中、高压变频器产量越来越多，但试验手段大多比较落后，一般采用带电机空转的方法。本文介绍了一个高压变频器试验平台，通过该平台可以对电压等级在3KV~10KV、功率在5000KW以下的变频器进行实载试验。

    随着技术的不断进步以及领域内技术人员的不断努力，以前只能靠进口的中、高压变频器，现在在国内也已经越来越多地生产，生产厂家也已有了很多家。但各厂家的成品整机试验手段大多比较落后，一般多采用带电机空转的方法，已经满足不了对设备试验的要求，而国外的中高压变频器生产商，产品完成后一般都要进行实载测试。本文介绍了一个中、高压变频器试验平台，通过该平台可以对电压等级在3KV~10KV、 功率在5000KW以下的变频器进行智能化实载性能试验。

本系统由以下主要部分组成：

l 电力变压器

    为入户变压器，由两台2500KVA电力变压器组成，初期一台投入运行，当容量高于此值时，将投入第二台变压器，并联运行。

l 高压配电控制间

    高压控制间内配置了所有入户开关、母联开关、线路组合选择开关、断路器、接触器等高压操作柜。变频变压器的星/三角选择、电机的选择及星/三角转换连接等都在此控制间进行。测试工作时高压柜的主要操作由上位机发指令，由PLC控制。

l 变频变压器

    该变压器是专门针对被试和逆变变频器设计的原边星/三角切换，副边多绕组多抽头组合选择的多功能变压器，**大功率6250KVA，可以组合出6脉冲3KV、6KV、10KV，18脉冲3KV、6KV等电压等级，针对不同变频器给出不同电源动力进行实载测试。

l DEMO变频器和REGEN变频器

    在本试验站预先配置了2台Rockwell Automation的PowerFlex7000变频器，一台的功率是6KV1000KW，专门用于带动电机组中的1000KW M1电动机，主要用途是在没有被测试变频器时进行带载演示，称为DEMO变频器。另一台的功率为2000KW，称为REGEN变频器，用于DEMO变频器或被试变频器带载运转时的加载，它接到再生电机M3，当M1或M2电机运转时，令REGEN变频器处于制动状态，以电机速度线性比例或平方比例或用户定义的方式对主轴加载，并将电机产生的能量再生逆变，回馈到电网，从而达到节省能源的目的。

l 控制部分

    该套系统控制部分核心是Rockwell Automation的ControlLogix 系列PLC控制器，上位采用研华工业控制计算机，人机界面采用RockwellAutomation 的RS View SE组态软件。系统采用Client/Server架构，多台客户机可以在不同位置通过Ethernet访问服务器，并且控制各个受控部件进行变频器测试。

l 电机组

    目前已经安装的电机有3台，同轴运行。一台6KV 1000KW，用于接DEMO变频器或6KV电压等级1000KW以下功率的被试变频器。第二台10KV2000KW, 用于接10KV电压等级2000KW以下功率的被试变频器。第三台是负载电机，接REGEN变频器，用于对前两台电机的任意一台加载，当然必要时M3也可以当电动机用，跟它连接的REGEN变频器有此能力。 

l 主轴扭矩仪

    在电机M1与M2之间，M2与M3之间的主轴上分别安装了两台扭矩仪，量程分别10000Nm和40000Nm。扭矩仪在本地有数据处理显示单元并通过4～20mA电流环将扭矩值大小传往PLC进行采集，然后发往上位机显示。

l 电参数测量分析仪

    Powermonitor II电参数测量分析仪安装在每条高压母线或支路上，与上位机RS Power32软件结合，用于监测电力参数，并显示分析。

 

 

 

如图3-1所示，来自外部电网的6KV高压电，经过2台2500KVA电力变压器入户进入高压配电控制间。高压6KV送往变频变压器一次侧，一次侧的接法有两种：星形接法和角形接法。两种接法分别对应不同的功率，不同的二次侧电压等级以及变频器的输出针对的不同的电机。

    当变压器一次侧接成角形接法时，**大功率为6250KVA，二次侧可输出电压等级及变频器输出所对应电机为：3KV@M1、6KV@M1、18脉冲6KV@M1、6KV@M2、10KV@M2、18脉冲6KV@M2。

