基于交流变频异步电力测功机系统的分析研究

叶铖彬

【摘 要】此次研究主要是探讨分析基于交流变频异步电力测功机系统，按照系统运行原理推导数学模型，分析系统参数变化对其稳定性的影响，希望能够为系统参数设计提供参考性价值。

【关键词】交流变频异步电力测功机系统；分析研究

一、交流变频异步电力测功机系统工作原理分析

交流变频异步电力测功机系统涉及到电机学，机械传动，计算机技术以及电力电子技术等。该系统负载电机工作于发电机状态，能够吸收来自变速箱输出轴所传递的能量，将机械能转化为电能。利用测功电机的运行状态能够使测试传动机械的负荷和转速发生改变，确保测功机运行稳定性。与此同时，测量传动机械工作点输出转矩，传动效率和输出功率。

常见的测功方法主要包括转速转矩测定法和电功率测定法。其中电动率测定法主要是对电力测功机系统的电流电压进行检测，这样能够对输出电功率进行检测。然而因为电机效率容易受到外界转速，负荷以及温度的影响，因此需要应用曲线矫正方法对电机的输入功率进行测定，这样会使该实验方法趋于复杂性，影响测量结果的准确性，因此应用局限性比较大。另一种方式就是对电机的转速和转矩进行测量。其中转速测量的难度比较小，能够对发电机，电磁传感器以及光电编码器等运行速度进行测量，这样能够确保精度提升。但是转矩测量的难度就比较大，在测量转矩时主要是应用转矩传感器等设备实现。但是转矩传感器的应用成本比较高，对于安装精度的要求也比较高，并且在结构上也比较复杂，因此无法推广应用。另一种转矩测量方法主要是按照电机电磁转矩平衡性原理，对电机定子外壳子实行平衡悬浮处理，在对其反响转矩进行测量就能够获取电机的电磁转矩数值。

二、交流变频异步电力测功机系统运动方程数学模型建立

由于电力测功机系统是由电机调速系统所构成，尽管两个调速系统存在不同的控制目标，然而本质上都是利用输入电机控制方式的电流解耦对转矩和转速进行控制，原理无明显差别，只是系统中所输入信号和反馈信号是实际电机转速和电机给定转速，还有就是实际输出电磁转矩和电机给定电磁转矩。

在实际使用期间两和异步电机调速系统连接于传递机构的两端，此时测功系统的任务在于对传递结构的性能和效率进行测量。在建立数学模型时，忽略被测传动机构机械惯性影响系统运行的部分，重点研究直接利用刚性轴所连接的电机简化的被测机械的测功系统。在实行简化处理之后，被测机构就被当作控制系统的比例环节，按照传动机构自身传动比不同，则比例系数的取值也不同。因此在表示机械负载的数学模型时可以通过以下公式进行：

在以上公式中， 、a、b、c都表示常数，J表示模拟负载的转动惯量，用户只需要设定常数与J参数，测功机系统会对负载电机进行控制，从而对所设定的 进行跟踪，这样用户就能够对上述参数进行改变，并且对被测电机在不同负载下的工作性能进行测试。

此次研究所仿真的电力测功系统的负载电机能够给予恒转矩负载，因此在上述公式中b和c的数值都为0，J参数的数值需要按照模拟负载的实际情况所确定，也可以将其设定为0，也可以作为旋转负载的转动惯量。

在通过上诉研究分析能够看出，推导交流异步电力测功机系统的数学模型时发现交流异步电力测功机系统属于全功能测功系统，该电机调速系统共有两套，其中一套运行于发电状态，另一套为电动状态。其中电动状态为电机恒转速工作，发电状态为电机恒转矩工作。通过建立数学模型能够对系统工作原理进行研究，以数学方式分析系统中的各组成单元。特别是对异步电机调速系统的数学模型进行深入详细地分析。分析传递系统间的动能关系，在此基础之上寻找出系统运动方程，通过建立系统数学模型能够为系统仿真和稳定性分析提供重要依据。

三、交流异步电力测功系统的稳定性分析

在建立该系统数学模型之后，在仿真研究之前需要对系统的稳定性进行控制，对于应用控制系来讲，系统稳定性属于先决条件。截至目前，大多数学者都没有注重研究电力测功机系统的稳定性。但是从本质上看，在不考虑外部影响因素情况下，测功系统的参数变化也会影响系统稳定运行，因此掌握稳定运行影响规律对后期设计和应用具有重要作用。但是交流变频异步电力测功机的控制系统复杂性比较高，属于强耦合且变量系统，无法直接建立控制系统的传递函数。然而针对多种输入输出系统来说则可以通过建立系统数学模型，并且利用小信号分析法求解现象方程，这样能够获取系统特征值，之后按照相关判断法分析系统稳定性。

对于稳定性判断理论依据来说，在实际应用控制系统时首先需要确保系统稳定性，因此需要深入研究控制系统稳定性问题。对于单入单出线性系统来说存在较多稳定盘踞，包括劳斯-古尔维判据等都具有重要应用价值，以上判断方法需要求解出系统的传递函数。然而对于多输入输出线性系统来说，则不能够直接应用上述稳定性判断依据。在系统稳定性研究中最具有代表性的人物就是李雅普诺夫，其确立了系统稳定性的一般方法。由于此次研究所讨论的交流异步电力测功系统属于多输入输出的高阶系统，因此其所求解獲得的传递函数比较多，属于多维矩阵，若使用传递函数分析系统稳定性将会增加复杂程度，此时应用李雅普诺夫法对系统稳定性进行分析的难度比较小。

四、结束语

综上所述，在关于交流变频异步电力测功机系统研究当中，大多数学者都致力于研究以系统为基础的运动数学方程，简化了系统众多环节。重点研究控制测功电机转矩上，并且对不同负载情况进行模拟，未建立专业的通用型交流变频异步电力测功机系统的研究模型。

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