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摘要：文章主要通过对交流电力测功机试验阶段反馈电的产生过程及反馈电的输出的研究，结合测功设备的典型试验及实测数据，建立相应数学模型，得出测功设备输出电能的计算公式及系数，并应用本次研究优化汽车发动机试验室的配电设计方案，科学利用测功机反馈电能，达到节能的目的。
关键字：电力测功机；反馈电；负荷计算；需要系数
1.研究对象选择
测功机是电机性能测试台、机械传动试验台和发动机性能测试台等试验装置中的核心设备。目前国内各车企和试验机构新建发动机试验室项目中，广泛采用的测功机就是交流电力测功机，因此本次选择的研究对象为带电能回馈功能的交流电力测功机。
根据国标GB/T19055-2003《汽车发动机可靠性试验方法》及GB/T18297-2001《汽车发动机性能试验方法》内容规定，发动机试验主要是可靠性试验和性能试验。可靠性试验一般持续时间长，试验持续时间一般在200~1000h，且负荷稳定。性能试验一般试验准备时间长、试验持续时间短，试验项目较随机。故为了反馈电的合理利用，选择可靠性试验作为研究对象的典型试验，其中以汽车发动机可靠性试验的交变负荷试验、冷热冲击试验作为研究重点。
2.计算方法确定
2.1负荷持续率的确定方法分析
3.主要计算参数确定
3.1负荷持续率确定
3.1.1交变负荷试验
试验规范描述：油门全开，从最大净扭矩转速（nM）均匀地升至最大净功率的转速（nP），历时1.5min；在nP稳定运行3.5min；随后均匀地降至nM，历时1.5min；在nM稳定运行3.5min。重复上述交变工况，运行到25min，油门关闭，转速下降至怠速（ni）运行到29.5min；油门开大，无负荷，使转速均匀上升到105%额定转速（105%nr）或上升到发动机制造厂规定的最高转速，历时0.25min±0.1min；随后均匀地关小油门，使转速降至nM，历时0.25min±0.1min。至此完成了一个循环，历时30min.运行800个循环，运行持续时间400h。根据交变负荷试验过程描述，一个30min试验循环中约有25.5min发动机处于油门全开，最大功率输出状态，约有5min发动机处于油门关闭怠速状态或无负荷状态，而发动机怠速状态下输出功率较小，约为8~10kW，与测功机额定容量相比更小，故在此假定怠速时输出为0，无负荷时测功机不介入，故可得出在交变负荷试验过程中发动机的发电持续率为 ε=（30-5）/30=0.83。
3.1.2冷热冲击试验
冷热冲击试验规范见下表1，表中工况1到2，2到3的转换在5S以内完成；工况3到4，4到1的转换在15S以内完成，均匀地改变转换及负荷。每循环历时6min。
根据计算，测功机发电量需要系数可按0.25。
5.反馈电利用方法
5.1测功机反馈电利用现状及问题
电力测功机目前供电方式均为低压0.4kV供电，目前大部分供电设计均采用交流电力测功机单独设置专用变压器，其反馈电在低压侧也采取相应措施控制及利用。故会产生以下问题：
① 电力测功机在大部分工作状态为发电状态，如果对于其发电状态不加以控制，则会反馈至高压侧，引起更广范围的影响。
② 电力测功及所发电能未能在低压侧合理利用，导致所发电能大部分以热能损失在线路中。
5.2测功机反馈电低压侧利用可行性
汽车发动机试验室主要用电设备除工艺设备外，还有制冷机、循环水泵、冷却塔风机、空调机组、排尾气风机、进气空调、扫风风机等用电设备。这类设备均为耗电设备，且工作状态与试验过程同步，即在发动机试验时，循环水泵、冷却塔风机、空调机组、排尾气风机、扫风风机等均处于工作状态，故将这些设备与测功机共用变压器，则可能在低压侧将测功机发电在低压侧合理消耗。
5.2.1测功机试验间用电设备功率分析
以250kW测功机的汽车发动机试验间为分析对象，主要耗电设备功率分析如下：
制冷机为56kW、循环水泵10kW、空调机组18.5kW、排尾气风机 3kW、扫风风机1.5kW。
每个发动机试验间主要耗电设备功率总计为：89.0kW，需要系数取0.8，则耗电设备计算功率为71.2KW，250kW电力测功机发电量为250x0.25=62.5kW，故对于每台发动机试验间其发电功率略小于其耗电设备功率。
5.2.2发动机试验室供电方案确定
基于以上分析，为了合理控制及利用电力测功机反馈电能，电力测功机供电不再单独设置专用变压器，将交流电力测功机与发动机试验室内制冷机、循环水泵、空调机组、排尾气风机等设备共用变压器。变压器的选择可采用以下原则：
① 对于单台测功机，为其供电的变压器安装容量需大于发动机测功机的安装容量。对于多台发动机测功机，为其供电的变压器容量须大于最大一台测功机的安装容量。
② 配电干线或变电所的负荷计算时，发动机测功机的需要系数可考虑为0.2～0.25，如公用设备用电负荷较大，可考虑取0～0.1。
③ 变压器的容量选择：主要依据除交流电力测功机以外的其所选用耗电设备的计算负荷。
6.结语
基于以上分析及计算，我们对交流电力测功设备的配电设计较前设计有了较大的优化，通过合理匹配低压负荷，有效控制并利用了交流电力测功机反馈电能，确保了上级电网的运行安全，并且通过变压器的合理选择节省了配电设备一次投资，也达到了节能设计的目的。
参考文献：
[1] 刘介才.《工厂供电》第3版.机械工业出版社.2003年8月第3版.
[2] 国家质量监督检验检疫总局.《汽车发动机可靠性试验方法》GB/T19055-2003.中国标准出版社.2003年7月.
论文作者:张然,石华军,赵哲宇
论文发表刊物:《电力设备》2017年第35期
论文发表时间:2018/4/27
标签：测功机论文; 负荷论文; 发动机论文; 设备论文; 电力论文; 反馈论文; 变压器论文; 《电力设备》2017年第35期论文;