節(jié)能型能量回饋式電機(jī)試驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和制造是以滿足電機(jī)試驗(yàn)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(jì)、可靠、先進(jìn)等原則，采用靜止變頻技術(shù)和寬頻濾波技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)與制造的。本系統(tǒng)采用先進(jìn)的數(shù)字變頻技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制測量技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)制造，具有技術(shù)先進(jìn)、運(yùn)行可靠、功能強(qiáng)、精度高、重復(fù)性好、節(jié)能降耗、既先進(jìn)又經(jīng)濟(jì)、性價(jià)比高等特點(diǎn)。同時(shí)，本系統(tǒng)基本實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，大幅降低試驗(yàn)人員在試驗(yàn)過程的繁鎖操作，降低勞動(dòng)強(qiáng)度。

本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以滿足電機(jī)型式試驗(yàn)的要求為前提，同時(shí)兼顧電機(jī)的出廠試驗(yàn)的要求。本系統(tǒng)采用模塊化方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，便于以后擴(kuò)容和增加試驗(yàn)功能。換句話說，可以一次設(shè)計(jì)，分步實(shí)施的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，保障一期的投入盡量不會(huì)浪費(fèi)。

本系統(tǒng)是采用先進(jìn)的靜止變頻技術(shù)和寬頻濾波技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)與制造的，給電機(jī)供電的試驗(yàn)電源是我司自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的BMP系列寬頻正弦波變頻電源。

本電機(jī)試驗(yàn)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(jìn)的變頻技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)電機(jī)試驗(yàn)系統(tǒng)的自動(dòng)化，大幅降低試驗(yàn)人員工作強(qiáng)度，并且具有可靠、準(zhǔn)確、節(jié)能、經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn)，大幅提高了電機(jī)檢測的水平和手段。

本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(jì)目標(biāo)中，即：可以進(jìn)行試驗(yàn)的電機(jī)的類型、電壓等級(jí)、試驗(yàn)?zāi)芰Φ?，是以此處的設(shè)計(jì)依據(jù)主要體現(xiàn)的就是相關(guān)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，特此說明。

本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)。

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

本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求能兼顧電機(jī)的型式試驗(yàn)和出廠試驗(yàn)，是以本系統(tǒng)除了達(dá)到可靠、節(jié)能、經(jīng)濟(jì)、先進(jìn)的要求外，更重要的是從不同產(chǎn)品的不同試驗(yàn)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(yàn)要求，即：本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)值。

電機(jī)的試驗(yàn)功能設(shè)計(jì)不僅考慮型式試驗(yàn)，還要兼顧出廠試驗(yàn)?zāi)芰?。由于電機(jī)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(jī)的試驗(yàn)?zāi)芰Ρ?。需要說明的是未列出的電機(jī)不在本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，本系統(tǒng)不保證能進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)，但是如果本系統(tǒng)可以進(jìn)行試驗(yàn)，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(yàn)?zāi)芰Ρ恚?table log-set-param="table_view" data-sort="sortDisabled">

序號(hào)

電機(jī)類型

電壓等級(jí)

頻率范圍

型式試驗(yàn)?zāi)芰?/td>

出廠試驗(yàn)?zāi)芰?/td>

波形

1

三相異步電動(dòng)機(jī)

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(dòng)機(jī)

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(jī)

0-10KV

5-100Hz

以電源的容量為限

正弦波

4

出廠試驗(yàn)?zāi)芰?/td>

50/60Hz

若需要，可擴(kuò)大

正弦波

備注

1、表中所述型式試驗(yàn)?zāi)芰閷?duì)拖方式，若采用疊頻方式可以達(dá)到1.8倍，但需要增加儲(chǔ)能柜。

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

3.3、電機(jī)的試驗(yàn)項(xiàng)目

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

⑴、三相異步電機(jī)、三相變頻電機(jī)的試驗(yàn)項(xiàng)目表

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

表三、異步電機(jī)、變頻電機(jī)、同步電機(jī)的試驗(yàn)項(xiàng)目表

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

②、打” √”的項(xiàng)目為本系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)的試驗(yàn)項(xiàng)目；打” △”的項(xiàng)目為本系統(tǒng)可以擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)的試驗(yàn)項(xiàng)目，但不包含在本系統(tǒng)中的試驗(yàn)項(xiàng)目；打” ×”的項(xiàng)目為與本系統(tǒng)無關(guān)的試驗(yàn)項(xiàng)目，本系統(tǒng)不能實(shí)現(xiàn)。

