CN102288913B - 一种双馈电机测试系统及其测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双馈电机测试系统及其测试方法，所述的系统包括发电机单元、电动机单元和系统启动单元，所述的发电机单元包括电机A和双馈变频器A，所述的电动机单元包括电机B和双馈变频器B，所述系统启动单元包括定子短接接触器A和定子短接接触器B；所述的电机A和电机B均为同规格型号的双馈电机、通过联轴器刚性连接。所述的方法包括定子短接转子变频运行模式和双馈运行模式。本发明将陪试电机的定子短接，转子通过双馈变频器控制，实现对拖系统的自启动。解决了由于双馈电机转子输出电压的限制、使双馈运行时调速范围窄导致无法启动的问题。本发明通过改变双馈电机控制方法实现系统的启动和低速运行，大大节约了测试成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种电功率封闭式转矩测试系统，尤其是一种双馈电机测试系统及其测试方法。
背景技术
电机是风电机组中最重要的设备之一，它不仅决定了整个机组的发电电能质量，而且也影响风机的使用寿命。因此在风机总装前，必须要针对电机各项性能进行测试，其中包括负载测试、温升测试、变速恒频测试等。为了满足双馈电机的性能测试，就需要设计出一套可以模拟风能并针对双馈电机在不同转速下，对其施加不同转矩的测试平台。
目前的测试方案是采用全功率变频调速系统进行测试，如图1所示，被试电机为双馈电机，通过双馈变频器控制被试电机的转子电流，使其工作在双馈发电工况下；陪试电机为异步鼠笼电机，通过全功率变频器驱动，使其工作在电动模式下。被试电机和陪试电机对轴连接，这种方案虽然结构简单、转速调节范围宽，但是存在如下问题：陪试电机需要全功率变频器驱动，设备成本高；由于陪试电机为异步鼠笼电机，规格型号与被试电机不同，在不换工装的前提下，每次只能测试一台双馈电机，测试工装复杂，影响测试效率。
所谓双馈电机的拖动控制，是将双馈电机定子并网，即同电网相连，通过调节电机转子励磁实现电机定子和转子同时与电网交换电能，其耗电或馈电由转速决定：大于同步转速时定子转子同时馈电；小于同步转速时定子馈电转子耗电。双馈电机的并网运行速度不能很低，这是因为当双馈电机在转速很低时滑差大，导致双馈电机转子电压很高，现有双馈变频器很难实现。
中国专利ZL200610021181.1公开了另外一种用于风力发电机组齿轮箱测试台的方法，该方法为了解决双馈电机低转速下运行的问题，除被试电机和陪试电机外，额外配置了一台启动电机来实现双馈电机对拖控制。这就使得整个系统配置繁冗，设备成本增加。
因此研制一种造价低、使用方便、配置简洁的双馈电机测试系统是十分必 要的。
发明内容
为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种造价低、使用方便、配置简洁的双馈电机测试系统及其测试方法。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种双馈电机测试系统，包括发电机单元、电动机单元和系统启动单元，所述的发电机单元包括电机A和双馈变频器A，所述的电动机单元包括电机B和双馈变频器B，所述系统启动单元包括定子短接接触器A和定子短接接触器B；所述的电机A和电机B均为同规格型号的双馈电机、通过联轴器刚性连接；所述的电机A依次与双馈变频器A、双馈变频器前端接触器A和双馈电机并网接触器A串联构成环路，所述的定子短接接触器A连接在电机A与双馈电机并网接触器A之间的电缆上；所述的电机B依次与双馈变频器B、双馈变频器前端接触器B和双馈电机并网接触器B串联构成环路，所述的定子短接接触器B连接在电机B与双馈电机并网接触器B之间的电缆上；调压器分别与发电机单元和电动机单元连接。
本发明所述的电动机单元和发电机单元组成对称的电功率封闭系统。
一种双馈电机测试系统的测试方法，包括以下步骤：
