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防爆电机  

2013.11.21

高效、超高效电机测试系统

高效电机试验系统包括正弦波变频电源、负 载稳定系统、高精度测试系统、自动控制系统等部 分,如图1所示t系统的容量可根据被试验电机規格来选配,满足0.75 -375 kW高效、超高效电机的效率试验。

1、双反馈三稳正弦波变频试验电源

1.1 、工作原理

采用静止正弦波变频试验电源,该电源采用 大功率开关器件绝缘栅双极晶体管(IGBT)以交-直-交结构实现静止式变频电源。与传统的机组 模式,静止式变频电源土建要求低、控制自动化@ 度高、噪声低,可明显降低运行能耗,保证良好的 控制精度,可扩展性强,在电机试验领域也得到了 良好应用。

正弦波变频试验电源系统X作原理和组成如 图2所示。.主电路为交-直-交结构,包括整流器(ZL),直流滤波器、逆变器(BP1和BP2)、交流滤 波(L和C)等组成部分。整流器将50 Hz交流电 经桥式整流、平波电抗器、电解电容滤波后变为直 流(P+和P_ )。桥式整流电路为半控结构,起动 过程中调节晶闸管的触发角,可以控制直流电压 由低到高逐渐变化,减少冲击电流,实现软起动。 在大功率系统中,考虑整流系统对电源的污染等 因素,将整流电路分为独立的两组,组成12脉波 整流。BP1和BP2采用单相全桥结构,是电源的 核心。逆变器选用IGBT作为开关器件。利用 IGBT开关频率较高的优点,采用SPWM方式对逆 变器进行控制,将平稳直流变换为脉宽调制 (PWM)输出的交流,输出SPWM(U10和U20)波 幅值恒定,宽度按正弦规律变化,该交流基波频率 为所需要的电源输出频率。逆变器输出的PWM 波经无源LC滤波电路滤波后,得到纯正的正弦 波交流电(U1和U2)。

1.2、借波电压因数及电源品质的改善

衡量变频电源的一个重要指标就是谐波电压 因数(丑印)。按GB 755—2000的规定:式中:谐波电压的标幺值(以额定电压R 为基值);

n—谐波次数(不包含3及3的倍数)0 为满足电机试验需求,电源必须满足 ffVF^0.015o因此必须对逆变器的电源输出进 行滤波处理。如图2所示,电感L和电容C组成 低通滤波器ZT,滤出高频载波。低通滤波器LC 输出,直接影响变频电源输出电压波形的失真度, 因此滤波器的设计原则是考虑最高输出频率,只 要最高输出频率下正弦波的失真度得到满足,则 低频输出时由于载波比增加,正弦波失真度可自 然满足,如图3所示。

正弦波滤波器实际上是低通滤波器,一 般按要求的输出谐波含量值经验选取时间常 数。正弦波滤波器需要抑制的谐波最低频率为

式中——静止电源载波频率; fe——拭验电源额定频率; k—系数,大小可根据最高谐波次数选取。 正弦波滤波器的最高通过频率为frr=2iJlC (3)

根据对电源品质的要求和静止电源的载波频率等 参数可确定滤波器的最髙通过频率/T,/T的取值 应小于/―。

正弦波滤波器的时间常数为

在电源的设计中,IGBT关断和开通电流都很 大,主电路引线的电感在IGBT功率回路中易引 起浪涌电压,增加功率器件的开关损耗,危及器件 的安全。因此减少主回路的配线,降低逆变器输 出主回路中的布线,并联运行的系统中运行的单 元线路电感量保持一致。系统的谐波电压因数, 实测值为0.011,完全满足标准的规定。

1.3、电压和频率的波动率

电源在额定工况下稳定运行后,负载功率要求 在(100 ±10% )额定负载范围内,分别在额定频率 (50 Hz和60 Hz)下,电压和频率的10 min波动率:

标准规定频率稳定率应不大于0.05%,本系 统最优水平可达0.01%以内,远优于标准要求。 3.2系统的测量及控制

自动控制系统采用RS -485总线结构模式, 其网络拓扑如图4所示,主要组成有控制主回路 的可编程控制器(PLC),集线器(HUB) ,RS-485总线的覼务器,用于进行各种数据采集的髙精度 羼运仪器、用于整流单元、逆变单元控制用的光纤 传导津分,以及反馈数据的采集系统、系统的电气 至拏控朝和系统的电量闭环控制等。RS-485总 线将测量、控制、远传集为一体,在总线上连接各 :位机(控制终端和数据釆集终端系统)和上位 瓤(控制计算机),是由上位机统一管理的主从式 总线型的控制和检测系统。整个系统的检测数据 监控数据可由通信管理层和远程系统进行 通信,实现数据的远程共享和实时监控。

整个系统可分为三个层次,首先是控制计算 机(上位机),其次是通信管理层,最后是各个终 菴,包括控制终端和数据采集终端。通信管理层 是负责沟通各下级单元监控系统、数据采集,通过 通信管理层实现承上启下;控制计算机负责发布 命令,将通信传输数据进行分类,建立数据库,并 按照预先的设定进行处理。终端的作用是控制计 算机的指令执行机构,包括命令的输出和测试数 据的输入。

测量部分由髙精度功率分析仪、转矩转速测 试仪、堵转测试仪、直流电阻测试仪、绝缘电阻测 试仪和温度巡检仪组成。功率分析仪通过工业以 太网与计算机通信,在计算机上显示电压、电流、 功率等量。转矩转速测试仪、堵转测试仪、直流电 阻测试仪、绝缘电阻测试仪和温度巡检仪通过 EDG4508服务器连接到工业以太网,并通过工业 以太网与计算机实现通信。试验过程中显示的电 量和非电量数据可直接存入数据库,通过相应的 软件平台实现被试电机的参数及性能计算、数据 管理、数据分析和报表打印。

远程控制和测试实现了电机试验过程中的智 能控制、数据自动采集,分析、计算和报表的输出。 系统自动化程度高,可靠性强,大大减少了工作人 员的工作量。

系统不确定度验证

低不确定度是系统的重要技术指标。为保证 效率测试水平,对系统的效率测试的不确定度进 行了验证,以90 kW,4极,50 Hz,380 V三相笼型 电机为例,分别测试10次,效率结果如下: 95.30% ,95. 22% ,95. 28%,95. 15% ,95. 21% , 95.19% ,95.17% ,95. 25% ,95.20% ,95.24%。



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