節能型能量回饋式電機試驗系統

節能型能量回饋式電機試驗系統，本電機試驗系統的設計是由杭州南儀科技有限公司在供需雙方進行充分溝通的基礎上進行的，與傳統的發電機組技術方案的根本差異在於給電機供電的電源實現方式不同。

基本介紹

• 中文名：節能型能量回饋式電機試驗系統
• 進行：由杭州南儀科技有限公司
• 宗旨是：在滿足相關標準要求的前提下
• 設計原則：本系統的設計和製造

系統概述

本系統是採用先進的靜止變頻技術和寬頻濾波技術進行設計與製造的，給電機供電的試驗電源是我司自主智慧財產權的BMP系列寬頻正弦波變頻電源。

本電機試驗系統的宗旨是在滿足相關標準要求的前提下，採用先進的變頻技術和計算機技術實現電機試驗系統的自動化，大幅降低試驗人員工作強度，並且具有可靠、準確、節能、經濟等特點，大幅提高了電機檢測的水平和手段。

設計原則

本系統的設計和製造是以滿足電機試驗相關標準的具體要求和需方的技術要求為基本依據，本著節能、經濟、可靠、先進等原則，採用靜止變頻技術和寬頻濾波技術進行設計與製造的。本系統採用先進的數字變頻技術和計算機控制測量技術進行設計製造，具有技術先進、運行可靠、功能強、精度高、重複性好、節能降耗、既先進又經濟、性價比高等特點。同時，本系統基本實現自動化，大幅降低試驗人員在試驗過程的繁鎖操作，降低勞動強度。

本系統的設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。本系統採用模組化方式進行設計，便於以後擴容和增加試驗功能。換句話說，可以一次設計，分步實施的原則進行設計，保障一期的投入儘量不會浪費。

設計依據

本系統的設計依據是需方的相關要求和相關標準，由於需方的相關要求主要體現在設計目標中，即：可以進行試驗的電機的類型、電壓等級、試驗能力等，是以此處的設計依據主要體現的就是相關試驗標準，特此說明。

本系統的設計是以表中所列示的相關標準為依據的，參考的標準不保證完全能滿足要求，但是只要在電源容量要求的範圍內，可以進行相關試驗。

表一、系統的設計依據（標準）表

序號	標準號	標準名稱	是否依據	備註
1	GB 755-2008; IEC 60034-1:2004	旋轉電機 定額和性能	是
2	GB/T 1032-2005	三相異步電動機試驗方法	是
3	GB/T 22670-2008	變頻器供電三相籠型感應電動機試驗方法	是
4	……

設計目標

本系統的設計要求能兼顧電機的型式試驗和出廠試驗，是以本系統除了達到可靠、節能、經濟、先進的要求外，更重要的是從不同產品的不同試驗標準要求出發，儘量兼顧，確保完成下面描述的相關產品的試驗要求，即：本系統的設計目標值。

電機的試驗功能設計不僅考慮型式試驗，還要兼顧出廠試驗能力。由於電機類型不同，依據的標準也不相同，下表為本系統電機的試驗能力表。需要說明的是未列出的電機不在本系統的設計範圍內，本系統不保證能進行相關試驗，但是如果本系統可以進行試驗，也不排除，其原則是不能超出本系統的技術指標。

表二、系統的試驗能力表：

序號	電機類型	電壓等級	頻率範圍	型式試驗能力	出廠試驗能力	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	出廠試驗能力		50/60Hz	若需要，可擴大		正弦波

備註

1、表中所述型式試驗能力為對拖方式，若採用疊頻方式可以達到1.8倍，但需要增加儲能櫃。

2、出廠試驗能力為兩台電源並機後的能力，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

由於電機種類繁多，適用標準也各不相同，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

按標準《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電動機試驗方法》的要求進行設計

表三、異步電機、變頻電機、同步電機的試驗項目表

序號	試驗項目		試驗內容	功能
1	空載試驗		空載電流和空載損耗測定	√
			鐵耗和風摩耗的確定	√
2	堵轉試驗	額定頻率堵轉	堵轉時的電流、轉矩、功率的測定	√
		低頻堵轉		√
3	負載試驗		額定電壓負載試驗	√
			各種損耗的確定	√
			效率的確定	√
4	熱試驗即：溫升	直接負載法	軸承等16點的溫度測量; 熱電阻法	√
		等效負載法		√
		定子疊頻法		√
5	T-n特性曲線試驗	T-n特性曲線	T-n特性曲線、最大轉矩測定、最小轉矩測定	√
		最大轉矩測定		√
		最小轉矩測定		√
6	其他試驗	超速試驗	1.2倍額定頻率下運行	√
		過電壓試驗	1.3倍額定電壓下運行	√
		短時過轉矩試驗	1.25倍額定轉矩下運行	√
		噪聲的測定	電機噪聲測定	△
		振動的測定	電機振動值測定	△
		轉動慣量的測定	轉動慣量的測定	△
		軸電壓的測定	軸電壓的測定	△
		耐電壓試驗	耐電壓試驗	△
		直流電阻的測定	直流電阻的測定	△
		絕緣電阻的測定	絕緣電阻的測定	△

說明：①、三相異步電機和三相變頻電機分別按標準《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電動機試驗方法》的要求進行，但是相關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，試驗能力以變頻電源能提供的電源為準。

