變頻器模擬加載實驗臺

天地（常州）自動化股份有限公司 史 晗

引言

變頻器在各行各業的應用已十分廣泛，在一些重要場合，如大型帶式輸送機、起重機等，更是對變頻器的啟停特性、穩定性等有著嚴格要求。這就需要變頻器生產廠家在產品出廠前對變頻器性能進行全面系統測試，其中最為關鍵的檢測項目就是變頻器模擬加載。傳統加載方法均有一些缺點，并不適用于變頻器，尤其是大功率變頻器的模擬加載測試。而利用變頻技術，可很好的實現對變頻器的模擬加載，并具有很好的節能效果。

1 加載方式介紹

目前國內傳統加載設備有水力測功機、電渦流測功機、磁粉測功機、磁滯測功機等，還有少量使用液壓加載和機械加載，這些加載設備都是被動式、無源型、耗能型，不僅浪費資源，而且加載特性不好。例如水力測功機、電渦流測功機都靠水冷帶走加載能量，只有在高轉速情況下才能穩定加載；磁粉測功機只適合小功率、低轉速下加載；磁滯測功機只適合小扭矩、小功率加載；機械加載和液壓加載目前已經很少被采用。

隨著變頻調速技術的發展和應用，出現了可以將加載時電機回饋能量重新利用的變頻加載裝置。這種加載方式使用方便，而且可以精確設定加載功率，交流電機產生的機械能重新反饋至電網，從而節約了電能，最大可節電70%。該加載方式最大的優點在于可在低頻甚至零速時進行加載，可以測試變頻器的起動特性，同時也能長期穩定加載，便于變頻器出廠前對整機性能全面測試。

圖1 系統原理框圖

2 變頻加載裝置

加載系統原理框圖如圖1所示，該系統為一個共交流母線的加載系統。其中，T1變壓器為隔離變壓器，將加載系統與電網進行電氣隔離，并可將電網電壓變為系統需要的交流母線電壓。該變頻器容量取加載系統加載功率的30%即可，一般干式變壓器即滿足要求。變壓器后級設有開關柜，進行主電路通斷控制及保護。

母線左側的回路為被試變頻器回路，主要由開關柜2、整流變壓器T2及被試變頻器組成，被試變頻器驅動被試電機。該回路中，開關柜2的容量需滿足被試變頻器最大功率及電壓要求，開關柜中建議選用智能型斷路器，可針對不同功率變頻器調整相關保護參數，且開關柜中應選用抗干擾能力較好的器件，以免出現顯示錯誤或誤動作等情況。T2整流變壓器為被試變頻器供電，整流變壓器容量為最大被試變頻功率的1.5倍。若被試變頻器電壓等級較多，可考慮將T2變壓器設計為多抽頭變壓器，若場地及資金允許，可在T2變壓器前端串聯有載調壓器，可對被試變頻器進行電壓波動試驗。建議在被試變頻器前級加入濾波措施，盡量抑制被試變頻器產生的干擾進入交流母線及電網。

母線右側的回路為負載變頻器回路，主要由開關柜3，整流變壓器T3、加載變頻器和加載電機組成。其中，T3的容量應為加載變頻器額定功率的1.5倍，加載變頻器前也應加入濾波器等濾波措施。加載變頻器需使用采用AFE可控前端整流的四象限矢量變頻器。加載電機上加入軸編碼器，使加載變頻器驅動加載電機進行閉環控制。加載電機通過聯軸器與被試電機進行硬連接，也可在連接中加入轉矩轉速傳感器，以便得到更多的試驗數據。

加載時，被試變頻器進行轉速或頻率控制，加載變頻器進行轉矩控制。測試開始時，分別啟動被試變頻器及加載變頻器，并做相應調整，使兩臺變頻器正向啟動時電機旋轉方向相同。加載時，設定加載變頻器的速度為0，按被試變頻器額定功率計算轉矩，并對加載變頻器轉矩進行相應設定。若被試變頻器做拖動運行，則加載變頻器設定的轉矩為負；若被試變頻器做回饋運行，則設定轉矩為正。設定完成后，啟動加載變頻器，此時加載電機應保持靜止。加載變頻器啟動完成后，即可啟動被試變頻器，變頻器會進行帶載啟動。加載時，始終會有1臺變頻器做回饋運行，較大一部分能量在交流母線上進行順時針或逆時針流動，系統僅從電網吸收系統損耗的能量，經測量，這部分能量為實際加載功率的30%。

系統還可加入上位機，將各開關柜、變頻器等接入上位機，實現集中控制及自動控制。

3 結論

本文提出了一種基于變頻技術的變頻器模擬加載實驗臺，能夠對變頻器的啟動特性、帶載特性進行全面測試，并具有很好的節能效果。實驗證明，此系統適用于不同功率及電壓等級的變頻器出廠加載測試，系統加載精度高，加載范圍寬，節能效果明顯，是變頻器、尤其是大功率變頻器的首選加載測試系統。

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