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大功率变频电源在电机试验站系统中的应用

2012-06-02吴汉熙

电机与控制应用 2012年5期
关键词:试验站变频变频器

吴汉熙, 徐 静

(1.上海电机系统节能工程技术研究中心有限公司,上海 200063;2.上海格立特电力电子有限公司,上海 200063)

1 原有方案存在的问题

随着国民经济的增长,市场对电机质量和数量的要求越来越高,与之相应的是电机试验站的任务也越来越重。在电机出厂试验和型式试验中,传统方案中采用机组设备的缺点也日益突出。

传统的机组方案中,采用直流发电机、直流电动机、交流发电机等3~7个电机,组成庞大的负载机组系统。其存在的突出问题有:(1)设备投资大,对于中、大型电机试验而言,情况尤为突出;(2)谐波电流大,直流传动系统中,谐波电流约占基波电流的30%;(3)效率低且维护成本高,一般而言,直流电机的效率比交流电机低5%,同时直流电机的换向器需要定期维护和保养;(4)加载和调试困难,原始的办法是采用电阻负载,不仅消耗大量的电能,发热也很严重;采用直流母线实现电能回馈时,需采用弱磁等措施,手段繁琐,调试复杂。

总之,发电机组设备存在耗电量大、噪声大、体积大、精度差等缺点,已逐渐被变频电源取代[1]。

2 变频电源的硬件结构

随着电力电子技术、微处理器和控制技术的发展,以及大功率器件的应用日趋成熟,越来越多的电机试验站开始采用变频电源以取代原有的机组设备。图1为2 500 kW变频电源系统的结构原理简图。系统主要包括整流、变频、储能和放电单元等[2]。

2.1 整流单元

整流部分采用十二相整流电路,以降低输出电压纹波,消除3、5、7次谐波对电网的污染。

2.2 变频单元

8台变频单元为750 kW/660 V,其中变频器1-4给被试电机供电,其输出接至多抽头变压器,变压器为 3 150 kVA 0.66/3.15、6.3、10.5 kV,通过变频器升压可对不同额定电压的电机供电;变频器5-8为陪试电机供电,通过调节被试电机的运行频率和电压,可实现两台电机对拖方式下的加载和能量回馈。

图1 系统结构简图

对于低压小功率电机的试验,也可将变频器的输出直接接至电机端,并可选择是否通过电抗器和电源滤波输出,以实现PWM供电模式下的电机测试。

此外,用户通过按钮,可选择变频器单独运行、2-2并联、4台并联的运行方式,以满足大功率电机的测试。

2.3 储能单元和放电单元

储能单元的主要作用有:对直流电压进行滤波,保证直流侧电压的稳定;陪试机馈电到直流母线时,能够的吸收和储存。放电单元是在母线电压超出预定的危险电压时,进行放电,以保证整个系统的安全。同时,在整个系统断电时,放电单元将直流母线上电容的能量释放,以保证断电状态下操作人员的安全。

3 控制系统和参数设置

整个系统采用两套数字变频电源,变频电源的主控制板以英飞凌XE166微处理器为核心,通过CPLD电路,可对4台变频器提供PWM驱动信号。变频器采用上海格立特电力电子有限公司的VC2000系列产品。驱动信号采用光纤连接,可保证并联模式下,各变频器输出电压和相位的同步。同时,各变频器和制动单元的报警也采用光纤反馈,以保证故障状态下的及时响应[3-4]。

变频电源系统中,以电机1为例,其主要设置参数如表1所示,其他电机的设置参数与此类似。

由表1可见,数字化的变频电源系统可以达到很高的控制精度,如电压的调节精度为0.1 V,频率精度为0.01 Hz。

为保证系统的可靠性,变频电源系统提供手动和自动两种操作方式。手动操作时,通过信捷OP330设置上述参数;自动方式时,通过上位PC机进行参数设置。变频器、制动单元、信捷OP330和上位机与主控板之间采用485进行数据通信。

4 测试内容和测试结果

主要测试项目包括起动特性、空载特性、负载特性、转矩转速特性及温升试验。

(1)利用两台变频器实现交流电机的对拖负载实验。两台电机分别由两台变频器供电,在达到预定的电压和频率时,降低陪试电机的频率和电压,使得陪试电机工作在发电状态下,其回馈的电能直接馈送到直流母线上,再给被试电机供电,形成电功率的闭环。在实现电机加载的同时,大大降低电能的消耗;

(2)利用一套电源实现异步电机空载、超速、短时升高电压、异步电机堵转、叠频法温升试验等;

(3)利用两台变频器对拖,进行T/n曲线测试。

测试结果如表2所示,试验用500 kW电机的铭牌数据如表3所示。

表1 主要的设置参数

表2 500 kW电机测试数据(部分)

表3 电机铭牌数据

5 结 语

电机试验站变频电源系统的研制过程和大量试验数据表明:(1)电机试验站系统中,采用变频电源取代机组设备的方案完全可行;

(2)变频电源可根据实际情况,通过变频器并联实现系统功率的扩容,通过升压变压器可实现高压电机的测试。系统的应用和配置灵活,可满足不同功率、转速和电压的电机测试要求;

(3)数字化操作,加载、调频和调压的精度更高;

(4)通过直流母线实现电功率闭环,对交流侧的进线电网影响小;同时,额定负荷时,电网侧的进线电流只有被试(陪试)电机电流的1/6~1/3,节能效果显著。

[1]杨志强,俞建祥.交流变频器在汽车变频器电封闭试验台中的应用[J].试验与研究,2003(3):37-40.

[2]王迎旭,杨跃龙,邱泓.电机试验站机组拖动控制系统设计与应用[J].电力自动化设备,2004,24(4):51-53.

[3]何晓航,丁圻训.ABB变频器在3 000 kW交流电机试验台上的应用[J].电气制造,2008(10):39-41.

[4]徐哲.变频器在电机测试平台的应用[J].现代商贸工业,2010,22(3):321.

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