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高压电机试验台测试系统解决方案

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  • 发布时间:2014/7/3 16:21:43
  • 作者:hb_yinhe

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  高压电机试验台可以完成额定电压在1140V~10KV内的所有的高压异步电机的型式试验和出厂试验,所有试验均自动完成,是一套集高精度测量、自动控制、检测技术为一体的集成自动化试验台。

高压电机试验台引用标准及试验项目

01高压电机试验台引用标准

  ● GB755-2008 旋转电机_定额和性能

  ● GB755-2-2003 旋转电机(牵引电机除外)确定损耗

  ● GB/T1032-2012 三相异步电动机试验方法

  ● GB/T22670-2008 变频器供电三相笼型感应电动机试验方法

  ● 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

    02高压电机试验台试验项目

      ● 空载试验

      ● 堵转试验

      ● 低频堵转试验

      ● 负载试验

      ● 效率的确定 :按照GB/T1032-2012规定的A、B、B1、E1、F1、G1、H法,共七种;

      ● 变频器供电电动机负载特性测定

      ● 温升试验

          ○ 直接负载法:对拖法

          ○ 等效负载法:降低电压负载法、降低电流负载法、定子叠频法

      ● 最大转矩的测定

      ● 最小转矩的测定

      ● 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

      ● 超速试验

      ● 耐压试验

      ● 短时升高电压试验

      ● 绝缘电阻的测定

      ● 冷态直流电阻的测定

    高压电机试验台需求分析

    01测试点及精度要求

      ● 变频试验电源输出(被试电机输入)电量的测量,包括电压,电流,功率因数、功率等。

      ● 被试电机轴输出功率(通过测量扭矩、转速计算得出)。

      ● 陪试电机加载或回馈能量的监测。

      ● 集控台可实时显示试验过程中的测量结果。

      ● 被试及陪试电机主电量测量需保障的精度指标:电压、电流误差限值≯0.2%rd,功率误差限值≯0.5%rd。

      ● 被试电机输出机械功率测量需保障的精度指标:≯0.5% F.S

    02被测电量特征值

      ● U ≤ 15000V(1.3倍过电压加20%裕量);I ≤ 1000A;

      ● 基波频率f ≤ 100Hz,按分析到100次谐波算,带宽10kHZ。

      ● 功率因数:0.05~1

    02电磁环境

      由于试验采用变频试验电源,试验站其他非线性设备较多,电磁环境复杂,对测量设备的EMC性能要求较高。

    高压电机试验台测试系统构成原理图

    01高压电机试验台方案简介

      本系统的被试电机和陪试电机均采用变频电源供电,电参量测试系统采用银河电气研制的WP4000变频功率分析仪,被试电机侧功率单元和陪试电机侧功率单元均选用SP系列变频功率传感器SP103501C,变频功率传感器通过光纤与WP4000变频功率分析仪相连,采用DM4022频率测试子站测量扭矩转速传感器的信号,DM4022通过光纤直接与功率分析仪连接。

      试验电源采用电机试验专用变频器,变频器输入采用必要的滤波手段,使其对电网的谐波污染控制在可接受的范围之内;变频器输出连接正弦波滤波器,使其输出波形品质符合相关标准的要求。

      试验电源有两种方案,方案一为高高方案,参见图1,试验电源采用高压变频器。试验电源直接与10kV电网相连,输出直接驱动被试电机和陪试电机。被试电机工作在电动机状态下时,陪试电机运行于发电机状态,发出电能经过陪试电源回馈10kV电网再利用,可以节约大量电能,这种能量回馈技术称为交流回馈。由于直接采用高压变频器,业内一般称为高高方案。

    高压电机测试原理图高高方案

    图1. 高压电机试验台测试系统高高原理图

      方案二为高低高方案,参见图2,试验电源采用低压变频器,并且将变频器分为整流器和逆变器两个部分,两台试验电源可共用一个整流器。10kV高压先经过降压变压器将为690V。690V电网经过整流器变换为直流母线。直流母线上连接两台逆变器。被试电机工作在电动机状态下时,陪试电机运行于发电机状态,发出电能经过变压器和陪试电源回馈直流母线,直流母线又经过被试逆变器为被试电机提供电能,整个试验只需提供两台电机的损耗的能量即可,可以节约大量电能。由于电能只回馈至直流母线,这种能量回馈技术称为直流母线回馈。由于采用低压变频器,变频器的输入连接降压变压器,输出连接升压变压器,业内一般称为高低高方案。

    高压电机测试原理图高低高方案

    图2. 高压电机试验台测试系统高低高原理图

    02高压电机试验台两种方案对比

    1、高高方案较为简单,占地面积小

      高低高方案多了三台变压器,系统相对复杂,占地面积大。在高压变频器技术尚未成熟的时候,以高低高方案为主。而高压变频器技术相对成熟之后,高高方案成本优势较为明显。并且,因为高高方案输出没有变压器,工作频率范围宽。高低高方案受输出变压器限值,在低频时变压器不能满电压运行(除非采用特殊设计的变压器,这种变频器铁芯庞大,成本高昂)。

    2、高低高方案可满足不同电压等级下满容量输出

      输出变压器经过原副边星三角变换变为3kV、6kV、10kV三种电压等级,当被试电机的电压等级较多时,高低高方案的试验电源可以在多个电压等级下均达到满功率输出。

    3、高低高方案可以降低整流环节的容量

      高低高方案两台逆变器公用一个整流单元,由于整流单元只需要提供两台电机的损耗,因此,可以大幅度降低整流单元的容量。电机最低效率按照85%计算,整流单元容量可降低至标准配置的15%。

    4、高低高方案可以减小对电网的影响

      高低高方案的能量回馈在直流环节实现,可以减小与电网的无功交换,相同整流原理的情况下,还可以减小对电网的谐波污染。

    高压电机试验台系统测试设备选型

    序号

    名称

    型号

    数量

    备注

    1

    变频功率分析仪

    WP4000

    1

    6相

    2

    变频功率传感器

    SP103501C

    6

    电压量程:15000V/7500V/3750V/1875V/940V/470V/235V/120V;

    电流量程:1000A/500A/250A/125A/62A/31A/16A/8A;

    3

    双通道频率测试子站

    DM4022

    1

    可满足宽扭矩及转速范围内的高精度测量

    高压电机试验台测试系统特点简述

    01高精度的变频高压传感器

      高压电机试验台测试系统适用工频电机及变频电机的测试需要。因此,测试系统的传感器要求在较宽频率范围内满足角差和比差的误差限值要求。SP系列变频功率传感器是目前唯一一款被测电压在6kV以上的、角差和比差均能满足国家标准要求的变频电量传感器。

    02无需扭矩传感器的扭矩测量方案

      对于大功率的高压电机试验台,扭矩较大,扭矩传感器选型较为困难时。可采用校准过的电机作为陪试电机,准确测量陪试电机的电参量可计算出其扭矩和转速。详见“电机试验台测控整体解决方案”中的电子式扭矩仪。