4.1、配電系統(tǒng)要求

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

節(jié)能型能量回饋式電機(jī)試驗(yàn)系統(tǒng)]試驗(yàn)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(shí)現(xiàn)頻率可調(diào)的三相穩(wěn)頻穩(wěn)壓電源輸出。變頻試驗(yàn)電源可以并機(jī)使用，可以進(jìn)行電機(jī)的型式試驗(yàn)和出廠試驗(yàn)，兩臺(tái)電源分開使用，可以進(jìn)行電機(jī)對(duì)拖負(fù)載試驗(yàn)和型式試驗(yàn)。試驗(yàn)系統(tǒng)的簡化框圖如下：

節(jié)能型能量回饋式電機(jī)試驗(yàn)系統(tǒng)試驗(yàn)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(yàn)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(shí)現(xiàn)不同電壓的輸出，以滿足不同試品的需要。同時(shí)這兩套變頻電源可以并機(jī)使用，也可以單獨(dú)使用。其輸出接點(diǎn)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(yàn)要求。

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(jì)的一個(gè)亮點(diǎn)，從多個(gè)角度保證了本系統(tǒng)的高成熟性和高可靠性，細(xì)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(duì)不夠成熟，這是大家公認(rèn)的。

從設(shè)計(jì)的角度來看：本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用了模塊化設(shè)計(jì)和冗余技術(shù)設(shè)計(jì)，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(jìn)行設(shè)計(jì)。系統(tǒng)中所有的控制功能全部是在低壓下進(jìn)行的（除了緊急情況下的保護(hù)），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(hù)的角度來看：本系統(tǒng)采用了PLC可編程控制器、觸摸屏和計(jì)算機(jī)控制，具有完善的保護(hù)功能和監(jiān)控功能，對(duì)于試驗(yàn)狀態(tài)和電源工作狀態(tài)全程監(jiān)控保護(hù)，從另一個(gè)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(rèn)相對(duì)成熟和可靠；寬頻濾波器其實(shí)就是一個(gè)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(jì)正確，溫升不高，成熟性和可靠性也是比較公認(rèn)的。

從使用的角度來看：與本系統(tǒng)功率相當(dāng)?shù)碾姍C(jī)試驗(yàn)臺(tái)，由我司采用相同技術(shù)設(shè)計(jì)制造的系統(tǒng)兩套，已經(jīng)分別投用兩年多時(shí)間，運(yùn)轉(zhuǎn)一直很正常。經(jīng)實(shí)際驗(yàn)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(jī)試驗(yàn)系統(tǒng)、安全性高操作簡便

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

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

節(jié)能型能量回饋式電機(jī)試驗(yàn)系統(tǒng)擴(kuò)展性好

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)考慮到多種不同類型電機(jī)的試驗(yàn)需要，提供了多種制式的電源模式，供不同電機(jī)試驗(yàn)選擇使用。本系統(tǒng)可以滿足高壓電機(jī)，低壓電機(jī)，變頻電機(jī)，等試驗(yàn)的要求，試驗(yàn)時(shí)只要不超出電源的容量即可。同時(shí)，就對(duì)拖負(fù)載試驗(yàn)而言，對(duì)陪試電機(jī)的要求也大幅降低，可以提供交-交方式，且電壓等級(jí)不同也可以能量回饋，只要陪試電機(jī)的負(fù)載力矩能加上即可。就擴(kuò)展性而言，由于本系統(tǒng)采用了模塊化設(shè)計(jì)，具有并機(jī)試驗(yàn)的功能，可以比較方便地?cái)U(kuò)容。