A、定子短接转子变频运行模式：将定子短接接触器B接通，使电机B的定子被短路，双馈变频器B作为一台全功率变频器与电机B的转子绕组相连，直接驱动电机B做异步运行，实现电机B从静止到同步转速范围内的无级调速；启动过程中，双馈变频器B采用恒压频比控制，保证起动转矩并限制冲击电流，实现对拖系统的平滑启动；
B、双馈运行模式：当对拖系统到达并网速度后，将定子短接接触器B断开，双馈变频器A控制电机A的转子电流，双馈变频器B控制电机B的转子电流，使电机A和电机B的定子发出与电网同频、同压、同相位的电能，满足并网要求后，令双馈电机并网接触器A和双馈电机并网接触器B依次接通，使电机A和电机B工作在双馈运行模式下。
本发明所述的并网速度一般为同步转速的70％～90％。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明将陪试电机的定子短接，转子通过双馈变频器控制，实现对拖系统的自启动。解决了由于双馈电机转子输出电压的限制、使双馈运行时调速范 围窄导致无法启动的问题。
2、本发明通过调节双馈变频器A和双馈变频器B分别输出给电机A和电机B转子的励磁电流，实现系统的速度和功率调节，完成电机负载测试。虽然电机在双馈运行过程中调速范围小，但是可以实现对风能的模拟，满足双馈电机负载测试的需求。
3、与背景技术中提到的用于风力发电机组齿轮箱测试台的方法相比，本发明无需额外启动电机，仅采用一台被试电机和一台陪试电机，通过改变双馈电机控制方法实现系统的启动和低速运行，大大节约了测试成本。
4、由于本发明的陪试电机采用双馈变频器拖动，不需要采用全功率变频器，节约了成本。
5、本发明的被试侧和陪试侧均采用双馈电机，在不换工装的情况下可以实现被试电机和陪试电机的互换，提高测试效率。
6、本发明不使用额外的拖动电机即可实现双馈对拖系统的启动和低速运行。
附图说明
本发明共有附图3张，其中：
图1是全功率变频系统的单线原理图。
图2是本发明所采用的单线原理图。
图3是本发明实施例中的电气配置简图。
图中：1、电机A，2、电机B，3、双馈变频器A，4、双馈变频器B，5、双馈变频器前端接触器A，6、双馈电机并网接触器A，7、定子短接接触器A，8、双馈变频器前端接触器B，9、双馈电机并网接触器B，10、定子短接接触器B。
具体实施方式
下面结合附图和一个实施例对本发明作进一步说明。如图2所示，一种双馈电机测试系统，包括发电机单元、电动机单元和系统启动单元，所述的发电机单元包括电机A1和双馈变频器A3，所述的电动机单元包括电机B2和双馈变频器B4，所述系统启动单元包括定子短接接触器A7和定子短接接触器B10；所述的电机A1和电机B2均为同规格型号的双馈电机、通过联轴器刚性连接；所述的电机A1依次与双馈变频器A3、双馈变频器前端接触器A5和双馈 电机并网接触器A6串联构成环路，所述的定子短接接触器A7连接在电机A1与双馈电机并网接触器A6之间的电缆上；所述的电机B2依次与双馈变频器B4、双馈变频器前端接触器B8和双馈电机并网接触器B9串联构成环路，所述的定子短接接触器B10连接在电机B2与双馈电机并网接触器B9之间的电缆上；调压器分别与发电机单元和电动机单元连接。所述的电动机单元和发电机单元组成对称的电功率封闭系统。
一种双馈电机测试系统的测试方法，包括以下步骤：
A、定子短接转子变频运行模式：将定子短接接触器B10接通，使电机B2的定子被短路，双馈变频器B4作为一台全功率变频器与电机B2的转子绕组相连，直接驱动电机B2做异步运行，实现电机B2从静止到同步转速范围内的无级调速；启动过程中，双馈变频器B4采用恒压频比控制，保证起动转矩并限制冲击电流，实现对拖系统的平滑启动；
B、双馈运行模式：当对拖系统到达并网速度后，将定子短接接触器B10断开，双馈变频器A3控制电机A1的转子电流，双馈变频器B4控制电机B2的转子电流，使电机A1和电机B2的定子发出与电网同频、同压、同相位的电能，满足并网要求后，令双馈电机并网接触器A6和双馈电机并网接触器B9依次接通，使电机A1和电机B2工作在双馈运行模式下。
本发明所述的并网速度一般为同步转速的70％～90％。
