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WP4000变频功率分析仪在三相异步电机试验台中的应用

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  • 发布时间:2013/10/26 20:22:57
  • 作者:AnyWay中国

摘要

  本文介绍了变频异步电机试验台的试验电源选型、变频电量测试系统选型、试验台设计要点及试验台工作原理,重点分析了变频异步电机试验台测控需要,并给出了测控系统配置清单。

异步电机试验台的试验能力

  本异步电机试验台建成后,可以满足:

  1、380V、690V、1140V、3kV、6kV、10kV三相异步电动机的型式试验和出厂试验;

  2、普通异步电机,变频异步电机,牵引异步电机的型式试验和出厂试验;

  3、试验最大容量为对拖2MVA、单机4MVA;

   a、380V可满足最小7.5kW,最大2MVA电机试验

   b、690V、1140V、3kV、6kV、10kV可满足最大4MVA电机试验

  4、可按照下述五种方式运行:

   a、4个1MVA单机试验(支持叠频试验);

   b、2个1MVA对拖试验;

   c、2个2MVA单机试验(支持叠频试验);

   d、1个2MVA对拖试验;

   e、1个4MVA单机试验(支持叠频试验)。

异步电机试验台的设计依据

  1、用户要求

  2、GB755-2008旋转电机_定额和性能

  3、GB755-2-2003旋转电机(牵引电机除外)确定损耗

  4、GB/T1032-2012三相异步电动机试验方法

  5、GB/T22670-2008变频器供电三相笼型感应电动机试验方法

  6、GB/T25123.2-2010 电力牵引 轨道机车车辆和公路车辆用旋转电机 第2部分:电子变流器供电的交流电动机

异步电机试验台的试验项目

  ◆ 空载试验:(自动完成)

  ◆ 堵转试验:(人工输入堵转电流倍数,自动完成)

  ◆ 低频堵转试验:(人工输入堵转电流倍数,自动完成)

  ◆ 负载试验:(自动完成)

  ◆ 效率的确定 :按照GB/T1032-2012规定的A、B、B1、E1、F1、G1、H法,共七种;(自动完成)。

  ◆ 变频器供电电动机负载特性测定:(自动完成)

  ◆ 温升试验:

   ★直接负载法:对拖法(自动完成)
   ★等效负载法:降低电压负载法、降低电流负载法、定子叠频法。(自动完成)

  ◆ 最大转矩的测定:(自动完成)

  ◆ 最小转矩的测定:(自动完成)

  ◆ T-N曲线的测定:(自动完成)包括:正向、反向曲线。加载时,最低转速应<2%Ne。

  ◆ 过转矩试验:(自动完成)

  ◆ 超速试验:(自动完成)

  ◆ 耐压试验:(买方自备耐压设备,人工完成,手动输入)

  ◆ 短时升高电压试验:(自动完成)

  ◆ 绝缘电阻的测定:(买方自备绝缘电阻仪,人工试验、手工输入)

  ◆ 冷态直流电阻的测定:(买方自备直流电阻仪, 人工试验、手工输入)

异步电机试验台的设计要点

1试验电源选型

  异步电机的低频堵转试验、超速试验、变频器供电电动机负载特性测定、不同基准频率的变频电机试验等需要试验电源提供不同频率的输出,为降低成本,减少电源噪声,拓宽试验电源的频率输出范围,本方案采用静止电源——变频电源(银河电气称数字 电源)作为试验电源。

  试验用的变频电源不同于普通变频器,主要区别如下:

  a、可输出标准正弦波,电源品质满足GB755和GB1032要求;

  b、电压、频率独立可调,一般要求同时具备V/F模式和V/F分离模式,采用V/F模式(或矢量控制)启动后,可转入V/F分离模式,独立调节电压和频率;

  c、可输出叠频波形,且主电源和副电源的电压、频率可独立设置;

  d、要求具备较强的制动能力,满足停机测电阻等试验的快速制动要求,能够抑制叠频试验带来的直流母线波动;

  e、可通过并联/解并提高电源利用率;

  f、其它要求。

  注:变频电源一般采用PWM电源输出加正弦波滤波器的方式实现,正弦波滤波器会产生一定的压降(一般额定电流时10%以内),例如:690VPWM电源经滤波器后大约只能输出620V的正弦波电压,不能满足690V电机试验的需要。因此,选择电源时,应考虑滤波器带来的电压降。