節(jié)能型能量回饋式電機(jī)試驗(yàn)系統(tǒng)節(jié)能

本系統(tǒng)采用了能量回饋技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了能量的封閉循環(huán)使用，節(jié)能效果顯著，在對(duì)拖試驗(yàn)中，陪試電機(jī)工作在發(fā)電機(jī)狀態(tài)，發(fā)出的電能回饋使用，系統(tǒng)補(bǔ)充的是兩臺(tái)電機(jī)的損耗和電源本身的損耗，一般在30%以內(nèi)，節(jié)能效果達(dá)到70%以上。

本系統(tǒng)具有無功補(bǔ)償功能，在空載試驗(yàn)、堵轉(zhuǎn)試驗(yàn)和疊頻試驗(yàn)時(shí)，系統(tǒng)補(bǔ)充的是電機(jī)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(bǔ)償，節(jié)能效果在70%左右。

節(jié)能型能量回饋式電機(jī)試驗(yàn)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(jī)組技術(shù)，減少了噪音和振動(dòng)，降低了對(duì)環(huán)境的噪音污染，同時(shí)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(duì)電網(wǎng)沒有污染，所以本系統(tǒng)綠色環(huán)保。

節(jié)能型能量回饋式電機(jī)試驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)拖負(fù)載試驗(yàn)具有能量回饋功能

對(duì)拖試驗(yàn)中，被試電機(jī)工作在發(fā)電機(jī)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(jī)供電的電源，再由該電源變換后供給被試電機(jī)，實(shí)現(xiàn)了能量循環(huán)使用。

節(jié)能型能量回饋式電機(jī)試驗(yàn)系統(tǒng)空開堵轉(zhuǎn)試驗(yàn)具有無功補(bǔ)償功能

電機(jī)空載試驗(yàn)和堵轉(zhuǎn)試驗(yàn)時(shí)，功率因數(shù)一般比較低，高壓電機(jī)尤其如此。在試驗(yàn)時(shí)，由于功率因數(shù)低，大量的是無功功率，變頻試驗(yàn)電源輸出時(shí)，具有補(bǔ)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(jī)試驗(yàn)系統(tǒng)疊頻試驗(yàn)具有能量回饋和無功補(bǔ)償雙功能

電機(jī)疊頻試驗(yàn)時(shí)，由于有主頻和輔頻兩種頻率的波形供電，會(huì)產(chǎn)生兩種狀態(tài)，一是電動(dòng)，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(huì)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(yàn)時(shí)，功率因數(shù)一般也比較低，大量的是無功功率，變頻試驗(yàn)電源輸出時(shí)，具有補(bǔ)償功能，從電網(wǎng)吸取的只是有功功率和補(bǔ)充的電機(jī)損耗。

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

（1）配電容量要求大幅降低，僅為被試電機(jī)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(jī)的30%左右，可節(jié)約大量電費(fèi)，使用成本大幅降低。

（3）BMP變頻電源具有有無功補(bǔ)償功能、并機(jī)功能、并機(jī)疊頻試驗(yàn)功能。

（4）BMP變頻電源模塊化設(shè)計(jì)，便于擴(kuò)容。

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

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(duì)用戶而言，并聯(lián)式能量回饋只需要承擔(dān)再生電能的負(fù)荷，不需要考慮整流負(fù)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(yùn)轉(zhuǎn)的VVVF上直接并聯(lián)使用，不需要進(jìn)行設(shè)備改造。

2、技術(shù)特別點(diǎn)

（1）兩種能量回饋方式，使用的基本運(yùn)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?yàn)槭噶磕芰炕仞佀惴ㄖ小碍h(huán)流的存在是固有的”。

（3）并聯(lián)式能量回饋需要解決兩個(gè)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(gè)并聯(lián)式回饋“并聯(lián)運(yùn)行”所產(chǎn)生的環(huán)流問題。這需要采用新的控制算法。