變頻器試驗(yàn)臺(tái) 測試系統(tǒng)解決方案

　變頻器測試主要包括空載試驗(yàn)、調(diào)頻范圍、溫升試驗(yàn)、負(fù)載試驗(yàn)、過載試驗(yàn)等。本變頻器試驗(yàn)臺(tái)方案主要用于380V/100KW及以下電壓等級(jí)與容量規(guī)格的變頻器測試，配置變頻電量測量專用儀器，可實(shí)現(xiàn)變頻器電氣性能精確試驗(yàn)。

　　一、變頻器試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)依據(jù)

　　GB/T3886.1-2001半導(dǎo)體電力變流器用于調(diào)速電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的一般要求

　　JB/T10251-2001交流電動(dòng)機(jī)電力電子軟起動(dòng)裝置

　　GB/T12668.2-2002調(diào)速電氣傳動(dòng)系統(tǒng)第2部分：一般要求低壓交流變頻電氣傳動(dòng)系統(tǒng)額定值的規(guī)定

　　GB12668.3-2012調(diào)速電氣傳動(dòng)系統(tǒng)第3部分電磁兼容性要求及其特定的試驗(yàn)方法

　　GB/T12668.4-2006調(diào)速電氣傳動(dòng)系統(tǒng)第4部分：一般要求交流電壓1000V以上但不超過35kV的交流調(diào)速電氣傳動(dòng)系統(tǒng)額定值的規(guī)定

　　GB12668.501-2013調(diào)速電氣傳動(dòng)系統(tǒng)第5-1部分：安全要求、電氣、熱和能量

　　GB/T12668.502-2013調(diào)速電氣傳動(dòng)系統(tǒng)第5-2部分：安全要求、功能

　　GB/T12668.6-2011調(diào)速電氣傳動(dòng)系統(tǒng)第6部分：確定負(fù)載工作制類型和相應(yīng)電流額定值的導(dǎo)則

　　二、變頻器試驗(yàn)臺(tái)試驗(yàn)?zāi)芰?/p>

　　滿足380V/100KW及以下電壓等級(jí)與容量規(guī)格的變頻器試驗(yàn)。

　　測量回路：輸入3相回路、輸出3相回路；

　　電壓等級(jí)：0~380V；

　　電流等級(jí)：0~200A；

　　基波頻率：0.1Hz~400Hz。

　　可直接顯示以下輸入端、輸出端電參量數(shù)據(jù)：

　　輸入?yún)?shù)：輸入電壓、輸入電流、輸出功率、功率因數(shù)、各次諧波、總諧波失真等；

　　輸出參數(shù)：輸出電壓、輸出電壓、輸出功率、功率因數(shù)、輸出頻率、各次諧波含量、總諧波失真等。

　　三、變頻器試驗(yàn)臺(tái)需求分析

　　1、測量儀器要求

　　變頻器主電路結(jié)構(gòu)一般為“交—直—交”，在整流回路中接有大電容，輸入電流為脈沖式充電電流，在逆變輸出回路中輸出電壓信號(hào)是受PWM載波信號(hào)調(diào)制的脈沖波形。面對(duì)變頻器含有大量諧波、高畸變或是非工頻的電量，采用傳統(tǒng)的儀表對(duì)其進(jìn)行測量會(huì)產(chǎn)生較大的誤差，甚至出現(xiàn)測量結(jié)果完全錯(cuò)誤的情況，準(zhǔn)確的測量方法是采用帶FFT功能的儀器。

