節(jié)能型能量回饋式電機試驗系統(tǒng)

本系統(tǒng)的設(shè)計依據(jù)是需方的相關(guān)要求和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，由于需方的相關(guān)要求主要體現(xiàn)在設(shè)計目標(biāo)中，即：可以進行試驗的電機的類型、電壓等級、試驗?zāi)芰Φ龋且源颂幍脑O(shè)計依據(jù)主要體現(xiàn)的就是相關(guān)試驗標(biāo)準(zhǔn)，特此說明。

本系統(tǒng)的設(shè)計是以表中所列示的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)的，參考的標(biāo)準(zhǔn)不保證完全能滿足要求，但是只要在電源容量要求的范圍內(nèi)，可以進行相關(guān)試驗。

表一、系統(tǒng)的設(shè)計依據(jù)（標(biāo)準(zhǔn)）表

本系統(tǒng)的設(shè)計要求能兼顧電機的型式試驗和出廠試驗，是以本系統(tǒng)除了達到可靠、節(jié)能、經(jīng)濟、先進的要求外，更重要的是從不同產(chǎn)品的不同試驗標(biāo)準(zhǔn)要求出發(fā)，盡量兼顧，確保完成下面描述的相關(guān)產(chǎn)品的試驗要求，即：本系統(tǒng)的設(shè)計目標(biāo)值。

電機的試驗功能設(shè)計不僅考慮型式試驗，還要兼顧出廠試驗?zāi)芰?。由于電機類型不同，依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)也不相同，下表為本系統(tǒng)電機的試驗?zāi)芰Ρ?。需要說明的是未列出的電機不在本系統(tǒng)的設(shè)計范圍內(nèi)，本系統(tǒng)不保證能進行相關(guān)試驗，但是如果本系統(tǒng)可以進行試驗，也不排除，其原則是不能超出本系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)。

表二、系統(tǒng)的試驗?zāi)芰Ρ恚?table log-set-param="table_view" data-sort="sortDisabled">

序號

電機類型

電壓等級

頻率范圍

型式試驗?zāi)芰?/td>

出廠試驗?zāi)芰?/td>

波形

1

三相異步電動機

400V

50/60Hz

1MW

1MW

正弦波

660V

50/60Hz

2MW

3MW

正弦波

1140

50/60Hz

2MW

3MW

正弦波

3KV

50/60Hz

2MW

3MW

正弦波

6KV

50/60Hz

2MW

6MW

正弦波

10KV

50/60Hz

2MW

6MW

正弦波

2

三相變頻電動機

400V

5-100Hz

1MW

1MW

正弦波

660V

5-100Hz

2MW

3MW

正弦波

2MW

3MW

PWM波

1140

5-100Hz

2MW

3MW

正弦波

3KV

5-100Hz

2MW

3MW

正弦波

6KV

5-100Hz

2MW

6MW

正弦波

10KV

5-100Hz

2MW

6MW

正弦波

3

特種電機

0-10KV

5-100Hz

以電源的容量為限

正弦波

4

出廠試驗?zāi)芰?/td>

50/60Hz

若需要，可擴大

正弦波

備注

1、表中所述型式試驗?zāi)芰閷ν戏绞?，若采用疊頻方式可以達到1.8倍，但需要增加儲能柜。

2、出廠試驗?zāi)芰閮膳_電源并機后的能力，如果需要出廠試驗雙工位進行的，需要事先說明。

3.3、電機的試驗項目

由于電機種類繁多，適用標(biāo)準(zhǔn)也各不相同，試驗方法和試驗項目的要求也各不相同。下表是三相異步電機、三相變頻電機的試驗項目表。

⑴、三相異步電機、三相變頻電機的試驗項目表

按標(biāo)準(zhǔn)《GB/T 1032-2005三相異步電動機試驗方法》和《GB/T 22670-2008變頻器供電三相籠型感應(yīng)電動機試驗方法》的要求進行設(shè)計

表三、異步電機、變頻電機、同步電機的試驗項目表

說明：①、三相異步電機和三相變頻電機分別按標(biāo)準(zhǔn)《GB/T 1032-2005三相異步電動機試驗方法》和《GB/T 22670-2008變頻器供電三相籠型感應(yīng)電動機試驗方法》的要求進行，但是相關(guān)試驗項目基本是一致的；所不同的是在某些試驗項目時，提供的試驗電源要求有所不同，分別是正弦波和PWM，試驗?zāi)芰σ宰冾l電源能提供的電源為準(zhǔn)。

