摘要：
本文著重介紹匯川技術(shù)HD92高壓變頻器在某設(shè)備廠家中高壓變頻器測試平臺系統(tǒng)上的應(yīng)用，采用匯川HD92四象限高壓變頻器驅(qū)動交流異步電動機(jī)作為模擬負(fù)載，測試臺可實現(xiàn)由0~50Hz下進(jìn)行模擬加載來完成對被測試變頻器的性能測試，可滿足1.6MW以下、電壓為3.3、6、10kV的變頻器測試需求。
關(guān)鍵詞：電機(jī)對拖、轉(zhuǎn)矩控制、能量回饋
一、項目概況：
此測試平臺系統(tǒng)是針對中高電壓等級的變頻器進(jìn)行智能化帶載性能測試的試驗場所。其所能測試的變頻器電壓等級為3.3kV、6kV與10kV，功率設(shè)計不低于2MVA。由調(diào)壓器、變壓器、高壓變頻器、高壓開關(guān)柜、數(shù)據(jù)采集與PLC控制部分、一體式負(fù)載電機(jī)、加載電機(jī)、上位機(jī)與操作臺等設(shè)備組成。測試平臺能夠滿足變頻器的負(fù)載試驗、效率試驗、溫升試驗、長期考核及老化試驗、斷相試驗、短路試驗、主電路漏電閉鎖試驗以及接地故障保護(hù)試驗。
負(fù)載電機(jī)銘牌信息如下：
驅(qū)動電機(jī)銘牌信息如下：
根據(jù)客戶實際需求分析，匯川公司提供的相對應(yīng)的變頻器型號為：HD92-J100/2250-RN，完全能夠滿足客戶對于測試平臺的技術(shù)要求。
二、系統(tǒng)方案介紹
測試平臺系統(tǒng)采用10kV高壓電網(wǎng)供電，如圖(1)所示，10kV高壓電源分為兩路，一路直接給四象限變頻器供電，另一路直接接到調(diào)壓變壓器，變壓器可輸出3.3、6、10kV三個等級電壓，給被測試變頻器供電。被測試變頻器輸出經(jīng)過開關(guān)柜接到電機(jī)M1(電機(jī)M1為3.3、6、10kV三電壓等級電機(jī))，拖動電機(jī)M1與加載電機(jī)M2之間經(jīng)過聯(lián)軸器聯(lián)接。
圖(1)：測試平臺方案示意圖
圖(2)：對拖試驗機(jī)組
當(dāng)被測變頻器拖動M1電動機(jī)旋轉(zhuǎn)時，M2電動機(jī)的轉(zhuǎn)子也同時旋轉(zhuǎn)，此時啟動匯川HD92四象限變頻器時，則會在M2電動機(jī)定子側(cè)的三相繞組中通入勵磁電流，產(chǎn)生磁場。M2電動機(jī)轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割磁場產(chǎn)生感應(yīng)電流，M2電動機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，發(fā)電產(chǎn)生的電能通過HD92四象限變頻器直接回饋到10kV電網(wǎng)。
圖(3)：測試平臺系統(tǒng)方案設(shè)計圖
圖(4)：測試平臺操作臺
測試平臺常用的測試項目主要有以下幾點(diǎn)：
1、變頻器負(fù)載試驗
負(fù)載試驗的目的在于檢驗變頻器能否在額定條件下可靠的工作。在測試平臺上可以進(jìn)行的負(fù)載特性試驗有：
(1)與電機(jī)速度成正比例的負(fù)載特性試驗;
(2)與電機(jī)速度平方成比例的負(fù)載特性試驗;
(3)階梯仿真負(fù)載特性試驗，
(4)用戶自定義負(fù)載特性試驗。
2、變頻器實載長期考核及老化試驗
根據(jù)不同現(xiàn)場工況要求，設(shè)計好負(fù)載特性以后，讓被試變頻器按用戶規(guī)定時間長期運(yùn)行，以考核被試變頻器的長期可靠性。
3、變頻器溫升與功率器件溫升試驗
在實載狀態(tài)下，測量被試變頻器功率器件的溫度變化情況，為用戶提供變頻器設(shè)計研發(fā)的必要技術(shù)數(shù)據(jù)。
4、變頻器用變壓器溫升試驗
在實載狀態(tài)下，測量被試變頻器變壓器的溫度變化情況，為用戶提供變頻器變壓器設(shè)計的必要技術(shù)數(shù)據(jù)。
5、變頻器斷相試驗
遠(yuǎn)程自動操作或手動操作，實現(xiàn)被試變頻器輸入、輸出任意一相斷線(上電、起動與實載狀態(tài)下)，測試被試變頻器的保護(hù)功能。
6、變頻器短路試驗