　　2、諧波分析要求

　　目前市面上的諧波檢測設(shè)備，大多按照電力系統(tǒng)諧波分析、電能質(zhì)量分析需要進(jìn)行設(shè)計(jì)，遵循國家標(biāo)準(zhǔn)《GB/T17628.7電磁兼容試驗(yàn)和測量技術(shù)供電系統(tǒng)及所連設(shè)備諧波、諧間波的測量和測量儀器導(dǎo)則（IEC61000-4-7）》相關(guān)技術(shù)要求，用于測量疊加在50Hz/60Hz電力系統(tǒng)基波上，頻率為9kHz以下的諧波和諧間波。如《DL/T1028-2006電能質(zhì)量測試分析儀檢定規(guī)程》對(duì)電網(wǎng)諧波分析儀進(jìn)行檢定的最高諧波次數(shù)為50次。大部分電力系統(tǒng)諧波分析儀的最高諧波階數(shù)為40或50，可以滿足電力系統(tǒng)諧波分析的一般需要。

　　但是變頻器輸出為PWM波，諧波含量豐富，變頻器輸出諧波主要集中在載波頻率整倍數(shù)附近，而低次諧波一般較小。當(dāng)載波頻率較高時(shí)，諧波頻率也高。若變頻器的載波頻率為fs，基波頻率為f1，變頻器輸出諧波主要集中在ks*fs±k1*f1。其中ks=1，2，3，4，5，6，7...k1=1，2，4，5，7...變頻器輸出諧波集中在載波頻率整倍數(shù)附近，ks越大，相應(yīng)的諧波越小，對(duì)于一般測量，分析到6倍開關(guān)頻率就足夠了。

　　比如當(dāng)fs=3kHz，f1=50Hz，其諧波主要集中在3kHz（1倍fs）、6kHz（2倍fs）、9kHz（3倍fs）、12kHz（4倍fs）、15kHz（5倍fs）、18kHz（6倍fs）附近，也就是說，諧波主要集中在60次，120次、180次、240次、300次、360次附近，若采用40次的電力諧波分析儀，分析結(jié)果沒有實(shí)際意義。

　　3、低基波頻率測量要求

　　變頻器輸出基波及諧波等測試均基于傅里葉變換，保證傅里葉變換精度的一個(gè)主要條件就是整周期截?cái)啵簿褪钦f，參與傅里葉變換的數(shù)據(jù)應(yīng)該是整數(shù)個(gè)信號(hào)周期對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)。目前市面上大部分測量儀器做不到這一點(diǎn)，其后果是測量數(shù)據(jù)波動(dòng)大，測量精度無法保障。

　　另外，由于變頻器輸出諧波頻率較高，被測信號(hào)帶寬較寬，根據(jù)采樣定理，要求采樣頻率高于信號(hào)帶寬的兩倍。若信號(hào)帶寬為50kHz，采樣頻率必須高于100kHz。假設(shè)基波頻率為1Hz，這樣，在整周期截?cái)嗟囊笙拢辽俜治?S（一個(gè)信號(hào)周期）的數(shù)據(jù)，而1S的數(shù)據(jù)量為100k點(diǎn)，即傅里葉變換的點(diǎn)數(shù)為100k點(diǎn)。一般測量儀器的處理器無法處理這么大量的數(shù)據(jù)，運(yùn)算速度也跟不上，因此，實(shí)際測量中往往通過降低采樣頻率來減少傅里葉變換點(diǎn)數(shù)，而降低采樣頻率之后，為了不違背采樣定理，只能在被測信號(hào)輸入側(cè)加抗混疊濾波器，這樣一來，傅里葉變換可以正常進(jìn)行?基波可以準(zhǔn)確獲取，但是，被測信號(hào)的高次諧波被抑制了，不能滿足變頻器輸出諧波測量的需要。

　　四、變頻器試驗(yàn)臺(tái)方案

　　本方案采用兩臺(tái)同規(guī)格型號(hào)變頻高速異步電機(jī)對(duì)拖的方式形成被試變頻器的能量回饋型負(fù)載，被試變頻器拖動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)于試驗(yàn)所需要的工況下，陪試電機(jī)由陪試變頻器（并網(wǎng)逆變器）加載，陪試變頻器為轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速可控的四象限變頻器，能量回饋交流電網(wǎng)。

