节能型能量回馈式电机试验系统总体设计

节能型能量回馈式电机试验系统]试验系统的原理说明b]

本系统采用静止变频技术和宽频正弦波技术实现频率可调的三相稳频稳压电源输出。变频试验电源可以并机使用，可以进行电机的型式试验和出厂试验，两台电源分开使用，可以进行电机对拖负载试验和型式试验。试验系统的简化框图如下：

节能型能量回馈式电机试验系统试验系统的组成

从前述的原理框图和电气原理图可知，本试验系统是由两路变频电源提供频率可调、电压可调的电源，变频电源的输出端经过增加升压变压器，可以实现不同电压的输出，以满足不同试品的需要。同时这两套变频电源可以并机使用，也可以单独使用。其输出接点通过内部控制可以输出电压不同、频率不同和波形不同来满足不同试品的试验要求。

4.1、配电系统要求

本系统的电机试验采用能量回馈方式进行试验，且变频试验电源具有无功补偿功能和软启动功能，是以对配电系统的总进线容量要求大幅降低，一般只有最大被试电机功率的35%即可。是以本系统按设计的试验能力要求，只要提供700KVA的配电容量就可以完成相关试验能力和试验项目。具体来说，需方要提供700KVA/50Hz，电压等级任意的配电到指定地点即可。

本系统的设计要求能兼顾电机的型式试验和出厂试验，是以本系统除了达到可靠、节能、经济、先进的要求外，更重要的是从不同产品的不同试验标准要求出发，尽量兼顾，确保完成下面描述的相关产品的试验要求，即：本系统的设计目标值。

电机的试验功能设计不仅考虑型式试验，还要兼顾出厂试验能力。由于电机类型不同，依据的标准也不相同，下表为本系统电机的试验能力表。需要说明的是未列出的电机不在本系统的设计范围内，本系统不保证能进行相关试验，但是如果本系统可以进行试验，也不排除，其原则是不能超出本系统的技术指标。

表二、系统的试验能力表：

备注

1、表中所述型式试验能力为对拖方式，若采用叠频方式可以达到1.8倍，但需要增加储能柜。

2、出厂试验能力为两台电源并机后的能力，如果需要出厂试验双工位进行的，需要事先说明。

3.3、电机的试验项目

由于电机种类繁多，适用标准也各不相同，试验方法和试验项目的要求也各不相同。下表是三相异步电机、三相变频电机的试验项目表。

⑴、三相异步电机、三相变频电机的试验项目表

按标准《GB/T 1032-2005三相异步电动机试验方法》和《GB/T 22670-2008变频器供电三相笼型感应电动机试验方法》的要求进行设计

表三、异步电机、变频电机、同步电机的试验项目表

说明：①、三相异步电机和三相变频电机分别按标准《GB/T 1032-2005三相异步电动机试验方法》和《GB/T 22670-2008变频器供电三相笼型感应电动机试验方法》的要求进行，但是相关试验项目基本是一致的；所不同的是在某些试验项目时，提供的试验电源要求有所不同，分别是正弦波和PWM，试验能力以变频电源能提供的电源为准。

②、打” √”的项目为本系统可以实现的试验项目；打” △”的项目为本系统可以扩展实现的试验项目，但不包含在本系统中的试验项目；打” ×”的项目为与本系统无关的试验项目，本系统不能实现。

本系统的设计依据是需方的相关要求和相关标准，由于需方的相关要求主要体现在设计目标中，即：可以进行试验的电机的类型、电压等级、试验能力等，是以此处的设计依据主要体现的就是相关试验标准，特此说明。

本系统的设计是以表中所列示的相关标准为依据的，参考的标准不保证完全能满足要求，但是只要在电源容量要求的范围内，可以进行相关试验。

表一、系统的设计依据（标准）表

本系统的设计和制造是以满足电机试验相关标准的具体要求和需方的技术要求为基本依据，本着节能、经济、可靠、先进等原则，采用静止变频技术和宽频滤波技术进行设计与制造的。本系统采用先进的数字变频技术和计算机控制测量技术进行设计制造，具有技术先进、运行可靠、功能强、精度高、重复性好、节能降耗、既先进又经济、性价比高等特点。同时，本系统基本实现自动化，大幅降低试验人员在试验过程的繁锁操作，降低劳动强度。

本系统的设计以满足电机型式试验的要求为前提，同时兼顾电机的出厂试验的要求。本系统采用模块化方式进行设计，便于以后扩容和增加试验功能。换句话说，可以一次设计，分步实施的原则进行设计，保障一期的投入尽量不会浪费。

本系统是采用先进的静止变频技术和宽频滤波技术进行设计与制造的，给电机供电的试验电源是我司自主知识产权的BMP系列宽频正弦波变频电源。

本电机试验系统的宗旨是在满足相关标准要求的前提下，采用先进的变频技术和计算机技术实现电机试验系统的自动化，大幅降低试验人员工作强度，并且具有可靠、准确、节能、经济等特点，大幅提高了电机检测的水平和手段。

1、 成熟且可靠

关于系统的成熟性和可靠性是本系统设计的一个亮点，从多个角度保证了本系统的高成熟性和高可靠性，细述如下：

从技术的角度来看：本系统核心技术是静止变频技术和宽频滤波技术。本系统采用了高-低-高的技术路线，核心是低压变频，而不是高压变频。就目前国内的技术而言，低压变频技术已经趋于成熟，应用非常普遍，高压变频技术相对不够成熟，这是大家公认的。

从设计的角度来看：本系统设计采用了模块化设计和冗余技术设计，即使某一模块出现故障，将该模块退出，系统仍然能正常工作，只是电源容量降低了一些。从另外的角度也保证了系统可靠性。

