电机行业中，传统的电机试验方法十分复杂且工作效率低，试验效果不十分理想。随着变频技术的发展，变频器的功能越来越完善，接口更加友好，为电机试验系统的设计提供了良好的技术条件。本文设计的通用电机综合试验平台采用变频调速技术，有源整流技术及公共直流母线能量回馈方式，取代传统的"四联机"方案，能满足兆瓦级高低压同步发电机，异步电机，双馈风力发电机的负载特性的模拟和能量回馈；监控系统采用以PLC为核心的工业控制网络技术，对系统设备进行协调控制及组态，以满足试验需求。与传统的试验方法相比，该试验平台具有试验精度高，通用，节能，网侧功率因数高及谐波含量少等优点。
1试验台技术要求
所设计的电机试验系统需具备能进行被试同步发电机带有功及无功负载试验，同步/异步发电机带载试验，变频异步电机试验，永磁同步电机试验和双馈风力392/2010变频器在通用大容量电机试验系统中的应用发电机试验的能力。被试机的电压等级从几百伏到十千伏，转速范围从几百转至几千转，容量达几兆瓦。
根据相关标准，系统电源部分（电源机组和变频电源输出电源）除要求能满足试验电压，频率和容量要求外，其三相线电压的正弦性畸变率不能超过2.5%，负序分量不可超过正序分量的0.5%，零序分量的影响应予消除，变频电源输出频率分辨率须达到0.01Hz.系统机械部分除最大轴功率和转速须满足上述被试机试验技术要求外，对其转矩和速度控制动静态精度要求如下：（1）转矩阶跃上升时间在额定转矩下，无论开环还是闭环，上升时间都应小于5ms；（2）非线性在额定转矩下，开环时非线性度为±4%，闭环时非线性度为±1%；（3）速度静态精度额定速度下，带光电编码器闭环反馈时精度为0.01%，无测速反馈时精度为0.5%；（4）速度在100%转矩阶跃时，波动不大于1.5%，恢复时间小于0.5s<4>。
系统进线电源谐波，电磁兼容及抗干扰性应满足GB/T14549《电能质量：公用电网谐波》和EN61800-3-2004《可调速电力传动系统第3部分：电磁兼容要求和特定试验方法》的要求。系统带profibus总线接口，通过接口可对其工作参数进行设置，对运行状态进行监视。在全功率和全速度范围内的任意转速及转矩点，系统应能连续运行，带载稳定，不会出现振荡现象。快速停车时，电机制动能量返回电网。逆变单元除对电机的四象限恒转速/恒转矩驱动进行控制外，还应具有电源瞬间断电运行，零速满转矩驱动，追踪驱动旋转中的电机，危险速度段的设置及跳跃，磁通直流制动和磁通优化等特殊功能。
2变频器公共直流母线能量循环方案
2.1原理
系统主回路由2套有源前端整流单元，4套逆变单元，4台交流变频调速异步机和1台同步电机及测控系统组成。逆变单元采用公共直流母线，两两组合成2组传动单元，能提供输出转矩限幅可调的恒速闭环调速特性，各拖动1台交流变频调速电机工作。交流变频调速异步电机分成2组，每组2台电机刚性共轴联接，其中左边一组作为回馈加载机组通过齿轮箱与被试电机同轴机械连接；右边一组与同步电机同轴机械连接作为电源机组再与被试电机电连接。系统的2对机组均可进行四象限运行，原则上当其中一机组为电动状态时，另一机组则工作在发电状态，可满足被试机为发电机或电动机的2种工况。2组传动单元工作在同一象限时，系统输出容量以运行中整流单元最大容量为限度。通过软硬件的设置，同一机组的2台传动单元可进行双单元并联驱动或独立驱动。此外，逆变器拥有良好的传动兼容性，也可作为电源给被试电机供电，驱动非特定匹配的变频电机。
2.1.1同步发电机
试验时，回馈加载机组作原动机，负责拖动被试机；齿轮箱换档改变传动比，扩展机组的恒功率调速范围，满足不同额定转速被试机的试验需要。为适应不同输出电压的被试发电机，发电机输出端配置变压器匹配电压，统一至6kV.被试发电机发出电能驱动陪试电源机组。电源机组中，同步电机作电动运行，异步电机作发电运行，逆变单元控制电机在转矩控制模式下运行，给被试机加载，同时将电能回馈到公共直流母线。
系统无功功率的大小通过励磁来调节。被试同步发电机负载也可采用可调水电阻或电感。
2.1.2异步电机和永磁同步电机
试验时，电源机组提供变频变压电源。当被试机为低压变频异步机时，由交流变频传动逆变回馈控制系统的变频模块直接供电，回馈加载机组提供机械负载，加载机组异步机作发电运行，逆变单元控制电机工作在转矩控制模式下，并将能量回馈至直流母线。
本文关键字：变频器 变频器基础，变频技术 - 变频器基础
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