ABBACS800變頻器在低壓變頻電機(jī)和永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)試驗(yàn)臺(tái)上的應(yīng)用

禹利華

摘 要：本文介紹了利用ABB ACS800變頻器對(duì)低壓變頻電機(jī)和永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)進(jìn)行控制，并完成出廠和型式試驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：變頻器；寬帶測(cè)量系統(tǒng)；電機(jī)試驗(yàn)

中圖分類號(hào)：TN773 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 前言

交流電機(jī)是現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)動(dòng)機(jī)，在各行各業(yè)，無(wú)數(shù)的交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)著各種生產(chǎn)線的運(yùn)行。電機(jī)的性能關(guān)系到生產(chǎn)線產(chǎn)品的質(zhì)量、產(chǎn)能。所以作為檢測(cè)電機(jī)性能的電機(jī)測(cè)試系統(tǒng)是電機(jī)研究、生產(chǎn)和維修過(guò)程中不可缺少的重要環(huán)節(jié)。目前，隨著社會(huì)上環(huán)保意識(shí)和節(jié)能意識(shí)的提高，采用公用直流母線變頻器以實(shí)現(xiàn)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(shù)的方案正逐漸代替?zhèn)鹘y(tǒng)的交流變頻發(fā)電機(jī)組傳動(dòng)等方案，已經(jīng)成為主流方案。公司交流電機(jī)試驗(yàn)系統(tǒng)主要由ABB ACS800變頻器、寬帶測(cè)量系統(tǒng)、ABB-DW軟件、工控計(jì)算機(jī)等設(shè)備組成，主要試驗(yàn)對(duì)象為低壓變頻電機(jī)、永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)。試驗(yàn)系統(tǒng)滿足IEC規(guī)定的各種電機(jī)測(cè)試要求。

2 試驗(yàn)系統(tǒng)構(gòu)成以及性能參數(shù)

試驗(yàn)系統(tǒng)采用ABB ACS800 multidrive變頻器共直流母線方案，整流側(cè)采用一套整流單元，共8個(gè)模塊；逆變側(cè)采用二套逆變單元，每套逆變單元8個(gè)模塊。在型式試驗(yàn)時(shí)，能量可以進(jìn)行回饋，單臺(tái)變頻器使用時(shí)，也能發(fā)揮設(shè)備最大功率。整套試驗(yàn)系統(tǒng)經(jīng)過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)，即滿足了產(chǎn)品試驗(yàn)要求又節(jié)約了建設(shè)成本。

試驗(yàn)系統(tǒng)中的寬帶測(cè)量系統(tǒng)采用獨(dú)有的自校準(zhǔn)技術(shù)、非線性校正技術(shù)及專業(yè)的布線技術(shù)，與其他系列的產(chǎn)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(cè)量范圍廣，高隔離電壓等優(yōu)點(diǎn)。測(cè)試電流在1%～100%范圍內(nèi)變化，測(cè)試電壓在2%～100%范圍內(nèi)變化時(shí)，響應(yīng)速度快，相角誤差小，功率測(cè)量更精確。

試驗(yàn)系統(tǒng)中的ABB公司ACS800 MutiDrive變頻器用國(guó)際領(lǐng)先的DTC（直接轉(zhuǎn)矩控制）技術(shù)，無(wú)須轉(zhuǎn)速計(jì)或位置編碼器，無(wú)需反饋，以磁通量與電機(jī)轉(zhuǎn)矩作為控制變量，擁有更先進(jìn)的電機(jī)工作數(shù)學(xué)模型，能快速響應(yīng)給定指令，高精度執(zhí)行指令，滿足高效變頻電機(jī)的需求。

試驗(yàn)系統(tǒng)中的控制臺(tái)操作通過(guò)觸摸屏來(lái)完成各種電機(jī)功能測(cè)試。該試驗(yàn)系統(tǒng)可測(cè)試交流異步電機(jī)和永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)。主要測(cè)試項(xiàng)目有起動(dòng)特性、空載特性、負(fù)載特性、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速特性等，以及電機(jī)的溫升試驗(yàn)。同時(shí)具備快速停機(jī)功能，當(dāng)發(fā)出停機(jī)指令時(shí)，能強(qiáng)制傳動(dòng)裝置逆變制動(dòng)至停機(jī)，電機(jī)處于制動(dòng)狀態(tài)，發(fā)出的電能量返回電網(wǎng)。

3 用變頻器完成產(chǎn)品試驗(yàn)的方法

由于傳統(tǒng)電機(jī)產(chǎn)品試驗(yàn)方法一般采用變頻發(fā)電機(jī)組或者調(diào)壓器等做為電源來(lái)制定的，當(dāng)采用變頻器做電源時(shí)，原來(lái)的試驗(yàn)方法已不適用。因此，采用變頻器做為電源，經(jīng)過(guò)工程實(shí)踐，有以下內(nèi)容同傳統(tǒng)方法不同。

