摘要

　　WP4000变频功率分析仪的前端数字化、宽频带特性、超低频测量能力、超强运算力及宽范围测量能力使其完全满足牵引电机试验台的测试需要，测试精度全范围内满足国家标准的要求。

一交流牵引电动机试验台概述

　　依据国家标准《GB/T 25123.2-2010 电力牵引 轨道机车车辆和公路车辆用旋转电机 第2部分：电子变流器供电的交流电动机》（IEC60349-2：2002）的规定，交流牵引电动机的试验主要包括：

1交流牵引电机试验台型式试验

　　牵引电机试验台的型式试验包括变流器供电的型式试验和正弦波电源供电的型式试验。其中，变流器供电的型式试验应采用与实际运行中的变流器的波形和谐波分量非常相近的变流器供电，推荐采用实际运行中使用的变流器供电。
型式试验项目主要包括：

　　温升试验

　　短时发热/加热运行试验

　　特性试验

　　超速试验

　　振动试验

　　噪声试验。

2交流牵引电机试验台例行试验

　　牵引电机试验台的例行试验采用正弦波电源供电，例行试验项目主要包括：

　　短时发热/加热运行试验

　　特性试验

　　超速试验

　　绝缘试验

　　振动试验。

3交流牵引电机试验台研究性试验

　　牵引电机试验台的的研究性试验依据用户与制造商协议进行。

　　注：正弦波电源供电的型式试验是指电源输出波形为正弦波，其谐波含量应低于《GB/T1032-2012三相异步电动机试验方法中》规定限值，仍要求输出频率可变，可采用静止试验用牵引边路器输出加正弦波滤波器的方法实现供电。若牵引变流器输出波形加正弦波滤波器不能满足要求，应另备一台变频电源。

二交流牵引电动机试验台的电参量特点

1电磁兼容要求

　　交流牵引电机试验台的电机由牵引变流器供电，运行环境电磁干扰大，常规的模拟量输出变频电量传感器如霍尔电压传感器、霍尔电流传感器等输出信号幅值小，传输过程中容易受到电磁干扰的影响，导致测量精度降低甚至不能正常工作。

2采样同步困难

　　交流牵引电机试验台的牵引变流器载波频率低，低次谐波含量大，基波频率测量难度加大，采样同步带来困难，造成频谱泄露降低测量精度。尤其是调制比较小时，这种现象更加明显，许多功率分析仪甚至不能正确测量基波频率，无法实现采样同步。

3间谐波含量较大

　　理想变流器输出不含低次谐波，不含间谐波，不含三次谐波。但是，一般而言，变流器的载波频率固定，基波频率变化，导致载波比不为整数，变流器输出相邻两个周期的波形不同，或者说，输出不是严格周期信号，当载波频率比较大时，非整数倍的影响较小，载波比较小时，影响加大。交流牵引电机试验台的牵引变流器通常载波频率较低，载波比较小，输出波形含有较大的间谐波，给基波有效值测量带来困难。

4基波频率低

　　试验的最低基波频率达0.1Hz左右，PWM的宽频带和低基频导致FFT窗口数据长度超长，一般分析仪的谐波运算能力和数据存储容量不足，不能正确测量。
假设交流牵引电机试验台的牵引变流器的载波频率为1000Hz，变流器为电压型，按照《GB/T22670-2008变频器供电三相笼型感应电动机试验方法》的规定，测试系统带宽应不低于6000Hz，依据采样定理，采样频率应不低于12000Hz。

　　傅里叶时间窗至少为一个基波周期，约10S，傅立叶时间窗采样点数不小于120,000。
当采样频率为200kHz时，傅立叶时间窗采样点数多达2，000，000点（某些谐波分析仪仅1024点）。对功率分析仪的存储容量和运算速度均提出了很高的要求。

5峰值因数高

　　交流牵引电机某些试验需要在很低的基波频率下进行，频率降低时，牵引变流器的调制比也降低，这就导致输出波形的峰值因数变大，低频试验时，峰值因数可达200以上，而一般的功率分析仪保证精度的峰值因数通常不大于6。导致测量精度大幅度降低。

　　WP4000变频功率分析仪的前端数字化、宽频带特性、超低频测量能力、超强运算力及宽范围测量能力使其完全满足牵引电机试验台的测试需要，测试精度全范围内满足国家标准的要求。

　　WP4000变频功率分析仪采用前端数字化技术，数字化光纤传输有效截断了电磁干扰的传播途径，适合各种复杂电磁环境下的高精度测量。

　　WP4000变频功率分析仪拥有100kHz的带宽，满足国家标准对变频器供电电机试验测量用传感器及仪表的最高带宽要求，并可在0.1Hz~400Hz的基波频率范围内准确测量基波分量及谐波含量；

　　WP4000变频功率分析仪采用软件虚拟频率计估算被测信号的基波频率，由硬件频率滤波电路滤除谐波，准确测量低调制比及低载波比的SPWM波形的基波频率，采用超强运算力的双核嵌入式CPU模块对采样信号进行离散傅里叶变换，准确计算复杂信号及超低频信号的基波与谐波；

　　WP4000变频功率分析仪采用无缝量程转换技术，具有宽幅值范围内的高精度测量的特性，使其能够实现高峰值因数信号的准确测量。

三交流牵引电动机试验台的试验原理框图

图1 交流牵引电动机试验台原理框图

　　图中变流器1为被试电机提供PWM电源，通过开关切换接入正弦波滤波器也可以为被试电机提供正弦波电源。SP1和SP2为两组SP系列变频功率传感器，每组三台，分别用于测量被试电机和陪试电机电参量，通过陪试电机电参量的测试，可以更加有效的控制陪试电机加载并进行必要的保护。WP4000为变频功率分析仪，连接两组六台SP系列变频功率传感器。

　　变流器通过光纤总线与操作计算机相连，由操作计算机对变流器进行控制。采用光纤总线的目的是提高通讯线路的电磁兼容性能，如果变流器不具备光纤接口，可采用湖南银河电气有限公司研制的RS485/光纤转换器进行转换。

　　操作计算机安装湖南银河电气有限公司研制的交流牵引电机试验测控报表软件。操作计算机与WP4000变频功率分析仪通过局域网相连，操作计算机可以通过网络读取WP4000变频功率分析仪的测量数据并对对其工作状态进行设置。

　　试验相关的其它辅助参量可采用湖南银河电气有限公司研制的DMC300分布式测控系统测量，相关开关控制由DMC300分布式测控系统进行控制。

　　采用DMC300分布式测控系统的DM4022双通道频率测量子站分别测量扭矩传感器输出扭矩和转速。DM4022可接入DMC300分布式测控系统，也可直接与WP4000变频功率分析仪相连。

　　制动电阻用于消耗电机制动时回馈至直流母线的多余的电量，进而将直流母线电压限制在安全范围之内。

四交流牵引电动机试验台的测控系统基本配置

　　以交流输出电压为1140V，功率200kW的交流异步牵引电机试验台为例进行配置，测控系统基本配置表如下：

表1 交流异步牵引电机试验台测控系统基本配置

序号	测控点/被测参量	测控设备	型号	数量
1	SP1、SP2	变频功率传感器	SP112201C	6
2		变频功率分析仪	WP4000	1
3	转速和扭矩	双通道频率测试子站	DM4022	1
4	温度	三相不平衡度	DM4032	1
5		负序分量	DMC300	1

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