    当变压器一次侧接成星形接法时，**大功率为3600KVA，二次侧可输出电压等级及变频器输出所对应电机为：3KV@M1、6KV@M1、18脉冲3KV@M1、6KV@M2。

    当输出到M1的电压等级为3KV时，对应M1电机的角形接法；当输出到M1的电压等级为6KV时，对应M1电机的星形接法。

    当输出到M2的电压等级为6KV时，对应M2电机的角形接法；当输出到M2的电压等级为10KV时，对应M2电机的星形接法。

    所有的高压开关动作都是由操作员在上位机通过点击鼠标发送指令，由PLC控制继电器然后驱动高压断路器或接触器完成。

    按照上面的对应关系将高压线路连接好以后，设置REGEN变频器工作在制动状态，选择转矩与速度正比或与速度平方正比（以上自动方式），或选择设定阶梯转矩（手动方式），设置**大功率不高于变频器输出功率，然后使能变频器。

    操作启动被试变频器或DEMO变频器，随着电动机M1或M2转速上升，转矩负载会加到电机主轴上。电机M1与M2之间，M2与M3之间的主轴上的两台扭矩仪通过4～20mA电流环将扭矩值大小传往PLC进行采集，然后发往上位机显示。之后就可以根据用户具体要求，进行相应的操作。

    在变频器实载运行时，安装在高压柜上的四台PowermonitorII型电能量测试分析仪分别对高压母线、变频器动力线路及电机线路的能量消耗进行测量显示。这些仪表通过Ethernet与上位机相连，上位机通过一个RS Power32软件对电力电能数据进行波形显示及数据分析。同时这些数据通过驱动程序传到RSViewSE在人机操作界面上可以同步显示电力电能数据。

    在本系统中，应用了Ethernet作为主要控制网络介质，服务器与客户机、PLC、电能分析仪等设备都是通过Ethernet互联，PLC与DEMO变频器、REGEN变频器、被测变频器等都是通过ControlNet连接，PLC与电力综合保护装置通过DH+网络相连。互联协议主要用到了TCP/IP、MODBUS、PPP等等。通过通讯网络，各种模拟量、数字量参数实时传送到上位机，而操作员也通过上位机的人机界面发送到PLC被执行。

l ControlLogix PLC及网络

    本系统PLC控制器选用了Rockwell Automation的**新一代产品ControlLogix系列产品，控制器选用了ControlLogix5550。其众多的优点，尤其是超强的网络通讯能力，为试验平台的搭建提供了有力的网络支撑。

l PowerFlex 7000 变频器

    之所以选用PowerFlex 7000 变频器作为电机驱动和负载生成单元，是由于其本身特点适合。PowerFlex 7000 变频器具有以下几大特点：

    PowerFlexTM 7000具有的高可靠性和四象限工作的能力，使其作为了本试验平台的**变频器。使用它可以将实载试验产生的机械能又通过电机再生，然后由变频器逆变回馈到电网，这极大地降低了试验的能源消耗，节约了试验成本。

本系统可以实现以下试验项目：

l 变频器负载特性试验

变频器的负载特性是变频器的**重要的特性之一，一套变频器转矩特性的好坏，将直接影响用户工况性能的优劣。在本试验平台上可以进行轻载、负载、过载及以下负载特性试验：

（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）阶梯变化负载特性试验；

（4）用户自定义负载特性试验；

l 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。

l 变频器功率器件温升试验

    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。

l  变频器变压器温升试验

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

l  额定输出电压及电压不平衡度试验

l  频率精度试验

l  效率试验

l  谐波分析

4． 结语

    本套试验平台由哈尔滨九洲电气股份有限公司与全球自动化及中压变频器巨头Rockwell Automation共同建设，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。本平台已经针对九洲电气PowerSmart系列10KV1000KW、6KV1250KW、RockwellAutomation的PowerFlex 7000系列6KV1120KW、18脉冲6KV3600KW等中高压变频器进行了实载测试，取得了非常好的效果。作为一个产品出厂前或发往用户之前的测试手段，不用非得等到现场安装完毕后才能知道变频器的整机实载性能。尤其在变频器产品研发及性能测试方面的灵活性和便利性，是现场运行或电机空载试验所不能够达到的。