CN104377967A - 一种带变压器和滤波器的电机试验供电方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种带变压器和滤波器的电机试验供电方法及装置，在电路上设置有电网接入开关、变频主路开关、变频支路开关、工频支路开关，通过控制开关的分开或闭合状态接入试验所需电路元件，以变频器为电源，通过滤波器和变压器输出能满足电机试验供电的方式。本发明能降低供电电源容量，从而降低试验对设备的要求，降低费用，避免电机启动时产生的大电流和震动和对设备的损害，延长设备的使用寿命。

Description

一种带变压器和滤波器的电机试验供电方法及装置

技术领域

本发明涉及进行电机试验的供电方法，具体涉及带变压器和滤波器的牵引电机试验供电方法。

背景技术

牵引电机进行检修试验时，需要进行堵转试验、空载试验、振动试验、噪声试验、转速传感器输出波形试验以及线圈加热、轴承温升试验等项目。传统的试验设备多采用试验机组，这类设备能够实现输出电压和频率可调，虽然可以满足牵引电机的试验需求，但由于室内安装的机组一般由电动机拖动发电机运行发电，受电动机起动特性限制，这类试验设备在起动阶段需要电网提供很大的电源容量，只有在度过这一阶段后用电负荷才会下降至被试牵引电机试验需求的正常水平。同时，这类设备体型庞大、价格昂贵、结构复杂，效率较低，使用维护费时费力。例如：某牵引电机检修基地受场地条件限制，供电电源容量仅为400kVA。若使用试验机组对牵引电机的进行试验，在起动阶段所需要的最小电源容量也要700kVA，如此程度的短时过载显然无法接受，所以使用电源容量为400kVA试验机组的方案无法实现。

如果采用变频器为电源直接对电机供电，并将电流、电压和频率从0开始逐渐增加的供电方式，虽然能以大幅度降低供电电源容量的要求。但在进行堵转试验时，由于堵转试验需要的是低电压和大电流，直接将变频器与电机相连接，通常会由于谐波电流畸变过大严重影响试验结果甚至导致电机发热过大损坏电机。而在时行空载试验时，由于空载试验需要的是高电压和小电流，直接将变频器与电机相连接，很难达到空载试验时需要的高电压，如果此时仅在变频器与电机中加个变压器，则又容易产生较多的谐波电流畸变。

为解决上述问题，本发明公布了一种使用低压变频器为电源、通过设置开关选择搭配正弦电流波滤波器和变压器的不同支路为牵引电机试验进行供电的一种方法，以及基于该供电方法的一种牵引电机试验供电装置。采用这种方法进行牵引电机试验，对供电电源容量需求仅为传统试验机组方式的1/7，该装置结构较为简单，使用和维护很方便。

通过国内检索发现以下专利与本发明有相似之处：

申请号为200880119691.X，名称为“变压器测试设备”的发明专利，此发明公开了一种具有静态变频器(2)的用于测试变压器的设备。静态变频器(2)具有多个连接到滤波装置(6)的输出端(21、22、23)。滤波装置(6)也具有多个连接到匹配变压器(8)的输出端(31、32、33)，匹配变压器(8)与用于测试的变压器(15)相连。滤波装置(6)是滤波变压器B(11)。

本发明与申请号为200880119691.X的发明专利主要的不同之处在于：本发明采用的是由电感组成的电流滤波器，其最主要的作用是滤去谐波电流畸变，防止堵转试验过程中出现大量的谐波电流畸变而严重影响试验结果甚至导致电机发热过大损坏电机。而申请号为200880119691.X的发明专利采用的是由电容（C1、C2、C3）连接成星形组成的电压波滤器，其主要作用是防止非对称干扰到达受测试的变压器（15）。

另一个相似的专利是：申请号为201110421282.9，名称为“一种高压电机试验供电方法及装置”的发明专利。此发明公开了一种高压电机试验供电方法及装置，在各电路元件支路上设置开关，通过控制各个开关的状态，在主供电线路上选择性地接入试验所需电路元件，构成试验所需够供电线路，对电机试验供电。此发明可根据试验需要灵活调整供电线路和电压等级，满足不同的试验需求。

申请号为201110421282.9的发明专利主要是在各电路元件支路上设置开关，通过控制各个开关的状态，在主供电线路上选择性地接入试验所需电路元件，构成试验所需够供电线路，对电机试验供电。使得能灵活调整供电线路和电压等级，满足不同的试验需求。而本发明主要是通过在变频器输出端连接电流滤波器和变压器，既起到大幅降低供电电源容量的同时也能为试验提供高电压且能过滤掉大量的谐波电流畸变。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：