2不同电压等级下的满功率输出

  被试电机具有6种电压等级,相同容量,不同电压等级的电机,具有不同的额定电流,而变频电源的最大输出电流是固定的,与电压等级无关。例如:690V/2MVA的变频电源,最大输出电流约1674A,该电源用于380V电机试验时,最大输出容量为1.732*380*1674≈1100,000W=1.1MVA,容量降低了近一半。

  为了提高变频电源的利用率,对于不同电压等级的电机试验,本方案在变频电源之后加装变压器,对变频电源的输出电压进行变换。

  试验站要求五种试验配置,不同试验配置通过变频电源的并联和解并实现:

  试验站共采用4台变频电源,每台电源容量为1MVA,通过并联和解并实现“一、试验能力”要求的五种运行方式:

  a、4个1MVA单机试验(支持叠频试验):四台变频电源独立运行;

  b、2个1MVA对拖试验:四台变频电源独立,分为两组;

  c、2个2MVA单机试验(支持叠频试验);四台1MVA变频电源两两并联,变换为两台2MVA变频电源,独立控制;

  d、1个2MVA对拖试验;四台1MVA变频电源两两并联,变换为两台2MVA变频电源,协调控制;

  e、1个4MVA单机试验(支持叠频试验):四台变频电源全部并联,变换为一台4MVA变频电源。

  由于单台电源容量为1MVA,考虑到1MVA变频电源中,690V电压等级技术较成熟,性价比较高,本试验站采用4台690V/1MVA的变频电源。输出采用变压器进行电压变换,变压器输出为三绕组,通过星三角变换得到380V、690V、1140V、3kV、6kV和10kV六种电压输出。

  注1:设计变压器变比时,需考虑最高等级电压应为电机最高额定电压的1.3倍,以满足过电压试验的需要。其它电压等级的电机过电压试验可采用高一等级的绕组输出。

  注2:设计变压器变比时,输入侧需考虑正弦波滤波器带来的电压降。

3宽范围内的高精度测量

  异步电机试验台的电压等级不同、功率不同、试验项目不同,被测电参量的范围不同。

  380V/7.5kW电机的空载试验时,电流最小,约5A。

  380V满容量输出(4MVA)时,电流最大,约6000A。

  380V/7.5kW低频堵转试验和变频电机负载特性试验时,最低电压可达30V以下,按20V计算。

  10kV电机的最高试验电压约13kV。

  大功率电机空载的功率因数可低至0.05以下,按0.05计算。

  变频电机负载特性试验要求最低频率为3Hz或更低,额定频率50Hz的变频电机负载特性试验最高试验频率为100Hz,考虑到不同基准频率电机的试验需要,测试系统的能够准确测量的频率范围至少应满足3~200Hz,本方案0.1Hz~400Hz考虑。即试验站测试系统要求电压在20V~13kV范围内,电流在5A~3000A范围内,频率在0.1Hz~400Hz范围内,功率因数在0.05~1范围内均能准确测量。

  AnyWay变频功率分析仪的宽范围内的高精度测量的特点符合异步电机试验台电参量测试系统的要求。但是,单台功率单元——SP系列变频功率传感器仍不能满足电压、电流测量范围的要求。为此,将试验测试回路分为高压和低压两部分,380V、690V、1140V回路作为低压回路,3kV、6kV、10kV回路作为高压回路,采用两组WP4000变频功率分析仪对试验的电参量进行测试。此外,与变频电源的并联解并配合,SP系列变频功率传感器同样进行并联和解并,一方面可以减小传感器的额定电流,降低成本,另一方面还可以利用并联解并拓宽电流测试范围。WP4000变频功率分析仪及SP变频功率传感器配置如下:

  a、高压回路:SP103201C 12台(每台电源输出连接3台),WP4000变频功率分析仪2台

  b、低压回路:SP112102B 12台(每台电源输出连接3台),WP4000变频功率分析仪2台

  SP系列变频功率传感器的技术指标见表1,异步电机试验台保证精度的测试范围见表2。

表1、SP系列变频功率传感器主要技术指标

项目 配置 项目

电压测量精度

B型:0.1%rd
C型:0.2%rd
幅值: 0.5%~100% UN; 基波频率:DC,0.1Hz~400Hz

电流测量精度

B型:0.1%rd
C型:0.2%rd

幅值: 1%~200% IN; 基波频率:DC,0.1Hz~400Hz

功率测量精度

B型:0.1%rd
C型:0.2%rd

电压、电流满量程,功率因数=1,基波频率:45~66Hz

功率测量精度

B型:0.2%rd
C型:0.5%rd

功率因数:0.2~1,基波频率:DC,0.1~400Hz

功率测量精度

B型:0.5%rd
C型:0.1%rd

功率因数:0.2~1,基波频率:DC,0.1~400Hz

频率测量精度

0.02%rd

0.1~1500Hz

电压过载时间

10min

U<1.5UN

电流过载时间

3min

I<2IN

隔离电压

2UN+1kV

50/60Hz,1min


xian002

表2、异步电机试验台保证精度的测试范围

项目

高压回路

低压回路

最低测试电压

75V

 9V

额定最高测试电压

10kV

1140V

短时最高测试电压

15kV

1700V

最小测试电流

7.5A

5A*

额定最大电流(四台并联)

800A

4000A*

短时最大电流(四台并联)

1600A

8000A*



 

  注1:SP112102B满足读数的0.1%的最小电流为10A,5A时精度由于0.2%,仍能满足GB1032对电参量测量精度的最高要求。

  注2:690V电机试验时,最大容量为4MVA,最大输出电流约3300A。

  注3:690V电机短路试验时,可用380V绕组输出,最大输出电流约6000A。

4前电磁兼容

  a、异步电机试验台主电量测试采用WP4000变频功率分析仪,其它辅助参量如温度、转速、扭矩、流量等测试采用DMC300分布式测控系统的DM系列测量子站,均为前端数字化产品,测量前端可承受IEC4级电磁干扰,输出采用光纤传输,可以完全避免传输环节的损耗与干扰。适合复杂电磁环境下的高精度测量。

  b、异步电机试验台变频电源采用24脉整流,输入安装必要的电抗器等滤波装置,可将电网测电流波形畸变率控制在4%以内,符合公用电网谐波标准。

  c、异步电机试验台变频器等设备的通讯均采用RS485/光纤转换器等装置转换为光纤通讯,通讯不受电磁干扰的影响。

异步电机试验台的试验原理

变频电机试验原理框图

图1、 异步电机试验台工作原理

异步电机试验台的操作台设计

  试验台主要由4台WP4000变频功率分析仪,4台试验操作计算机,1台服务器,DMC300分布式测控系统及少量的急停按钮等构成。

  WP4000变频功率分析仪、DMC300分布式测控系统与服务器相连,所有计算机与服务器通过局域网相连。

  根据试验模式的不同,试验站可分为1、2、4个试验台位,每台操作计算机安装银河电气研制的电机试验测控报表软件,任意一台操作计算机可通过服务器中转对任意一个试验台位进行操控,试验数据存储在本机,并定时发往服务器备份。可在每台操作计算机上自动出具报表,也可在服务器上对试验站的所有台位的所有试验进行综合管理及分析。

  服务器安装有电源管理及数据管理软件,根据需要对4台变频电源并联及解并控制,对来自4台WP4000变频功率分析仪的数据进行并联和解并的关联运算。

  服务器安装有录波及回放软件,记录试验的全过程状态机数据,试验结束后可采用回放方式在线整个试验过程,即便是试验过程没有按要求记录数据,也可试验后在回放过程中重新获取数据,不必担心错过任何一个细节,避免重复试验,节约时间,节约电费,减少设备损耗。

变频电机试验台

图2、异步电机试验台的操作台

异步电机试验台的主要设备

表3、异步电机试验台主要测控设备清单

序号

测控点

设备

型号

数量

备注

1

SP1、SP3、SP5、SP7

变频功率传感器

SP112102B

12台

兼容380V/690V/1140V

2

SP2、SP4、SP6、SP8

变频功率传感器

SP103201C

12台

兼容3kV/6kV/10kV

3

SP1、SP3、SP5、SP7

变频功率分析仪

WP4000

2台

6个功率单元接口

4

SP2、SP4、SP6、SP8

变频功率分析仪

WP4000

2台

6个功率单元接口

5

辅助参量测控

分布式测控系统

DMC300

1套