遠(yuǎn)程自動操作或手動操作，實現(xiàn)被試變頻器輸出側(cè)任意兩相或三相短路時，測試被試變頻器起動過程中的保護(hù)功能。
7、主電路漏電閉鎖試驗
遠(yuǎn)程自動操作或手動操作漏電測試電路，測試被試變頻器主電路對地絕緣電阻值降低到動作值以下時，能夠?qū)崿F(xiàn)主電路漏電閉鎖，當(dāng)絕緣電阻值大于動作值的1.5倍時，應(yīng)解除主電路閉鎖。
8、接地故障保護(hù)試驗
遠(yuǎn)程自動操作或手動操作被試變頻器接地線路，測試被試變頻器接地線出現(xiàn)故障時的保護(hù)功能。
三、高壓變頻器技術(shù)方案
本方案中，用于能量回饋的四象限變頻器選用匯川技術(shù)HD92四象限高壓變頻器，HD92
四象限高壓變頻器采用獨(dú)有三電平功率單元混聯(lián)型結(jié)構(gòu)，屬于電壓源型、高-高式高壓變頻器，由變壓器柜、功率單元柜和控制柜三部分組成。變頻器直接6/10kV輸入，直接6/10kV輸出，不需要任何形式的升壓設(shè)備，可直接驅(qū)動普通高壓電機(jī)，無需降容使用。下圖為10kV四象限的整機(jī)拓?fù)湓韴D：
圖(5)：10kV整機(jī)拓?fù)湓韴D
圖(6)：高壓變頻器現(xiàn)場圖片
整機(jī)由三電平功率單元混聯(lián)組成，每相只有5個功率單元組成，每個功率單元三相1000V的輸入。功率單元內(nèi)部分為有源前端、直流濾波和逆變兩部分。有源前端和逆變部分均采用三電平二極管嵌位式結(jié)構(gòu)，功率單元拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如下圖：
圖(7)：功率單元拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
四、匯川HD92四象限高壓變頻器技術(shù)優(yōu)勢
1、矢量控制：匯川HD92四象限高壓變頻器采用業(yè)界領(lǐng)先的磁鏈閉環(huán)矢量控制技術(shù)，轉(zhuǎn)矩電流和勵磁電流解耦控制，能夠滿足的電機(jī)運(yùn)行中突加載測試需求。傳統(tǒng)的V/F控制方式通過調(diào)節(jié)輸出電壓來控制電機(jī)，不直接控制電機(jī)轉(zhuǎn)矩，對于電機(jī)運(yùn)行中突加載的測試需求，往往反應(yīng)不夠及時甚至完全不能滿足，達(dá)不到測試效果。
2、轉(zhuǎn)矩控制：匯川HD92具有轉(zhuǎn)速控制和轉(zhuǎn)矩控制兩種控制模式，可根據(jù)實際應(yīng)用選擇其中一種。在測試平臺作回饋用時，可采用轉(zhuǎn)矩控制模式，通過指令穩(wěn)定輸出指定轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)矩精度±2%，為客戶提供一個穩(wěn)定的負(fù)載。
3、低頻力矩特性好：匯川HD92四象限高壓變頻器在0Hz既能夠輸出150%額定轉(zhuǎn)矩，滿足測試變頻器重載啟動測試。
4、合閘沖擊電流小：采用業(yè)內(nèi)最佳的預(yù)充電路設(shè)計，合閘瞬間沖擊電流不超過兩倍的額定電流，確保在電網(wǎng)容量較小的場合，也能夠順利合閘;
5、回饋電網(wǎng)諧波小：匯川HD92四象限高壓變頻器采用AFE全控整流方式，每個功率單元輸入側(cè)均配有獨(dú)立的PFC回饋電抗器，確保回饋到電網(wǎng)的諧波不超過4%，完全滿足GBT14549-93標(biāo)準(zhǔn)。
6、體積小：匯川HD92四象限高壓變頻器采用三電平功率單元設(shè)計，大大減少了功率單元個數(shù)，是的體積進(jìn)一步縮小，相比于同類廠家，體積減少近四分之一，大大節(jié)約了客戶空間投資成本;
五、結(jié)束語
匯川技術(shù)的HD92四象限高壓變頻器，采用磁鏈閉環(huán)矢量控制、AFE回饋等國際領(lǐng)先技術(shù)，具有轉(zhuǎn)速控制和轉(zhuǎn)矩控制兩種模式，為試驗平臺供了更優(yōu)的選擇。現(xiàn)場應(yīng)用實踐證明，HD92四象限高壓變頻器完全滿足試驗平臺對于變頻器測試的的應(yīng)用要求!
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