三相異步電機(jī)的空載試驗(yàn)是給定子加額定頻率的額定電壓的空載運(yùn)行的試驗(yàn)。目的是檢查電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況、判斷噪聲和振動(dòng)是否符合要求；得到電機(jī)額定電壓下的鐵心損耗和在額定轉(zhuǎn)速下的機(jī)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(yàn)，首先需要進(jìn)行三相電源平衡檢查，檢測(cè)額定電壓點(diǎn)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(jì)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(yàn)在Uo=（1.1～1.3）Un下逐步降低電壓，由于變頻器此時(shí)采用V/F控制方法，電壓和頻率是線性關(guān)系，因此通過(guò)修改變頻器的第27組參數(shù)，修改磁通可以達(dá)到降低電壓的目的，直至電流開(kāi)始回升時(shí)為止，其間測(cè)取7～9組數(shù)據(jù)（定子電流Io、電壓Uo、輸入功率Po）。

三相異步電機(jī)的的堵轉(zhuǎn)試驗(yàn)，目的是測(cè)量電機(jī)的堵轉(zhuǎn)電流和堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，由于采用變頻器控制，變頻器給出的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩非常大，因此必須將變頻器的第20組限值參數(shù)進(jìn)行修改，限值參數(shù)包括電流值和轉(zhuǎn)矩值，同時(shí)修改第27組的磁通參數(shù)，這樣電機(jī)啟動(dòng)電流就會(huì)得到控制，、當(dāng)電機(jī)運(yùn)行到額定頻率時(shí)，改變以上限幅值，測(cè)量電機(jī)電壓、電流、功率等參數(shù)。

三相異步電機(jī)的溫升試驗(yàn)?zāi)康氖峭ㄟ^(guò)試驗(yàn)得到定子繞組、軸承等部件在規(guī)定工作條件下運(yùn)行，測(cè)量穩(wěn)定溫升時(shí)的溫度或溫升值。目前，使用變頻器做溫升試驗(yàn)一般采用兩臺(tái)電機(jī)對(duì)拖的形式。試驗(yàn)時(shí)將電動(dòng)機(jī)調(diào)試到額定頻率、額定電壓下空載運(yùn)行，然后慢慢增加發(fā)電機(jī)端變頻器的第25組轉(zhuǎn)矩參數(shù)，使得電動(dòng)機(jī)達(dá)到額定功率運(yùn)行。保持額定功率不變，每隔半小時(shí)記錄數(shù)據(jù)，直到每小時(shí)線圈溫度不超過(guò)2K，則停機(jī)測(cè)量電機(jī)熱態(tài)電阻，計(jì)算溫升數(shù)據(jù)。試驗(yàn)前電機(jī)的油量和水量都必須準(zhǔn)確。此時(shí)發(fā)電機(jī)輸出能量通過(guò)直流母線回饋給電動(dòng)機(jī)，整流側(cè)只要提供電機(jī)和變頻器損耗即可。

永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)的軸承是個(gè)重要部件，在產(chǎn)品出廠之前必須保證軸承的可靠性，因此出廠試驗(yàn)主要也是考核軸承溫升試驗(yàn)。出廠試驗(yàn)時(shí)，電機(jī)可在在電動(dòng)機(jī)模式下運(yùn)行，將電機(jī)運(yùn)行到額定轉(zhuǎn)速，每半小時(shí)記錄軸承溫度與線圈溫度數(shù)據(jù)，直到軸承溫度每小時(shí)不超過(guò)2K，根據(jù)工業(yè)運(yùn)行的情況，廠內(nèi)試驗(yàn)軸承溫度標(biāo)準(zhǔn)建議控制在85℃內(nèi)。待軸承溫度穩(wěn)定后，記錄電壓、電流、功率等數(shù)據(jù)。

永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速下溫升試驗(yàn)時(shí)，被試機(jī)發(fā)電機(jī)和陪試機(jī)電動(dòng)機(jī)的端電壓都會(huì)隨著負(fù)載的增加而增加，同時(shí)變頻器為限制電壓的上升，就會(huì)下調(diào)功率因數(shù)，造成電流的上升。這樣溫升穩(wěn)定會(huì)很難，因此可以適當(dāng)提高變頻器的直流母線電壓，降低無(wú)功電流，可以有效降低電流的作用。

結(jié)語(yǔ)

該試驗(yàn)系統(tǒng)已經(jīng)運(yùn)行了5年，功能完全滿足產(chǎn)品試驗(yàn)要求。通過(guò)對(duì)交流變頻電機(jī)和永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)的試驗(yàn)的研究，結(jié)合變頻器的特點(diǎn)，不斷完善了電機(jī)的試驗(yàn)方法。

參考文獻(xiàn)

[1]孟彥京，尹海.基于ABB ACS800變頻器的紙機(jī)交流試驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電機(jī)與控制應(yīng)用，2011，38（08）：57-62.