②、打” √”的項目為本系統(tǒng)可以實現(xiàn)的試驗項目；打” △”的項目為本系統(tǒng)可以擴展實現(xiàn)的試驗項目，但不包含在本系統(tǒng)中的試驗項目；打” ×”的項目為與本系統(tǒng)無關(guān)的試驗項目，本系統(tǒng)不能實現(xiàn)。

本系統(tǒng)的設(shè)計和制造是以滿足電機試驗相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的具體要求和需方的技術(shù)要求為基本依據(jù)，本著節(jié)能、經(jīng)濟、可靠、先進等原則，采用靜止變頻技術(shù)和寬頻濾波技術(shù)進行設(shè)計與制造的。本系統(tǒng)采用先進的數(shù)字變頻技術(shù)和計算機控制測量技術(shù)進行設(shè)計制造，具有技術(shù)先進、運行可靠、功能強、精度高、重復(fù)性好、節(jié)能降耗、既先進又經(jīng)濟、性價比高等特點。同時，本系統(tǒng)基本實現(xiàn)自動化，大幅降低試驗人員在試驗過程的繁鎖操作，降低勞動強度。

本系統(tǒng)的設(shè)計以滿足電機型式試驗的要求為前提，同時兼顧電機的出廠試驗的要求。本系統(tǒng)采用模塊化方式進行設(shè)計，便于以后擴容和增加試驗功能。換句話說，可以一次設(shè)計，分步實施的原則進行設(shè)計，保障一期的投入盡量不會浪費。

本系統(tǒng)是采用先進的靜止變頻技術(shù)和寬頻濾波技術(shù)進行設(shè)計與制造的，給電機供電的試驗電源是我司自主知識產(chǎn)權(quán)的BMP系列寬頻正弦波變頻電源。

本電機試驗系統(tǒng)的宗旨是在滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求的前提下，采用先進的變頻技術(shù)和計算機技術(shù)實現(xiàn)電機試驗系統(tǒng)的自動化，大幅降低試驗人員工作強度，并且具有可靠、準(zhǔn)確、節(jié)能、經(jīng)濟等特點，大幅提高了電機檢測的水平和手段。

節(jié)能型能量回饋式電機試驗系統(tǒng)]試驗系統(tǒng)的原理說明b]

本系統(tǒng)采用靜止變頻技術(shù)和寬頻正弦波技術(shù)實現(xiàn)頻率可調(diào)的三相穩(wěn)頻穩(wěn)壓電源輸出。變頻試驗電源可以并機使用，可以進行電機的型式試驗和出廠試驗，兩臺電源分開使用，可以進行電機對拖負載試驗和型式試驗。試驗系統(tǒng)的簡化框圖如下：

節(jié)能型能量回饋式電機試驗系統(tǒng)試驗系統(tǒng)的組成

從前述的原理框圖和電氣原理圖可知，本試驗系統(tǒng)是由兩路變頻電源提供頻率可調(diào)、電壓可調(diào)的電源，變頻電源的輸出端經(jīng)過增加升壓變壓器，可以實現(xiàn)不同電壓的輸出，以滿足不同試品的需要。同時這兩套變頻電源可以并機使用，也可以單獨使用。其輸出接點通過內(nèi)部控制可以輸出電壓不同、頻率不同和波形不同來滿足不同試品的試驗要求。

本系統(tǒng)最大的優(yōu)點在于采用多電平技術(shù)，實現(xiàn)寬頻正弦波輸出，波形品質(zhì)很好，諧波含量很低，同時系統(tǒng)阻抗匹配性能好，適用范圍寬，其他優(yōu)點如下：

