ABBACS800變頻器在低壓變頻電機和永磁風力發電機試驗臺上的應用

禹利華

摘 要：本文介紹了利用ABB ACS800變頻器對低壓變頻電機和永磁風力發電機進行控制，并完成出廠和型式試驗。

關鍵詞：變頻器；寬帶測量系統；電機試驗

中圖分類號：TN773 文獻標識碼：A

1 前言

交流電機是現代工業的發動機，在各行各業，無數的交流電機驅動著各種生產線的運行。電機的性能關系到生產線產品的質量、產能。所以作為檢測電機性能的電機測試系統是電機研究、生產和維修過程中不可缺少的重要環節。目前，隨著社會上環保意識和節能意識的提高，采用公用直流母線變頻器以實現電功率封閉；采用IGBT整流供電方式以減少諧波、提高功率因數的方案正逐漸代替傳統的交流變頻發電機組傳動等方案，已經成為主流方案。公司交流電機試驗系統主要由ABB ACS800變頻器、寬帶測量系統、ABB-DW軟件、工控計算機等設備組成，主要試驗對象為低壓變頻電機、永磁同步風力發電機。試驗系統滿足IEC規定的各種電機測試要求。

2 試驗系統構成以及性能參數

試驗系統采用ABB ACS800 multidrive變頻器共直流母線方案，整流側采用一套整流單元，共8個模塊；逆變側采用二套逆變單元，每套逆變單元8個模塊。在型式試驗時，能量可以進行回饋，單臺變頻器使用時，也能發揮設備最大功率。整套試驗系統經過優化設計，即滿足了產品試驗要求又節約了建設成本。

試驗系統中的寬帶測量系統采用獨有的自校準技術、非線性校正技術及專業的布線技術，與其他系列的產品相比，采集精度可提高1～4倍。具有高帶寬，高線性，高精度，測量范圍廣，高隔離電壓等優點。測試電流在1%～100%范圍內變化，測試電壓在2%～100%范圍內變化時，響應速度快，相角誤差小，功率測量更精確。

試驗系統中的ABB公司ACS800 MutiDrive變頻器用國際領先的DTC（直接轉矩控制）技術，無須轉速計或位置編碼器，無需反饋，以磁通量與電機轉矩作為控制變量，擁有更先進的電機工作數學模型，能快速響應給定指令，高精度執行指令，滿足高效變頻電機的需求。

試驗系統中的控制臺操作通過觸摸屏來完成各種電機功能測試。該試驗系統可測試交流異步電機和永磁風力發電機。主要測試項目有起動特性、空載特性、負載特性、轉矩轉速特性等，以及電機的溫升試驗。同時具備快速停機功能，當發出停機指令時，能強制傳動裝置逆變制動至停機，電機處于制動狀態，發出的電能量返回電網。

3 用變頻器完成產品試驗的方法

由于傳統電機產品試驗方法一般采用變頻發電機組或者調壓器等做為電源來制定的，當采用變頻器做電源時，原來的試驗方法已不適用。因此，采用變頻器做為電源，經過工程實踐，有以下內容同傳統方法不同。

三相異步電機的空載試驗是給定子加額定頻率的額定電壓的空載運行的試驗。目的是檢查電機的運轉情況、判斷噪聲和振動是否符合要求；得到電機額定電壓下的鐵心損耗和在額定轉速下的機械損耗；得到空載電流與空載電壓的特性曲線。空載出廠試驗，首先需要進行三相電源平衡檢查，檢測額定電壓點三相電流平衡情況，記錄額定電壓、額定頻率下的三相電流Ia、Ib、Ic，計算三相電流不平衡度（任一相電流偏離平均值的程度，容差為±10%）。空載型式試驗在Uo=（1.1～1.3）Un下逐步降低電壓，由于變頻器此時采用V/F控制方法，電壓和頻率是線性關系，因此通過修改變頻器的第27組參數，修改磁通可以達到降低電壓的目的，直至電流開始回升時為止，其間測取7～9組數據（定子電流Io、電壓Uo、輸入功率Po）。

三相異步電機的的堵轉試驗，目的是測量電機的堵轉電流和堵轉轉矩，由于采用變頻器控制，變頻器給出的啟動轉矩非常大，因此必須將變頻器的第20組限值參數進行修改，限值參數包括電流值和轉矩值，同時修改第27組的磁通參數，這樣電機啟動電流就會得到控制，、當電機運行到額定頻率時，改變以上限幅值，測量電機電壓、電流、功率等參數。

三相異步電機的溫升試驗目的是通過試驗得到定子繞組、軸承等部件在規定工作條件下運行，測量穩定溫升時的溫度或溫升值。目前，使用變頻器做溫升試驗一般采用兩臺電機對拖的形式。試驗時將電動機調試到額定頻率、額定電壓下空載運行，然后慢慢增加發電機端變頻器的第25組轉矩參數，使得電動機達到額定功率運行。保持額定功率不變，每隔半小時記錄數據，直到每小時線圈溫度不超過2K，則停機測量電機熱態電阻，計算溫升數據。試驗前電機的油量和水量都必須準確。此時發電機輸出能量通過直流母線回饋給電動機，整流側只要提供電機和變頻器損耗即可。

永磁風力發電機的軸承是個重要部件，在產品出廠之前必須保證軸承的可靠性，因此出廠試驗主要也是考核軸承溫升試驗。出廠試驗時，電機可在在電動機模式下運行，將電機運行到額定轉速，每半小時記錄軸承溫度與線圈溫度數據，直到軸承溫度每小時不超過2K，根據工業運行的情況，廠內試驗軸承溫度標準建議控制在85℃內。待軸承溫度穩定后，記錄電壓、電流、功率等數據。

永磁風力發電機的額定轉速下溫升試驗時，被試機發電機和陪試機電動機的端電壓都會隨著負載的增加而增加，同時變頻器為限制電壓的上升，就會下調功率因數，造成電流的上升。這樣溫升穩定會很難，因此可以適當提高變頻器的直流母線電壓，降低無功電流，可以有效降低電流的作用。

結語

該試驗系統已經運行了5年，功能完全滿足產品試驗要求。通過對交流變頻電機和永磁風力發電機的試驗的研究，結合變頻器的特點，不斷完善了電機的試驗方法。

參考文獻

[1]孟彥京，尹海.基于ABB ACS800變頻器的紙機交流試驗系統設計[J].電機與控制應用，2011，38（08）：57-62.