交流傳動(dòng)系統(tǒng)試驗(yàn)平臺(tái)主要有以下兩種：

1）能量消耗型

“能量消耗型”交流傳動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)由變壓器向四象限變流器提供單相交流電，四象限變流器輸出直流電給逆變器供電，逆變器輸出三相交流電供給交流牽引電機(jī)。牽引電機(jī)輸出軸上對(duì)接一個(gè)直流發(fā)電機(jī)，其輸出端接電阻性負(fù)載。這種試驗(yàn)臺(tái)設(shè)備比較簡(jiǎn)單，調(diào)節(jié)控制對(duì)象比較少，可方便調(diào)節(jié)直流發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)起來(lái)也不是很復(fù)雜。但是由直流發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能完全被電阻消耗掉，若長(zhǎng)期進(jìn)行大功率試驗(yàn)，電能浪費(fèi)驚人。另外，如果用于測(cè)試電機(jī)運(yùn)行特性，該系統(tǒng)不能模擬機(jī)車啟動(dòng)和高速運(yùn)行試驗(yàn)。

2）能量反饋型

該種試驗(yàn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)如圖所示。異步牽引電機(jī)輸出軸上對(duì)接一個(gè)“直流發(fā)電機(jī)－直流電動(dòng)機(jī)－交流同步發(fā)電機(jī)”構(gòu)成的能量反饋系統(tǒng)，電能通過(guò)變壓器返回電網(wǎng)。這種方式將部分能量反饋回電網(wǎng)，大大節(jié)約了電能，但使用設(shè)備多，在建設(shè)試驗(yàn)平臺(tái)時(shí)一次性投資大。另外由于控制對(duì)象多，控制方法復(fù)雜，難度大，容易出現(xiàn)超調(diào)，造成系統(tǒng)振蕩。由于試驗(yàn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的是直流發(fā)電機(jī)，轉(zhuǎn)速受到換向器限制，在試驗(yàn)對(duì)象為牽引電機(jī)時(shí)難以試驗(yàn)其高轉(zhuǎn)速區(qū)段。

“能量反饋型”交流傳動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)

本項(xiàng)目確定的交流傳動(dòng)互饋試驗(yàn)系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱“互饋試驗(yàn)臺(tái)”）的方案如圖所示。能量互饋型試驗(yàn)系統(tǒng)（測(cè)試電機(jī)）圖中該試驗(yàn)臺(tái)由兩套“變流機(jī)組－電機(jī)”聯(lián)軸背靠背組成，當(dāng)變流機(jī)組I－異步牽引電機(jī)Ⅰ工作于電動(dòng)狀態(tài)，變流機(jī)組Ⅱ－異步牽引電機(jī)Ⅱ工作于發(fā)電狀態(tài)時(shí)，能量流向如圖中實(shí)線所示；當(dāng)變流機(jī)組I－異步牽引電機(jī)Ⅰ工作于發(fā)電狀態(tài)，變流機(jī)組Ⅱ－異步牽引電機(jī)Ⅱ工作于電動(dòng)狀態(tài)時(shí)，能量流向如圖中虛線所示。能量互饋型試驗(yàn)系統(tǒng)（測(cè)試逆變器）所示試驗(yàn)臺(tái)主要用于進(jìn)行逆變器的滿功率試驗(yàn)，但是原理和測(cè)試電機(jī)圖完全相同。實(shí)際上，測(cè)試電機(jī)圖中的電機(jī)也可以作為逆變器的負(fù)載，即將逆變器作為測(cè)試對(duì)象，實(shí)現(xiàn)測(cè)試逆變器的功能。由于能量通過(guò)直流側(cè)在變流器Ⅰ-負(fù)載-變流器Ⅱ之間循環(huán)流動(dòng)，即實(shí)現(xiàn)能量的互饋，從電網(wǎng)吸收的功率只是變流器以及負(fù)載所損耗的能量。在試驗(yàn)過(guò)程中，試驗(yàn)平臺(tái)的損耗大約只占運(yùn)行功率的20%～30%。因此，四象限整流器的容量可以大大降低，實(shí)現(xiàn)用小功率的電源完成大功率變流器或者電機(jī)滿載試驗(yàn)。

 能量互饋型試驗(yàn)系統(tǒng)（測(cè)試電機(jī)）

能量互饋型試驗(yàn)系統(tǒng)（測(cè)試逆變器）

交流傳動(dòng)互饋試驗(yàn)系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：

1）由于采用了能量互饋的方式，能量在兩個(gè)變流機(jī)組內(nèi)部流動(dòng)，因此整個(gè)系統(tǒng)的能量消耗僅僅是變流器及其負(fù)載的損耗，能量利用率得到大大提高。

2）由于1)中所述原因，且能量交換在直流側(cè)進(jìn)行，因此采用這種方式可以利用小功率等級(jí)的供電電源來(lái)試驗(yàn)大功率等級(jí)的傳動(dòng)機(jī)組，而不需要對(duì)電源進(jìn)行擴(kuò)容改造。

3）由于系統(tǒng)中沒(méi)有直流電機(jī)，因此系統(tǒng)試驗(yàn)的高速度只與被試交流電機(jī)的參數(shù)有關(guān)，而不受直流電機(jī)換向器的影響，可以滿足機(jī)車牽引電機(jī)高轉(zhuǎn)速的要求。

4）兩套完全相同的變流器－負(fù)載組功能和角色可以互換，可以互為被試件，一次安裝可以完成兩套裝置的測(cè)試，提高了測(cè)試試驗(yàn)的工作效率。

5）采用高性能控制方式對(duì)兩套變流機(jī)組進(jìn)行聯(lián)合調(diào)節(jié)，能模擬實(shí)際負(fù)載的各種動(dòng)靜態(tài)特征和機(jī)車的調(diào)節(jié)特性以及變流器的功率試驗(yàn)，并對(duì)各種控制方法進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。

應(yīng)用范圍：

牽引變流器、牽引電機(jī)和牽引控制系統(tǒng)是軌道交通交流傳動(dòng)的三大核心技術(shù)，大功率交流傳動(dòng)試驗(yàn)系統(tǒng)可以對(duì)以上三大核心技術(shù)開(kāi)展很好的研究，因而具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

該系統(tǒng)可以滿足生產(chǎn)部門和研究開(kāi)發(fā)部門對(duì)變流器、電機(jī)等部件的各種試驗(yàn)和控制方案的研究。該系統(tǒng)可以完成如下試驗(yàn)：

1）按照機(jī)車牽引特性進(jìn)行不同級(jí)位的牽引運(yùn)行試驗(yàn)；

2）按照機(jī)車制動(dòng)特性要求進(jìn)行再生制動(dòng)試驗(yàn)；

3）按照機(jī)車恒轉(zhuǎn)矩啟動(dòng)的要求進(jìn)行機(jī)車啟動(dòng)加速試驗(yàn)；

4）逆變器容量足夠大時(shí)，能完成牽引電機(jī)的各種特性試驗(yàn)和有關(guān)參數(shù)測(cè)定；

5）電機(jī)容量許可時(shí)，能完成逆變器裝置的考核運(yùn)行試驗(yàn)。