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电机型式试验站技术方案比较

2012-11-28 13:36:02      点击:
附件四: 电机型式试验站技术方案比较
作者:天津市升阳电子科技有限公司 总经理 耿洪奎
随着电机产业的飞速发展,电机型式试验站的建设,被许多政府部门(技术监督局、进出口商检局)和生产厂家提上了议事日程。建设型式试验站的技术方案的多样化,使得许多用户无从选择。
为此,本文对现在传统的技术方案,和采用电子技术的最新方案进行了论证和比较,供有关同志设计和建立电机试验站时参考。
电机的型式试验,不仅需要高精度的测量仪表,而且需要能够给电动机加载的负载设备,以及正弦波失真度<2%的供电电源。
一.传统的电机试验站技术方案
+ - + - 380V进GC2464微处理器多功能数字功率计打印机 GC9100 电机参数测试仪GC9300转矩仪计算机 控制台 调压器 电源 控制柜 整流 及励磁 控制柜 测量 控制柜 负载电阻箱 水冷风冷被试电机陪试 1
1.直流电机负载法(原理图见图1)是采用直流电动机作为被试交流电机的负载。由于直流电机与交流电机中心高及转速均不相同,不仅要配备几台不同规格的直流电机,而且被试电机的输出轴功率全部白白浪费了。
直流电机负载法工作原理是:380V进线,通过电源控制柜分出两路,一路输出连接三相调压器的上口,另一路连接到整流及励磁控制柜。
测量控制柜负责切换电流互感器的变比,为二次测量仪表提供测试信号。
控制台的计算机负责自动控制,以及自动采集数据。
由GC2464微处理器多功能数字功率计测量三相电压、电流、功率、频率和cosψ。
由GC9100电机参数测试仪测量冷热态直流电阻、转速、堵转转矩和6路温度。
由GC9300微处理器转速转矩仪测量动态转矩。
直流电机负载法的缺点:
(1)浪费能源;
(2)与被试机中心高不同,对轴不方便; 2
(3)不能做60Hz出口电机的负载试验;
优点:造价较低。
2.能耗制动法
磁粉制动器法或电涡流制动器法,均属于能耗制动法(原理图见图2)。由于被试电机的中心高与制动器的中心高不一样,同样存在对轴不方便的问题,而且使用时间长了以后,由于磁粉制动器存在失磁的问题,造成制动力减小,负载不稳定。
能耗制动法的缺点:
(1)浪费能源;
(2)对轴不方便;
380V
整流
控制柜
电源
控制柜
3
(3)不能做60Hz出口电机的负载试验;
(4)对2极电机还需要机械减速装置;
优点:造价低。
3.变频发电机组回馈法
GC2464微处理器多功能数字功率计打印机 GC9100 电机参数测试仪GC9300转矩仪计算机 控制台 调压器 电源 控制柜 测量控制柜整流 控制柜 发电机 控制柜 发电机组控制台发电机 控制柜被试电机 陪试电机 转矩传感器图3:变频发电机组回馈法
由4台电机组成一个双向的发电机组(原理图见图3),既可以发出正弦波三相电作为三相电源使用,也可以通过调节发电机组,作
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为负载机使用,把负载电机发出的电回馈电网,节约了能源,该方法在电机行业使用比较广泛。
该方法与前两种方法比较,具有节能的优点,但是节能的效率较低,由4台电机组成的机组,本身的效率很难达到50%以上(4台电机发热损耗等),仍然有一半左右的能源浪费掉了。另外,由于机组造价较高,不可能配备各种规格的机组。所以大马拉小车的情况是普遍存在的,由此节电效率更加低下。因此该方法只是负载调节方便了,而节电的效果不很理想。
有的电机厂家,为了解决60Hz出口电机的测试问题,配备了两套发电机组,不仅造价高,占地大、噪音大,而且其复杂程度可想而知。
变频发电机组回馈法的缺点:
(1)造价高,占地大,噪音大;
(2)只配备一套机组时,不能做60Hz电机的试验;
优点:
(1)比较节能
(2)电机对轴方便
我们通过对传统的电机试验室方案的分析,可以看出存在的问题还是比较突出的,主要集中在能耗高、造价高、使用不方便等问题上。 5
二.采用最新电子技术的电机试验室方案
(一)GC4000电子内回馈变频电源简介
随着微机技术及电力电子技术的进步,研制新一代的电子式电机试验电源成为可能。
天津市升阳电子科技有限公司(原天津正大电子公司),在国内率先推出了电子内回馈变频电源。该电源集被试电机正弦波电源(失真度<2%〉和陪试电机电源于一身。该技术开创了电机试验电源领域的新纪元,是电机试验电源的一次革命。该电源最大的特点是电功率回馈的方式是在电源内部进行的,并不回馈电网,也不采用负载消耗,因此可以节能(回收轴功率)70%以上。该电源的基本工作原理是:把市电整流为直流电,再经过逆变单元,变为正弦波,经过滤波,变压器隔离产生纯正的正弦波(失真度<2%),频率范围47~63HZ。回馈部分为一个智能控制双向逆变同步整流单元,当陪试电机工作在第四象限时(发电状态),经DSP采用特殊算法控制该单元把交流电整流为直流电,回馈到直流母线(因为是直流回馈,对电网无污染)。使用时只需要两台相同型号的异步电机对拖即可。GC4000电子内回馈变频电源的原理框图见图4。