　　主電量測試系統(tǒng)采用一套湖南銀河電氣有限公司研制的WP4000-6變頻功率分析儀。該系統(tǒng)由一臺(tái)WP4000變頻功率分析儀及6臺(tái)SP381201C變頻功率傳感器構(gòu)成。6臺(tái)SP38120C變頻功率傳感器分布于被試變頻器輸入、輸出側(cè)，同步高速采集電量數(shù)據(jù)，并通過高速光纖總線無損傳輸?shù)轿挥诓僮髋_(tái)的WP4000分析儀。傳感器采用定制測量柜安裝，測量柜兼具接線箱功能，每個(gè)測量柜安裝3臺(tái)傳感器。WP4000分析儀嵌入式或臺(tái)式擺置于操作臺(tái)。輔助測量系統(tǒng)，如溫度、轉(zhuǎn)速等測量采用銀河電氣的分布式測試系統(tǒng)完成，由485總線傳輸至操作臺(tái)的試驗(yàn)上位機(jī)，同時(shí)上位機(jī)通過定制開發(fā)的試驗(yàn)軟件結(jié)合PLC控制系統(tǒng)可自動(dòng)化完成整個(gè)試驗(yàn)流程，并出具試驗(yàn)報(bào)表。

　　五、變頻器試驗(yàn)臺(tái)方案特點(diǎn)

　　SP系列變頻功率傳感器采用前端數(shù)字化技術(shù)，將被測對(duì)象在測量前端直接轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，再通過高速光纖傳輸至分析儀端，切斷了傳導(dǎo)干擾的途徑，減少了引入誤差的環(huán)節(jié)，極大的提高的整個(gè)測試系統(tǒng)的EMC電磁兼容性能，特別適用于復(fù)雜電磁環(huán)境下的變頻電量高精度測量。

　　WP4000變頻功率分析儀通過FPGA控制各個(gè)功率單元同步采樣時(shí)鐘，達(dá)到多通道同步采集，保證輸入、輸出功率同步測量，從而保證了效率的準(zhǔn)確測量。

　　WP4000變頻功率分析儀最高250KHz采樣率，100KHz帶寬，諧波模式測量（基波有效值測量）范圍需覆蓋0.1Hz～400Hz，低頻段能夠穩(wěn)定讀數(shù)，配置上位機(jī)軟件最高可分析至2000次諧波，且電壓、電流相對(duì)誤差不低于0.2%。

　　角差是影響功率測量準(zhǔn)確度的核心指標(biāo)，尤其是在電機(jī)空載試驗(yàn)、大型電力變壓器短路試驗(yàn)等功率因數(shù)工況下，角差是影響功率測量準(zhǔn)確度的核心指標(biāo)。SP系列變頻功率傳感器采用國防科技大學(xué)專家團(tuán)隊(duì)耗費(fèi)數(shù)年研究成功的，具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的電壓、電流敏感元件，具有微小的相移指標(biāo)。并且因?yàn)閷㈦妷骸㈦娏鱾鞲衅鹘M合為一體，大大簡化了相位補(bǔ)償電路。0.2S3級(jí)的變頻功率傳感器在50Hz時(shí)的角差典型值為5′，相當(dāng)于0.1S級(jí)電壓、電流互感器的角差。

　　SP的電壓、電流通道均設(shè)置了8個(gè)檔位，每個(gè)檔位只測量在本檔位量程的50%~100%范圍內(nèi)的信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了電壓0.75%~150%（Un額定電壓）、電流1%～200%（In額定電流）量程范圍內(nèi)的標(biāo)稱精度測量。采用無縫自動(dòng)轉(zhuǎn)換量程技術(shù)，檔位切換時(shí)，數(shù)據(jù)不丟失的特點(diǎn)可滿足寬幅值范圍內(nèi)的動(dòng)態(tài)測量，全面記錄被測信息，不放過每一個(gè)細(xì)節(jié)變化。