②、打” √”的項目為本系統可以實現的試驗項目；打” △”的項目為本系統可以擴展實現的試驗項目，但不包含在本系統中的試驗項目；打” ×”的項目為與本系統無關的試驗項目，本系統不能實現。

運行條件要求

4.1、配電系統要求

本系統的電機試驗採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。是以本系統按設計的試驗能力要求，只要提供700KVA的配電容量就可以完成相關試驗能力和試驗項目。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。

總體設計

]試驗系統的原理說明b]

本系統採用靜止變頻技術和寬頻正弦波技術實現頻率可調的三相穩頻穩壓電源輸出。變頻試驗電源可以並機使用，可以進行電機的型式試驗和出廠試驗，兩台電源分開使用，可以進行電機對拖負載試驗和型式試驗。試驗系統的簡化框圖如下：

試驗系統的組成

從前述的原理框圖和電氣原理圖可知，本試驗系統是由兩路變頻電源提供頻率可調、電壓可調的電源，變頻電源的輸出端經過增加升壓變壓器，可以實現不同電壓的輸出，以滿足不同試品的需要。同時這兩套變頻電源可以並機使用，也可以單獨使用。其輸出接點通過內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。

系統特點

1、 成熟且可靠

關於系統的成熟性和可靠性是本系統設計的一個亮點，從多個角度保證了本系統的高成熟性和高可靠性，細述如下：

從技術的角度來看：本系統核心技術是靜止變頻技術和寬頻濾波技術。本系統採用了高-低-高的技術路線，核心是低壓變頻，而不是高壓變頻。就目前國內的技術而言，低壓變頻技術已經趨於成熟，套用非常普遍，高壓變頻技術相對不夠成熟，這是大家公認的。

從設計的角度來看：本系統設計採用了模組化設計和冗餘技術設計，即使某一模組出現故障，將該模組退出，系統仍然能正常工作，只是電源容量降低了一些。從另外的角度也保證了系統可靠性。

從控制的角度來看：本系統採用了高低壓分離的模式來進行設計。系統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後側才有高壓產生。換句話說，就是低壓控制，高壓隔離。

從保護的角度來看：本系統採用了PLC可程式控制器、觸控螢幕和計算機控制，具有完善的保護功能和監控功能，對於試驗狀態和電源工作狀態全程監控保護，從另一個側面增加了系統的成熟性和可靠性。

從元件的角度來看：本系統主迴路的核心部件是低壓變頻器和寬頻濾波器。低壓變頻器套用非常普遍，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，只要參數設計正確，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：與本系統功率相當的電機試驗台，由我司採用相同技術設計製造的系統兩套，已經分別投用兩年多時間，運轉一直很正常。經實際驗證了本系統技術的成熟性和可靠性。

、安全性高操作簡便

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

就操作性而言,系統提供了手動操作和自動操作兩種模式，並且由觸控螢幕或計算機顯示器全程引導操作，對操作人員的要求相當較低。數據採集和計算工作全部由計算機完成，工作量也比傳統方法減少很多，自動化程度較高。系統內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。

擴展性好

本系統設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，由於本系統採用了模組化設計，具有並機試驗的功能，可以比較方便地擴容。

節能

本系統採用了能量回饋技術，實現了能量的封閉循環使用，節能效果顯著，在對拖試驗中，陪試電機工作在發電機狀態，發出的電能回饋使用，系統補充的是兩台電機的損耗和電源本身的損耗，一般在30%以內，節能效果達到70%以上。

本系統具有無功補償功能，在空載試驗、堵轉試驗和疊頻試驗時，系統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，節能效果在70%左右。

綠色環保

本系統採用了靜止變頻技術替代了發電機組技術，減少了噪音和振動，降低了對環境的噪音污染，同時由於採用了能量回饋技術替代了傳統的電阻消耗法，節約了能源，減少了冷卻水的用量，減少了發熱量，減少了二氧化碳的排放；還有本系統的能量回饋使用是在系統內部，對電網沒有污染，所以本系統綠色環保。

系統功能

對拖負載試驗具有能量回饋功能

對拖試驗中，被試電機工作在發電機狀態，通過載入用的變頻電源經變換後回饋到給被試電機供電的電源，再由該電源變換後供給被試電機，實現了能量循環使用。

空開堵轉試驗具有無功補償功能

電機空載試驗和堵轉試驗時，功率因數一般比較低，高壓電機尤其如此。在試驗時，由於功率因數低，大量的是無功功率，變頻試驗電源輸出時，具有補償功能，從電網吸取的只是有功功率。

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，由於有主頻和輔頻兩種頻率的波形供電，會產生兩種狀態，一是電動，另一是發電，在發電狀態下的電能回饋到供電的變頻電源，經變換後會引起直流母線電壓升高，需要回饋電網。另外，由於疊頻試驗時，功率因數一般也比較低，大量的是無功功率，變頻試驗電源輸出時，具有補償功能，從電網吸取的只是有功功率和補充的電機損耗。

系統優點

本系統最大的優點在於採用多電平技術，實現寬頻正弦波輸出，波形品質很好，諧波含量很低，同時系統阻抗匹配性能好，適用範圍寬，其他優點如下：

（1）配電容量要求大幅降低，僅為被試電機的30%左右，可大幅節省配電投資。

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

（3）BMP變頻電源具有有無功補償功能、並機功能、並機疊頻試驗功能。

（4）BMP變頻電源模組化設計，便於擴容。

（5）本系統全部採用計算機和PLC控制，自動化程度高，操作簡單、使用方便；成熟技術、可靠性高。