變頻器模擬加載實驗臺

天地（常州）自動化股份有限公司 史 晗

引言

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

1 加載方式介紹

目前國內傳統(tǒng)加載設備有水力測功機、電渦流測功機、磁粉測功機、磁滯測功機等，還有少量使用液壓加載和機械加載，這些加載設備都是被動式、無源型、耗能型，不僅浪費資源，而且加載特性不好。例如水力測功機、電渦流測功機都靠水冷帶走加載能量，只有在高轉速情況下才能穩(wěn)定加載；磁粉測功機只適合小功率、低轉速下加載；磁滯測功機只適合小扭矩、小功率加載；機械加載和液壓加載目前已經(jīng)很少被采用。

隨著變頻調速技術的發(fā)展和應用，出現(xiàn)了可以將加載時電機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，而且可以精確設定加載功率，交流電機產(chǎn)生的機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)點在于可在低頻甚至零速時進行加載，可以測試變頻器的起動特性，同時也能長期穩(wěn)定加載，便于變頻器出廠前對整機性能全面測試。

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)為一個共交流母線的加載系統(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足要求。變壓器后級設有開關柜，進行主電路通斷控制及保護。

母線左側的回路為被試變頻器回路，主要由開關柜2、整流變壓器T2及被試變頻器組成，被試變頻器驅動被試電機。該回路中，開關柜2的容量需滿足被試變頻器最大功率及電壓要求，開關柜中建議選用智能型斷路器，可針對不同功率變頻器調整相關保護參數(shù)，且開關柜中應選用抗干擾能力較好的器件，以免出現(xiàn)顯示錯誤或誤動作等情況。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較多，可考慮將T2變壓器設計為多抽頭變壓器，若場地及資金允許，可在T2變壓器前端串聯(lián)有載調壓器，可對被試變頻器進行電壓波動試驗。建議在被試變頻器前級加入濾波措施，盡量抑制被試變頻器產(chǎn)生的干擾進入交流母線及電網(wǎng)。

母線右側的回路為負載變頻器回路，主要由開關柜3，整流變壓器T3、加載變頻器和加載電機組成。其中，T3的容量應為加載變頻器額定功率的1.5倍，加載變頻器前也應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。加載電機上加入軸編碼器，使加載變頻器驅動加載電機進行閉環(huán)控制。加載電機通過聯(lián)軸器與被試電機進行硬連接，也可在連接中加入轉矩轉速傳感器，以便得到更多的試驗數(shù)據(jù)。

加載時，被試變頻器進行轉速或頻率控制，加載變頻器進行轉矩控制。測試開始時，分別啟動被試變頻器及加載變頻器，并做相應調整，使兩臺變頻器正向啟動時電機旋轉方向相同。加載時，設定加載變頻器的速度為0，按被試變頻器額定功率計算轉矩，并對加載變頻器轉矩進行相應設定。若被試變頻器做拖動運行，則加載變頻器設定的轉矩為負；若被試變頻器做回饋運行，則設定轉矩為正。設定完成后，啟動加載變頻器，此時加載電機應保持靜止。加載變頻器啟動完成后，即可啟動被試變頻器，變頻器會進行帶載啟動。加載時，始終會有1臺變頻器做回饋運行，較大一部分能量在交流母線上進行順時針或逆時針流動，系統(tǒng)僅從電網(wǎng)吸收系統(tǒng)損耗的能量，經(jīng)測量，這部分能量為實際加載功率的30%。

系統(tǒng)還可加入上位機，將各開關柜、變頻器等接入上位機，實現(xiàn)集中控制及自動控制。

3 結論

本文提出了一種基于變頻技術的變頻器模擬加載實驗臺，能夠對變頻器的啟動特性、帶載特性進行全面測試，并具有很好的節(jié)能效果。實驗證明，此系統(tǒng)適用于不同功率及電壓等級的變頻器出廠加載測試，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試系統(tǒng)。

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