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该电源的优点:
1.节能70%以上;
2.占地小,无噪音;
3.频率可调,不仅可以做50Hz电机的负载试验,也可以做60Hz电机的负载试验;
4.使用方便,负载可以锁定,没有漂移;
5.可以为单相电机供电。做单相电机的型式试验。
6.安装调试简单。
下面以100KVA电子内回馈变频电源为例,介绍一下该电源的滤波
滤波 7
主要技术指标。
1.被试电机电源部分
(1)输出电压:50~460V连续可调
(2)输出频率:47.5~62.5Hz 连续可调
(3)输出功率: 100KVA
(4)输出额定电流:125 A
(5)短时过载电流:137A
(6)正弦波电压失真度〈0.2%
(7)电压调整率:空载时〈0.1%
满载时〈5%
(8)负载调整率〈0.5%
(9)输入电压:380V±5%
(10)设置成单相输出时,
①输出电压:30~230V连续可调
②输出频率:47.5~62.5Hz 连续可调
③输出功率:43KVA
④输出额定电流:187 A
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⑤短时过载电流:215A
其他技术指标同上。
2.陪试电机电源部分
(1)输出电压:50~380V
(2)输出频率:-20Hz~62.5Hz,连续可调
(3)输出功率: 100KVA
做单相电机试验时,也采用三相电机作陪试电机。
(二)采用GC4000电子内回馈变频电源的试验室方案。
1.工作原理(原理图见图5)
380V进线 电源 控制柜 GC4000 电子内回馈变频电源 测量 控制柜 GC2464微处理器多功能数字功率计打印机 GC9100 电机参数测试仪GC9300转矩仪计算机 控制台 被试电机 陪试电机转矩传感器调压器 图5:最新电子技术的电机试验室方案
380V的工频供电电源,经过电源控制柜分出两路电源:第1路
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输出,接入调压器的上口,经调压后进入测量控制柜。第2路输出,接入GC4000电子内回馈变频电源的上口,作为变频电源的供电电源。
GC4000电子内回馈变频电源,输出2路电机试验电源。第1路,被试电机的正弦波电源,接入测量控制柜。第2路,PWM变频电源,直接接入陪试电机。
测量控制柜的功能是切换电流互感器的变比,为测量仪表提供测试信号。
调压器是为了做(50Hz)电机堵转试验时,尽量接近额定电压而设置的。如果不用调压器,则需要增大GC4000电子内回馈变频电源的容量,这样造价会高许多。
控制台计算机,控制GC2464微处理器多功能数字功率计测量交流电压、电流、功率、频率、cosψ;控制GC9100电机参数测试仪测量电阻、六路温度、转速、和堵转转矩。控制GC9300微处理器转速转矩仪测量动态转矩和转速,以及完成T-N曲线的测量;计算机进行数据处理,打印试验曲线及试验报告。
2.试验项目
按该方案组成的电机试验室可以完成50Hz及60Hz电机的型式试验,也可以做单相电机的型式试验。可完成的试验项目如下:
(1)温升试验
(2)负载试验 10
(3)空载试验
(4)堵转试验
(5)T-N曲线试验
3.采用不同试验方法时,陪试电机的选择
(1)采用损耗分析法
同型号电机对拖、加载。
当采用损耗分析法时,选用2台同型号的电机(中心高相等,对轴比较容易)对轴。一台做被试电机,一台做陪试电机。当然采用不同规格的电机也是可以的(注意电机的级数必须相同)。中心高不同对轴不方便。
(2)采用输入输出法
陪试电机采用与被试电机同级数的电机(也可以是同型号同功率的电机)。电机的功率要≥被试电机,由于有传感器的存在,对轴比较麻烦。
(3)T-N曲线的测试
GC4000系列电子内回馈变频电源,做T-N曲线非常方便,一个电位器就可以调节整个的T-N曲线的过程。采用2台同型号的电机对拖。
通过对以上陪试电机的选择不难看出,该系统的操作比较简单,
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电机的生产厂家提供两台同型号的电机是比较容易的。
三.几种方案的性能比较
GC4000电源
直流电机
能耗制动
变频机组
能源消耗
节能
耗能
耗能
节能较少
负载对轴
方便
不方便
不方便
方便
60Hz电机试验
可以
不可以
不可以
不可以
设备造价
适中
较低