从控制的角度来看：本系统采用了高低压分离的模式来进行设计。系统中所有的控制功能全部是在低压下进行的（除了紧急情况下的保护），只有在升压变压器的后侧才有高压产生。换句话说，就是低压控制，高压隔离。

从保护的角度来看：本系统采用了PLC可编程控制器、触摸屏和计算机控制，具有完善的保护功能和监控功能，对于试验状态和电源工作状态全程监控保护，从另一个侧面增加了系统的成熟性和可靠性。

从元件的角度来看：本系统主回路的核心部件是低压变频器和宽频滤波器。低压变频器应用非常普遍，大家公认相对成熟和可靠；宽频滤波器其实就是一个类似变压器和电抗器的元件，主要材料是铜和铁，只要参数设计正确，温升不高，成熟性和可靠性也是比较公认的。

从使用的角度来看：与本系统功率相当的电机试验台，由我司采用相同技术设计制造的系统两套，已经分别投用两年多时间，运转一直很正常。经实际验证了本系统技术的成熟性和可靠性。

节能型能量回馈式电机试验系统、安全性高操作简便

本系统对安全性和可操作性考虑相对完善。就安全性而言，采取了高压隔离、多重保护、减少发热等多种措施。

就操作性而言,系统提供了手动操作和自动操作两种模式，并且由触摸屏或计算机显示器全程引导操作，对操作人员的要求相当较低。数据采集和计算工作全部由计算机完成，工作量也比传统方法减少很多，自动化程度较高。系统内部具有多种模式供试验人员选择，自动操作模式基本做到傻瓜式操作。

节能型能量回馈式电机试验系统扩展性好

本系统设计考虑到多种不同类型电机的试验需要，提供了多种制式的电源模式，供不同电机试验选择使用。本系统可以满足高压电机，低压电机，变频电机，等试验的要求，试验时只要不超出电源的容量即可。同时，就对拖负载试验而言，对陪试电机的要求也大幅降低，可以提供交-交方式，且电压等级不同也可以能量回馈，只要陪试电机的负载力矩能加上即可。就扩展性而言，由于本系统采用了模块化设计，具有并机试验的功能，可以比较方便地扩容。

节能型能量回馈式电机试验系统节能

本系统采用了能量回馈技术，实现了能量的封闭循环使用，节能效果显著，在对拖试验中，陪试电机工作在发电机状态，发出的电能回馈使用，系统补充的是两台电机的损耗和电源本身的损耗，一般在30%以内，节能效果达到70%以上。

本系统具有无功补偿功能，在空载试验、堵转试验和叠频试验时，系统补充的是电机的有功功率、损耗和电源本身的损耗，其他的无功功率由变频电源提供补偿，节能效果在70%左右。

节能型能量回馈式电机试验系统绿色环保

本系统采用了静止变频技术替代了发电机组技术，减少了噪音和振动，降低了对环境的噪音污染，同时由于采用了能量回馈技术替代了传统的电阻消耗法，节约了能源，减少了冷却水的用量，减少了发热量，减少了二氧化碳的排放；还有本系统的能量回馈使用是在系统内部，对电网没有污染，所以本系统绿色环保。

节能型能量回馈式电机试验系统对拖负载试验具有能量回馈功能

对拖试验中，被试电机工作在发电机状态，通过加载用的变频电源经变换后回馈到给被试电机供电的电源，再由该电源变换后供给被试电机，实现了能量循环使用。

节能型能量回馈式电机试验系统空开堵转试验具有无功补偿功能

电机空载试验和堵转试验时，功率因数一般比较低，高压电机尤其如此。在试验时，由于功率因数低，大量的是无功功率，变频试验电源输出时，具有补偿功能，从电网吸取的只是有功功率。

节能型能量回馈式电机试验系统叠频试验具有能量回馈和无功补偿双功能

电机叠频试验时，由于有主频和辅频两种频率的波形供电，会产生两种状态，一是电动，另一是发电，在发电状态下的电能回馈到供电的变频电源，经变换后会引起直流母线电压升高，需要回馈电网。另外，由于叠频试验时，功率因数一般也比较低，大量的是无功功率，变频试验电源输出时，具有补偿功能，从电网吸取的只是有功功率和补充的电机损耗。

本系统最大的优点在于采用多电平技术，实现宽频正弦波输出，波形品质很好，谐波含量很低，同时系统阻抗匹配性能好，适用范围宽，其他优点如下：

（1）配电容量要求大幅降低，仅为被试电机的30%左右，可大幅节省配电投资。

（2）能量在闭环系统中自我循环使用，用电量仅为被试电机的30%左右，可节约大量电费，使用成本大幅降低。

（3）BMP变频电源具有有无功补偿功能、并机功能、并机叠频试验功能。

（4）BMP变频电源模块化设计，便于扩容。

（5）本系统全部采用计算机和PLC控制，自动化程度高，操作简单、使用方便；成熟技术、可靠性高。2100433B

1、并联式能量回馈和串联式能量回馈由于结构上的不同，带来了显著区别：

（1）对用户而言，并联式能量回馈只需要承担再生电能的负荷，不需要考虑整流负荷，所以成本和体积都大大减小。

（2）并联式能量回馈可以在已经运转的VVVF上直接并联使用，不需要进行设备改造。

2、技术特别点

（1）两种能量回馈方式，使用的基本运算理论是不一致的。

（2）并联式能量回馈需要使用更多的技术，需要解决系统环流的问题。通常的矢量算法在并联回馈中不能直接使用。因为矢量能量回馈算法中“环流的存在是固有的”。

（3）并联式能量回馈需要解决两个问题：第一，和普通整流器并联所产生的环流问题；第二，几个并联式回馈“并联运行”所产生的环流问题。这需要采用新的控制算法。