（1）配電容量要求大幅降低，僅為被試電機的30%左右，可大幅節(jié)省配電投資。

（2）能量在閉環(huán)系統(tǒng)中自我循環(huán)使用，用電量僅為被試電機的30%左右，可節(jié)約大量電費，使用成本大幅降低。

（3）BMP變頻電源具有有無功補償功能、并機功能、并機疊頻試驗功能。

（4）BMP變頻電源模塊化設(shè)計，便于擴容。

（5）本系統(tǒng)全部采用計算機和PLC控制，自動化程度高，操作簡單、使用方便；成熟技術(shù)、可靠性高。2100433B

1、 成熟且可靠

關(guān)于系統(tǒng)的成熟性和可靠性是本系統(tǒng)設(shè)計的一個亮點，從多個角度保證了本系統(tǒng)的高成熟性和高可靠性，細述如下：

從技術(shù)的角度來看：本系統(tǒng)核心技術(shù)是靜止變頻技術(shù)和寬頻濾波技術(shù)。本系統(tǒng)采用了高-低-高的技術(shù)路線，核心是低壓變頻，而不是高壓變頻。就目前國內(nèi)的技術(shù)而言，低壓變頻技術(shù)已經(jīng)趨于成熟，應(yīng)用非常普遍，高壓變頻技術(shù)相對不夠成熟，這是大家公認的。

從設(shè)計的角度來看：本系統(tǒng)設(shè)計采用了模塊化設(shè)計和冗余技術(shù)設(shè)計，即使某一模塊出現(xiàn)故障，將該模塊退出，系統(tǒng)仍然能正常工作，只是電源容量降低了一些。從另外的角度也保證了系統(tǒng)可靠性。

從控制的角度來看：本系統(tǒng)采用了高低壓分離的模式來進行設(shè)計。系統(tǒng)中所有的控制功能全部是在低壓下進行的（除了緊急情況下的保護），只有在升壓變壓器的后側(cè)才有高壓產(chǎn)生。換句話說，就是低壓控制，高壓隔離。

從保護的角度來看：本系統(tǒng)采用了PLC可編程控制器、觸摸屏和計算機控制，具有完善的保護功能和監(jiān)控功能，對于試驗狀態(tài)和電源工作狀態(tài)全程監(jiān)控保護，從另一個側(cè)面增加了系統(tǒng)的成熟性和可靠性。

從元件的角度來看：本系統(tǒng)主回路的核心部件是低壓變頻器和寬頻濾波器。低壓變頻器應(yīng)用非常普遍，大家公認相對成熟和可靠；寬頻濾波器其實就是一個類似變壓器和電抗器的元件，主要材料是銅和鐵，只要參數(shù)設(shè)計正確，溫升不高，成熟性和可靠性也是比較公認的。

從使用的角度來看：與本系統(tǒng)功率相當(dāng)?shù)碾姍C試驗臺，由我司采用相同技術(shù)設(shè)計制造的系統(tǒng)兩套，已經(jīng)分別投用兩年多時間，運轉(zhuǎn)一直很正常。經(jīng)實際驗證了本系統(tǒng)技術(shù)的成熟性和可靠性。

節(jié)能型能量回饋式電機試驗系統(tǒng)、安全性高操作簡便

本系統(tǒng)對安全性和可操作性考慮相對完善。就安全性而言，采取了高壓隔離、多重保護、減少發(fā)熱等多種措施。

就操作性而言,系統(tǒng)提供了手動操作和自動操作兩種模式，并且由觸摸屏或計算機顯示器全程引導(dǎo)操作，對操作人員的要求相當(dāng)較低。數(shù)據(jù)采集和計算工作全部由計算機完成，工作量也比傳統(tǒng)方法減少很多，自動化程度較高。系統(tǒng)內(nèi)部具有多種模式供試驗人員選擇，自動操作模式基本做到傻瓜式操作。

節(jié)能型能量回饋式電機試驗系統(tǒng)擴展性好

本系統(tǒng)設(shè)計考慮到多種不同類型電機的試驗需要，提供了多種制式的電源模式，供不同電機試驗選擇使用。本系統(tǒng)可以滿足高壓電機，低壓電機，變頻電機，等試驗的要求，試驗時只要不超出電源的容量即可。同時，就對拖負載試驗而言，對陪試電機的要求也大幅降低，可以提供交-交方式，且電壓等級不同也可以能量回饋，只要陪試電機的負載力矩能加上即可。就擴展性而言，由于本系統(tǒng)采用了模塊化設(shè)計，具有并機試驗的功能，可以比較方便地擴容。

節(jié)能型能量回饋式電機試驗系統(tǒng)節(jié)能

本系統(tǒng)采用了能量回饋技術(shù)，實現(xiàn)了能量的封閉循環(huán)使用，節(jié)能效果顯著，在對拖試驗中，陪試電機工作在發(fā)電機狀態(tài)，發(fā)出的電能回饋使用，系統(tǒng)補充的是兩臺電機的損耗和電源本身的損耗，一般在30%以內(nèi)，節(jié)能效果達到70%以上。