占地面积

较大
适中

噪音

较大
较小





四.试验站选型方案例
设计要求:
被试电机:三相:200W~75KW
单相:100W~10KW
电机频率:50Hz、60Hz
试验项目:空载试验、负载试验、温升试验、堵转试验、T-N曲线测试(10KW以下)
以下的方案在设计时,由于测试仪表、测量控制柜、计算机控制台等都是相同的,所以略掉了以上部分。方案中只是设计了被试电机的电源及加载设备。
(一)能耗制动方案的设备及价格 12
方案1:只做50Hz电机的型式试验
1.被试电机电源采用市电供电,1000KVA调压器1台,16万元;
2.陪试电机采用电涡流制动器,需要3台
15 KW~75 KW 1台 价格:2.2万元
1.5KW~15 KW 1台 价格:0.35万元
200 W~1.5 KW 1台 价格:0.15万元
电涡流制动器控制单元 1台 价格:0.2万元
总计:19万元
方案2:可以做60Hz电机的型式试验的设备价格
1.为给被试电机供电,需增加100KW发电机组1套,30万元
2.制动器与方案1相同。
总价:49万元
方案2的优点在于做50Hz电机试验时,可以用发电机组作为负载机使用,把能量回馈电网。
(二)直流电机负载法的设备及价格
方案1:只做50Hz电机的型式试验
1.被试电机采用调压器,100KVA,价格16万元
2.陪试电机采用直流电机,需要3台 13
90KW 直流机,1台,价格3万元
20KW 直流机,1台,价格1.4万元
2.2KW直流机,1台,价格0.7万元
3.直流电机整流柜,价格2万元
4.电阻箱,价格0.5万元
总计:23.6万元
方案2:可以做60Hz电机的型式试验的设备及价格
1.为给被试电机供电,需增加100KW发电机组1套,30万元
2.其他设备与方案1相同。
总价:53.6万元
(三)变频机组回馈法的设备及价格
方案1:只做50Hz电机型式试验
1.被试电机采用调压器,100KVA,价格16万元
2.发电机组,100KW,1套,价格30万元
总计:46万元
方案2:可以做60Hz电机的型式试验的设备及价格
1.另加发电机组1套,价格30万元。 14
2.其他设备与方案1相同。
总计:76万元
(四)采用GC4000电子内回馈变频电源的设备及价格(可做50Haz和60Hz电机的型式试验)
1.GC4000电子内回馈变频电源1台,价格21.36万元
2.100KVA调压器1台,价格16万元
总计:37.36万元
(五)以上四种方法的价格对比列表如下 15
只做50Hz电机的型式试验
可以做50Hz和60Hz电机的型式试验
能耗制动法
19万元
49万元
直流电机负载法
23.6万元
53.6万元
变频机组回馈法
46万元
76万元
GC4000电子内回馈变频电源法
37.36万元
37.36万元
测试系统的价格,根据配置的不同,一般在8~15万元之间。通过以上的对比,我们可以发现,采用GC4000电子内回馈变频电源的电机试验室方案,是比较好的方案。该方案不仅节能,符合国家的产业政策,而且价格适中,技术先进,是电机试验电源的一次技术上的飞跃。该电源已经在国内十几个厂家投入使用,取得了非常好的效果。