如图3所示，电机A1作为被试电机作发电运行，电机B2作为陪试电机作电动运行。电机A1和电机B2容量为1520KW，定子额定电压为690V，定子额定电流为1060A，定子额定频率为50Hz，转子开路电压为2100V，转子工作频率为0～20Hz，电机同步转速为1500RPM，额定转速为1800RPM。
在进行电机测试前，需要通过联轴器将电机A1和电机B2的电机输出轴对轴连接。进行测试时，首先将QF接通，通过调压器将系统工作电压稳定在690V，将双馈变频器前端接触器A5、双馈变频器前端接触器B8和定子短接接触器B10接通。此时陪试的电机B2定子绕组被短接，双馈变频器双馈变频器B4调节电机B2转子的输入电流，直接驱动电机B2做异步变频运行采用恒压频比控制。当转速到达1300RPM并网速度时，将定子短接接触器B10断开，双馈变频器B4由转子变频模式切换至双馈运行模式。双馈变频器B4向电机B2转子绕组通入励磁电流，并检测电机B2定子绕组的发电电能数据电压、频率、相位等。当 电机B2定子绕组发电电能数据与电网数据匹配并满足并网条件时，接通并网开关定子短接接触器A7，此时电机B2运行在并网状态下。
电机B2稳定运行后，双馈变频器A3向电机A1转子绕组通入励磁电流，并检测电机A1定子绕组的发电电能数据。满足并网条件后，接通并网开关双馈变频器前端接触器B8，令电机A1运行在并网状态下。此时电机A1和电机B2同时工作在双馈运行模式下，通过调节双馈变频器A3和双馈变频器B4的输出电流，可以调整系统的运行转速以及电机A1的发电功率，并可以根据测试需要，调整系统运行的功率因数，满足双馈电机测试要求。
电气系统需要检测电机A1和电机B2的转速、电机A1和电机B2的输出功率、电机A1和电机B2定子转子电流电压等电气参数，并通过主控制单元中的转矩转速控制模型参与运算，使得整个系统运行稳定，可以达到较好的性能指标。
Claims (2)
1.一种双馈电机测试系统的测试方法，所述的双馈电机测试系统包括发电机单元、电动机单元和系统启动单元，所述的发电机单元包括电机A（1）和双馈变频器A（3），所述的电动机单元包括电机B（2）和双馈变频器B（4），所述系统启动单元包括定子短接接触器A（7）和定子短接接触器B（10）；所述的电机A（1）和电机B（2）均为同规格型号的双馈电机、通过联轴器刚性连接；所述的电机A（1）依次与双馈变频器A（3）、双馈变频器前端接触器A（5）和双馈电机并网接触器A（6）串联构成环路，所述的定子短接接触器A（7）连接在电机A（1）与双馈电机并网接触器A（6）之间的电缆上；所述的电机B（2）依次与双馈变频器B（4）、双馈变频器前端接触器B（8）和双馈电机并网接触器B（9）串联构成环路，所述的定子短接接触器B（10）连接在电机B（2）与双馈电机并网接触器B（9）之间的电缆上；调压器分别与发电机单元和电动机单元连接；所述的电动机单元和发电机单元组成对称的电功率封闭系统；其特征在于：所述的测试方法包括以下步骤：
A、定子短接转子变频运行模式：将定子短接接触器B（10）接通，使电机B（2）的定子被短路，双馈变频器B（4）作为一台全功率变频器与电机B（2）的转子绕组相连，直接驱动电机B（2）做异步运行，实现电机B（2）从静止到同步转速范围内的无级调速；启动过程中，双馈变频器B（4）采用恒压频比控制，保证起动转矩并限制冲击电流，实现双馈电机测试系统的平滑启动；
B、双馈运行模式：当双馈电机测试系统到达并网速度后，将定子短接接触器B（10）断开，双馈变频器A（3）控制电机A（1）的转子电流，双馈变频器B（4）控制电机B（2）的转子电流，使电机A（1）和电机B（2）的定子发出与电网同频、同压、同相位的电能，满足并网要求后，令双馈电机并网接触器A（6）和双馈电机并网接触器B（9）依次接通，使电机A（1）和电机B（2）工作在双馈运行模式下。
2.根据权利要求1所述的一种双馈电机测试系统的测试方法，其特征在于：所述的并网速度为同步转速的70%～90%。
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