在交流電機的制造過程中對產品的試驗測試是必不可少的關鍵工藝環節變頻電源是交流電機試驗最為重要的試驗設備隨著產品的發展特別是各類變頻電機開發應用對試驗用變頻電源提出了新的要求本文對交流電機試驗用變頻電源做了綜述并著重介紹電力電子裝置電機試驗變頻電源

一變頻電源在電機試驗中的應用

交流電機產品試驗中提供符合規定的試驗電源和滿足試驗工藝要求的加載是兩個重要方面對試驗電源而言首先其電源品質必須滿足電機產品有關標準規定的指標包括正弦度與對稱度典型指標包括THDV不大于2.5%HVF小于1.5%負序分量小于正序分量的0.5%零序分量影響消除（即也小于正序分量的0.5%）頻率穩定性及頻率偏差滿足國家相關試驗電源標準中對電源品質的要求其次要求試驗電源能夠在較廣的范圍內分別對電壓和頻率進行調節即能定頻調壓又能定壓調頻此外還要求試驗電源能夠方便的啟動試品對試驗拖動電機進行調速運行對運行試品進行快速制動具備異步電機疊頻試驗及調節功率因數功能等等交流電機試驗的直接負載方式特別對中大型電機為考慮節約電力和加載調節方便一般采用成對電機的對軸聯接運行實現被試機做為電動機運行對軸聯接的陪試機做發電機運行使能量在電源設備處或電網供電處回饋循環即使被試電機加上負載此時陪試電機端依靠變頻電源提供差頻電源或可進行轉矩控制而實現陪試電機的發電機方式運行異步電機的疊頻試驗要求電源具備兩差頻電源或調制相應波形電源并能較好的吸收和饋出拍頻能量大型交流同步電機可以采用零功率因數法進行試驗要求試驗電源可與其進行無功吸收而滿足試驗要求因此變頻試驗電源應能超前或滯后運行且具備一定容量

變頻電源在電機試驗中擔負多重角色特別對電機產品型式試驗而言是不可替代的工藝設備

二傳統的機組變頻電源

傳統的變頻電源由D-F電機組組成最初的變頻電源一般由直流電機+同步電機組成借助于直流電機調速而改變機組轉速實現機組同步電機（做發電機）的頻率可調直流電機的供電電源同樣需要由D-F直流發電機組提供同時調節同步發電機勵磁可實現機組電壓調節也就是說傳統的變頻電源需要兩套 D-F電機組組合方能提供即四電機組變頻電源為滿足電機對拖負載試驗要求還需提供一路標準試驗電源在四電機組變頻電源基礎上將一套機組改為同步+同步+直流電機組而形成的五電機組即可提供一路調頻調壓試驗電源還可提供一路頻率固定電壓可調的試驗電源同時也解決了疊頻試驗電源

D-F電機組與電力電子調速傳動裝置組合派生出另一類機組變頻電源此類電源按轉動種類分為直流傳動變頻電源和交流傳動變頻電源直流傳動變頻電源由一套可控硅直流調速裝置一套直流+同步D-F機組及各電機配套勵磁裝置組成調節直流機轉速即可調節機組同步發電機輸出電源頻率調節同步發電機勵磁可調節器輸出電源電壓交流傳動變頻電源則將上述傳動裝置改為交流變頻器將機組改為交流+同步D-F機組此類電源可由一套傳動裝置及兩套機組組合使用亦可由調速裝置分別傳動兩套機組形成兩套變頻電源基本滿足50/60Hz等電機的型式試驗

機組變頻電源在多年的電機產品生產中發揮了巨大的做用目前此類機組在相當多的電機工廠仍在使用國內使用最大機組變頻電源容量達20MW機組電源具有傳統設備的特點其輸出波形質量好發電機不需過多處理普遍可以達到標準正弦波輸出D-F機組屬機械設備其過載能力強十分耐沖擊控制技術成熟對有制造和維護能力的電機生產企業而言造價低廉無需變壓器直接可做一定電壓等級的恒功率轉換輸出滿足疊頻及零功率因數等特殊試驗功能

三電力電子變頻電源

近年來伴隨著電力電子技術的迅速發展采用電力電子變頻器為主件的新型電機試驗用變頻電源研發成功開始應用交流電機的新品不斷涌現包括各類變頻電機永磁電機汽車電機高速電機牽引電機等等以及其他特殊電機傳統的機組變頻電源已不能滿足試驗需尋求新的替代裝備也大大促進了電力電子變頻電源的推廣與應用電力電子變頻電源主要由變頻器（逆變器）經必要濾波電路輸出形成正弦波電源另配置必要外部設備（如鎮定電容器輸出變壓器電抗器等）結合專用算法軟件支持形成無旋轉器件的電機試驗用變頻電源根據使用要求有時需定制專用系統裝置

目前電力電子變頻電源按核心變頻器劃分主流方案分為以下幾種兩電平低壓變頻器的高-低-高配置方式主流應用一般單電源不大于6MVA大功率裝置應以更高電壓等級的器件為主三電平中壓變頻器的高-高或高-低配置方式目前應用最大單電源達數十兆瓦電壓等級以交流中壓為主單元級連的中高壓變頻器的高-高或高-低配置方式目前最大單電源達10MVA左右電壓等級3/6/10kV均可使用這幾類系統各有特點應根據被試產品需求場地及環境條件供電供水設施情況以及投資多少設備檔次等多方面綜合考慮

大量工程實例證明合理的設置電力電子變頻電源各組件參數并配合強有力軟件其完全可以滿足一條所述對普通電機試驗的需要與機組型變頻電源比較電力電子變頻電源具有其鮮明特點首先無旋轉設備和器件運行噪聲小效率高相對節能其也不需旋轉機組所需的專用基礎故土建公用設施簡單節約投資和使用面積其次調節范圍寬產品適用廣特別對運行頻率特高或特低以及其他特殊運行頻率的電機均能滿足試驗再次變頻器具有極其優良的控制性能包括矢量控制直接轉矩控制等等矢量控制選用高性能的DSP和高精度的光電編碼器調速范圍可以達到11000動態性能也很好直接轉矩控制采用雙位砰-砰控制器可以獲得更快的動態轉矩響應按定子磁鏈控制避免了轉子參數變化的影響 這些特性使得在電機試驗中的傳統復雜試驗項目變得極其簡單易行如異步電機M-n曲線自動測試被試電機穩定加載及細調等較高的自動化程度使得操作十分簡單一般試驗人員只需簡單培訓即可操作使用對異步電機的疊頻試驗同步電機的低功率因數法試驗等不需做線路變動或轉換只要在控制計算中機中調入程序設置必要參數即可進行試驗

四 結語

傳統的機組變頻電源和現代電力電子變頻電源各有優缺點在現實的電機工廠中兩種裝置也可能還將長期共存不僅國內是這樣國外也是如此但電力電子變頻電源發展迅速目前已經在絕大多數國內電機工廠的新建項目中使用電力電子變頻電源將逐步成為電機試驗的主流裝備隨著科學技術的發展新型電力電子器件的涌現以及控制方式的更加精細及多樣化通過必要的完善成熟過程電力電子變頻電源終將取代傳統的機組變頻電源