變頻器模擬加載實(shí)驗(yàn)臺(tái)

天地（常州）自動(dòng)化股份有限公司 史 晗

引言

變頻器在各行各業(yè)的應(yīng)用已十分廣泛，在一些重要場(chǎng)合，如大型帶式輸送機(jī)、起重機(jī)等，更是對(duì)變頻器的啟停特性、穩(wěn)定性等有著嚴(yán)格要求。這就需要變頻器生產(chǎn)廠家在產(chǎn)品出廠前對(duì)變頻器性能進(jìn)行全面系統(tǒng)測(cè)試，其中最為關(guān)鍵的檢測(cè)項(xiàng)目就是變頻器模擬加載。傳統(tǒng)加載方法均有一些缺點(diǎn)，并不適用于變頻器，尤其是大功率變頻器的模擬加載測(cè)試。而利用變頻技術(shù)，可很好的實(shí)現(xiàn)對(duì)變頻器的模擬加載，并具有很好的節(jié)能效果。

1 加載方式介紹

目前國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)加載設(shè)備有水力測(cè)功機(jī)、電渦流測(cè)功機(jī)、磁粉測(cè)功機(jī)、磁滯測(cè)功機(jī)等，還有少量使用液壓加載和機(jī)械加載，這些加載設(shè)備都是被動(dòng)式、無(wú)源型、耗能型，不僅浪費(fèi)資源，而且加載特性不好。例如水力測(cè)功機(jī)、電渦流測(cè)功機(jī)都靠水冷帶走加載能量，只有在高轉(zhuǎn)速情況下才能穩(wěn)定加載；磁粉測(cè)功機(jī)只適合小功率、低轉(zhuǎn)速下加載；磁滯測(cè)功機(jī)只適合小扭矩、小功率加載；機(jī)械加載和液壓加載目前已經(jīng)很少被采用。

隨著變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，出現(xiàn)了可以將加載時(shí)電機(jī)回饋能量重新利用的變頻加載裝置。這種加載方式使用方便，而且可以精確設(shè)定加載功率，交流電機(jī)產(chǎn)生的機(jī)械能重新反饋至電網(wǎng)，從而節(jié)約了電能，最大可節(jié)電70%。該加載方式最大的優(yōu)點(diǎn)在于可在低頻甚至零速時(shí)進(jìn)行加載，可以測(cè)試變頻器的起動(dòng)特性，同時(shí)也能長(zhǎng)期穩(wěn)定加載，便于變頻器出廠前對(duì)整機(jī)性能全面測(cè)試。

圖1 系統(tǒng)原理框圖

2 變頻加載裝置

加載系統(tǒng)原理框圖如圖1所示，該系統(tǒng)為一個(gè)共交流母線(xiàn)的加載系統(tǒng)。其中，T1變壓器為隔離變壓器，將加載系統(tǒng)與電網(wǎng)進(jìn)行電氣隔離，并可將電網(wǎng)電壓變?yōu)橄到y(tǒng)需要的交流母線(xiàn)電壓。該變頻器容量取加載系統(tǒng)加載功率的30%即可，一般干式變壓器即滿(mǎn)足要求。變壓器后級(jí)設(shè)有開(kāi)關(guān)柜，進(jìn)行主電路通斷控制及保護(hù)。

母線(xiàn)左側(cè)的回路為被試變頻器回路，主要由開(kāi)關(guān)柜2、整流變壓器T2及被試變頻器組成，被試變頻器驅(qū)動(dòng)被試電機(jī)。該回路中，開(kāi)關(guān)柜2的容量需滿(mǎn)足被試變頻器最大功率及電壓要求，開(kāi)關(guān)柜中建議選用智能型斷路器，可針對(duì)不同功率變頻器調(diào)整相關(guān)保護(hù)參數(shù)，且開(kāi)關(guān)柜中應(yīng)選用抗干擾能力較好的器件，以免出現(xiàn)顯示錯(cuò)誤或誤動(dòng)作等情況。T2整流變壓器為被試變頻器供電，整流變壓器容量為最大被試變頻功率的1.5倍。若被試變頻器電壓等級(jí)較多，可考慮將T2變壓器設(shè)計(jì)為多抽頭變壓器，若場(chǎng)地及資金允許，可在T2變壓器前端串聯(lián)有載調(diào)壓器，可對(duì)被試變頻器進(jìn)行電壓波動(dòng)試驗(yàn)。建議在被試變頻器前級(jí)加入濾波措施，盡量抑制被試變頻器產(chǎn)生的干擾進(jìn)入交流母線(xiàn)及電網(wǎng)。

母線(xiàn)右側(cè)的回路為負(fù)載變頻器回路，主要由開(kāi)關(guān)柜3，整流變壓器T3、加載變頻器和加載電機(jī)組成。其中，T3的容量應(yīng)為加載變頻器額定功率的1.5倍，加載變頻器前也應(yīng)加入濾波器等濾波措施。加載變頻器需使用采用AFE可控前端整流的四象限矢量變頻器。加載電機(jī)上加入軸編碼器，使加載變頻器驅(qū)動(dòng)加載電機(jī)進(jìn)行閉環(huán)控制。加載電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器與被試電機(jī)進(jìn)行硬連接，也可在連接中加入轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器，以便得到更多的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

加載時(shí)，被試變頻器進(jìn)行轉(zhuǎn)速或頻率控制，加載變頻器進(jìn)行轉(zhuǎn)矩控制。測(cè)試開(kāi)始時(shí)，分別啟動(dòng)被試變頻器及加載變頻器，并做相應(yīng)調(diào)整，使兩臺(tái)變頻器正向啟動(dòng)時(shí)電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向相同。加載時(shí)，設(shè)定加載變頻器的速度為0，按被試變頻器額定功率計(jì)算轉(zhuǎn)矩，并對(duì)加載變頻器轉(zhuǎn)矩進(jìn)行相應(yīng)設(shè)定。若被試變頻器做拖動(dòng)運(yùn)行，則加載變頻器設(shè)定的轉(zhuǎn)矩為負(fù)；若被試變頻器做回饋運(yùn)行，則設(shè)定轉(zhuǎn)矩為正。設(shè)定完成后，啟動(dòng)加載變頻器，此時(shí)加載電機(jī)應(yīng)保持靜止。加載變頻器啟動(dòng)完成后，即可啟動(dòng)被試變頻器，變頻器會(huì)進(jìn)行帶載啟動(dòng)。加載時(shí)，始終會(huì)有1臺(tái)變頻器做回饋運(yùn)行，較大一部分能量在交流母線(xiàn)上進(jìn)行順時(shí)針或逆時(shí)針流動(dòng)，系統(tǒng)僅從電網(wǎng)吸收系統(tǒng)損耗的能量，經(jīng)測(cè)量，這部分能量為實(shí)際加載功率的30%。

系統(tǒng)還可加入上位機(jī)，將各開(kāi)關(guān)柜、變頻器等接入上位機(jī)，實(shí)現(xiàn)集中控制及自動(dòng)控制。

3 結(jié)論

本文提出了一種基于變頻技術(shù)的變頻器模擬加載實(shí)驗(yàn)臺(tái)，能夠?qū)ψ冾l器的啟動(dòng)特性、帶載特性進(jìn)行全面測(cè)試，并具有很好的節(jié)能效果。實(shí)驗(yàn)證明，此系統(tǒng)適用于不同功率及電壓等級(jí)的變頻器出廠加載測(cè)試，系統(tǒng)加載精度高，加載范圍寬，節(jié)能效果明顯，是變頻器、尤其是大功率變頻器的首選加載測(cè)試系統(tǒng)。

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