汇川技术HD92四象限高压变频器在变频器测试平台的应用

      本文着重介绍汇川技术HD92高压变频器在某设备厂家中高压变频器测试平台系统上的应用，采用汇川HD92四象限高压变频器驱动交流异步电动机作为模拟负载，测试台可实现由0~50Hz下进行模拟加载来完成对被测试变频器的性能测试，可满足1.6MW以下、电压为3.3、6、10kV的变频器测试需求。

一、项目概况：

      此测试平台系统是针对中高电压等级的变频器进行智能化带载性能测试的试验场所。其所能测试的变频器电压等级为3.3kV、6kV与10kV，功率设计不低于2MVA。由调压器、变压器、高压变频器、高压开关柜、数据采集与PLC控制部分、一体式负载电机、加载电机、上位机与操作台等设备组成。测试平台能够满足变频器的负载试验、效率试验、温升试验、长期考核及老化试验、断相试验、短路试验、主电路漏电闭锁试验以及接地故障保护试验。

负载电机铭牌信息如下：

驱动电机铭牌信息如下：

      根据客户实际需求分析，汇川公司提供的相对应的变频器型号为：HD92-J100/2250-RN，完全能够满足客户对于测试平台的技术要求。

二、系统方案介绍

     测试平台系统采用10kV高压电网供电，如图（1）所示，10kV高压电源分为两路，一路直接给四象限变频器供电，另一路直接接到调压变压器，变压器可输出3.3、6、10kV三个等级电压，给被测试变频器供电。被测试变频器输出经过开关柜接到电机M1（电机M1为3.3、6、10kV三电压等级电机），拖动电机M1与加载电机M2之间经过联轴器联接。

图（1）：测试平台方案示意图

图（2）：对拖试验机组

      当被测变频器拖动M1电动机旋转时，M2电动机的转子也同时旋转，此时启动汇川HD92四象限变频器时，则会在M2电动机定子侧的三相绕组中通入励磁电流，产生磁场。M2电动机转子导体切割磁场产生感应电流，M2电动机处于发电状态，发电产生的电能通过HD92四象限变频器直接回馈到10kV电网。

图（3）：测试平台系统方案设计图

图（4）：测试平台操作台

测试平台常用的测试项目主要有以下几点：

1、变频器负载试验

负载试验的目的在于检验变频器能否在额定条件下可靠的工作。在测试平台上可以进行的负载特性试验有：

（1）与电机速度成正比例的负载特性试验;

　　（2）与电机速度平方成比例的负载特性试验;

　　（3）阶梯仿真负载特性试验，

　　（4）用户自定义负载特性试验。

2、变频器实载长期考核及老化试验

　　根据不同现场工况要求，设计好负载特性以后，让被试变频器按用户规定时间长期运行，以考核被试变频器的长期可靠性。

3、变频器温升与功率器件温升试验

　　在实载状态下，测量被试变频器功率器件的温度变化情况，为用户提供变频器设计研发的必要技术数据。

4、变频器用变压器温升试验

在实载状态下，测量被试变频器变压器的温度变化情况，为用户提供变频器变压器设计的必要技术数据。

5、变频器断相试验

远程自动操作或手动操作，实现被试变频器输入、输出任意一相断线（上电、起动与实载状态下），测试被试变频器的保护功能。

6、变频器短路试验

远程自动操作或手动操作，实现被试变频器输出侧任意两相或三相短路时，测试被试变频器起动过程中的保护功能。

7、主电路漏电闭锁试验

远程自动操作或手动操作漏电测试电路，测试被试变频器主电路对地绝缘电阻值降低到动作值以下时，能够实现主电路漏电闭锁，当绝缘电阻值大于动作值的1.5倍时，应解除主电路闭锁。

8、接地故障保护试验

远程自动操作或手动操作被试变频器接地线路，测试被试变频器接地线出现故障时的保护功能。

三、高压变频器技术方案

   本方案中，用于能量回馈的四象限变频器选用汇川技术HD92四象限高压变频器，HD92

四象限高压变频器采用独有三电平功率单元混联型结构，属于电压源型、高-高式高压变频器，由变压器柜、功率单元柜和控制柜三部分组成。变频器直接6/10kV输入，直接6/10kV输出，不需要任何形式的升压设备，可直接驱动普通高压电机，无需降容使用。下图为10kV四象限的整机拓扑原理图：

图（5）：10kV整机拓扑原理图

图（6）：高压变频器现场图片

      整机由三电平功率单元混联组成，每相只有5个功率单元组成，每个功率单元三相1000V的输入。功率单元内部分为有源前端、直流滤波和逆变两部分。有源前端和逆变部分均采用三电平二极管嵌位式结构，功率单元拓扑结构如下图：

图（7）：功率单元拓扑结构

 四、汇川HD92四象限高压变频器技术优势

1、矢量控制：汇川HD92四象限高压变频器采用业界领先的磁链闭环矢量控制技术，转矩电流和励磁电流解耦控制，能够满足的电机运行中突加载测试需求。传统的V/F控制方式通过调节输出电压来控制电机，不直接控制电机转矩，对于电机运行中突加载的测试需求，往往反应不够及时甚至完全不能满足，达不到测试效果。

2、转矩控制：汇川HD92具有转速控制和转矩控制两种控制模式，可根据实际应用选择其中一种。在测试平台作回馈用时，可采用转矩控制模式，通过指令稳定输出指定转矩，转矩精度�2%，为客户提供一个稳定的负载。

3、低频力矩特性好：汇川HD92四象限高压变频器在0Hz既能够输出150%额定转矩，满足测试变频器重载启动测试。

4、合闸冲击电流小：采用业内最佳的预充电路设计，合闸瞬间冲击电流不超过两倍的额定电流，确保在电网容量较小的场合，也能够顺利合闸；

5、回馈电网谐波小：汇川HD92四象限高压变频器采用AFE全控整流方式，每个功率单元输入侧均配有独立的PFC回馈电抗器，确保回馈到电网的谐波不超过4%，完全满足GBT14549-93标准。

6、体积小：汇川HD92四象限高压变频器采用三电平功率单元设计，大大减少了功率单元个数，是的体积进一步缩小，相比于同类厂家，体积减少近四分之一，大大节约了客户空间投资成本；

五、结束语

        汇川技术的HD92四象限高压变频器，采用磁链闭环矢量控制、AFE回馈等国际领先技术，具有转速控制和转矩控制两种模式，为试验平台供了更优的选择。现场应用实践证明，HD92四象限高压变频器完全满足试验平台对于变频器测试的的应用要求！

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