本系統(tǒng)具有無功補償功能，在空載試驗、堵轉(zhuǎn)試驗和疊頻試驗時，系統(tǒng)補充的是電機的有功功率、損耗和電源本身的損耗，其他的無功功率由變頻電源提供補償，節(jié)能效果在70%左右。

節(jié)能型能量回饋式電機試驗系統(tǒng)綠色環(huán)保

本系統(tǒng)采用了靜止變頻技術(shù)替代了發(fā)電機組技術(shù)，減少了噪音和振動，降低了對環(huán)境的噪音污染，同時由于采用了能量回饋技術(shù)替代了傳統(tǒng)的電阻消耗法，節(jié)約了能源，減少了冷卻水的用量，減少了發(fā)熱量，減少了二氧化碳的排放；還有本系統(tǒng)的能量回饋使用是在系統(tǒng)內(nèi)部，對電網(wǎng)沒有污染，所以本系統(tǒng)綠色環(huán)保。

4.1、配電系統(tǒng)要求

本系統(tǒng)的電機試驗采用能量回饋方式進行試驗，且變頻試驗電源具有無功補償功能和軟啟動功能，是以對配電系統(tǒng)的總進線容量要求大幅降低，一般只有最大被試電機功率的35%即可。是以本系統(tǒng)按設(shè)計的試驗?zāi)芰σ螅灰峁?00KVA的配電容量就可以完成相關(guān)試驗?zāi)芰驮囼烅椖?。具體來說，需方要提供700KVA/50Hz，電壓等級任意的配電到指定地點即可。

節(jié)能型能量回饋式電機試驗系統(tǒng)對拖負載試驗具有能量回饋功能

對拖試驗中，被試電機工作在發(fā)電機狀態(tài)，通過加載用的變頻電源經(jīng)變換后回饋到給被試電機供電的電源，再由該電源變換后供給被試電機，實現(xiàn)了能量循環(huán)使用。

節(jié)能型能量回饋式電機試驗系統(tǒng)空開堵轉(zhuǎn)試驗具有無功補償功能

電機空載試驗和堵轉(zhuǎn)試驗時，功率因數(shù)一般比較低，高壓電機尤其如此。在試驗時，由于功率因數(shù)低，大量的是無功功率，變頻試驗電源輸出時，具有補償功能，從電網(wǎng)吸取的只是有功功率。

節(jié)能型能量回饋式電機試驗系統(tǒng)疊頻試驗具有能量回饋和無功補償雙功能

電機疊頻試驗時，由于有主頻和輔頻兩種頻率的波形供電，會產(chǎn)生兩種狀態(tài)，一是電動，另一是發(fā)電，在發(fā)電狀態(tài)下的電能回饋到供電的變頻電源，經(jīng)變換后會引起直流母線電壓升高，需要回饋電網(wǎng)。另外，由于疊頻試驗時，功率因數(shù)一般也比較低，大量的是無功功率，變頻試驗電源輸出時，具有補償功能，從電網(wǎng)吸取的只是有功功率和補充的電機損耗。

1、并聯(lián)式能量回饋和串聯(lián)式能量回饋由于結(jié)構(gòu)上的不同，帶來了顯著區(qū)別：

（1）對用戶而言，并聯(lián)式能量回饋只需要承擔(dān)再生電能的負荷，不需要考慮整流負荷，所以成本和體積都大大減小。

（2）并聯(lián)式能量回饋可以在已經(jīng)運轉(zhuǎn)的VVVF上直接并聯(lián)使用，不需要進行設(shè)備改造。

2、技術(shù)特別點

（1）兩種能量回饋方式，使用的基本運算理論是不一致的。

（2）并聯(lián)式能量回饋需要使用更多的技術(shù)，需要解決系統(tǒng)環(huán)流的問題。通常的矢量算法在并聯(lián)回饋中不能直接使用。因為矢量能量回饋算法中“環(huán)流的存在是固有的”。

（3）并聯(lián)式能量回饋需要解決兩個問題：第一，和普通整流器并聯(lián)所產(chǎn)生的環(huán)流問題；第二，幾個并聯(lián)式回饋“并聯(lián)運行”所產(chǎn)生的環(huán)流問題。這需要采用新的控制算法。