天地(常州)自動化股份有限公司 史 晗
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(shù),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。
目前國內(nèi)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(zhuǎn)速情況下才能穩(wěn)定加載;磁粉測功機只適合小功率、低轉(zhuǎn)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(diào)速技術(shù)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
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(cè)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(qū)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(diào)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(diào)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(cè)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(qū)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(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速或頻率控制,加載變頻器進行轉(zhuǎn)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(diào)整,使兩臺變頻器正向啟動時電機旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)矩,并對加載變頻器轉(zhuǎn)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(zhuǎn)矩為負;若被試變頻器做回饋運行,則設定轉(zhuǎn)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。
本文提出了一種基于變頻技術(shù)的變頻器模擬加載實驗臺,能夠?qū)ψ冾l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)。
[1]曾慶良,等.液壓加載電機實驗臺[J].煤礦機電,2000,3.
[2]王兆安,劉進軍.電力電子技術(shù)(第5版)[M].機械工業(yè)出版社,2009.
[3]張選正.礦用防爆變頻器和軟啟動器應用[M].化學工業(yè)出版社,2012.
[4]王兆安,楊君,等.諧波抑制和無功功率補償[M].機械工業(yè)出版社,2005.
[5]徐海.變頻器原理及應用[M].清華大學出版社,2010.
[6]鄭軍奇.EMC電磁兼容設計與測試案例分析[M].電子工業(yè)出版社,2010.