1.如何降低供电电源容量，从而降低试验对设备的要求，降低费用；

2.如何降低电机启动时产生的大电流和震动对电路元件造成的损害；

3.怎样使得变频器输出电压能大幅度升高，满足空载试验需要；

4.怎样减少变频器输出端直接连接变压器所产生的大量的谐波电流畸变；

5.怎样实现根据试验需要灵活选择供电线路，满足牵引电机不同项目的试验需要。

针以上述问题，本发明提出的技术方案是：一种带变压器和滤波器的电机试验供电方法，在电路上设置有电网接入开关、变频主路开关、变频支路开关、工频支路开关，通过控制开关的分开或闭合状态接入试验所需电路元件，以变频器为电源，通过滤波器和变压器输出能满足电机试验供电的方式。

进一步地，闭合电网接入开关、变频主路开关、工频支路开关，分开变频支路开关，构成工频试验供电线路；变频器对电机的堵转试验和空载试验进行供电。

进一步地，闭合电网接入开关、变频主路开关、变频支路开关，分开工频支路开关，构成变频试验供电线路；变频器对电机的振动试验、噪声试验、超速试验、转速传感器输出波形试验以及线圈加热和轴承温升试验进行供电。

进一步地，变频器对电机的供电方式都是将电流、电压和频率从0开始逐渐增加的方式，且变频器的电压和频率能独立调整。

进一步地，变压器能够在200V档、1500V档与3000V档进行切换，变压器将滤波后的工频电压升高至1500V档或3000V档满足空载试验的电压要求；将滤波后的工频电压降低至200V档满足堵转试验时的电压要求。

进一步地，变频器对电机的振动试验、噪声试验、超速试验、转速传感器输出波形试验以及线圈加热和轴承温升试验时，采用的电压为380V。

进一步地，滤波器为电流滤波器，滤波器对变频器的输出电流进行滤波；使得当变频器的频率为50Hz时，其总谐波电流畸变率THDi≤3%；当变频器的频率大于等于40Hz且小于等于60Hz时，其总谐波电流畸变率THDi≤10%。

一种带变压器和滤波器的电机试验供电装置，在电路上设置有电网接入开关、变频主路开关、变频支路开关、工频支路开关，在变频器的输出端依次连接有滤波器、变压器和电机。

进一步地，闭合电网接入开关、变频主路开关、工频支路开关，分开变频支路开关，使得变频器、滤波器、变压器和电机依次连接，构成工频试验供电线路。

进一步地，闭合电网接入开关、变频主路开关、变频支路开关，分开工频支路开关，使得变频器与电机直接连接，构成变频试验供电线路。

本发明的优点是：

1.大幅降低了供电电源容量，电源容量需求仅为机组的1/7，从而降低试验对设备的要求，大幅降低了设备成本和试验时产生的费用；

2.使得变频器输出电压能大幅度升高，能满足空载试验需要；

3.能减少变频器输出端直接连接变压器所产生的大量的谐波电流畸变；

4.能实现根据试验需要灵活选择供电线路，满足牵引电机不同项目的试验需要；

5.整个装置与机组相比，体积大幅减小且无旋转和运动部件，占用场地小；

6.结构简单，使用和维护非常方便，无噪声污染和粉尘排放；

7.能避免电机启动时产生的大电流和震动和对设备的损害，延长设备的使用寿命。

附图说明

图1为本发明的电路结构示意图；

图2为本发明的电路原理示意图；

图中：1电网接入开关、11快速熔断器、12平波电抗器、2变频器、3变频主路开关、4滤波器、5变频支路开关、6变压器、7工频支路开关、8牵引电机。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明做一步的描述：

实施例一

如图1所示，在电网接入开关与变频器之间依次连接有快速熔断器和平波电抗器，快速熔断器在电路的电流过大时会立即断开电路起到保护变频器的作用。由于从电网接入的电源的电压总是有波纹的，连接上平波电抗器就是为了让从电网接入的电源更接近理想电源，减小电源对各种电机试验产生的不良影响。

如图1和图2所示，在对电机进行堵转试验和空载试验时，闭合电网接入开关、变频主路开关、工频支路开关，分开变频支路开关，使得变频器、滤波器、变压器和牵引电机依次连接，构成工频试验供电线路。由于变频器的软启动功能会使启动电流、电压和频率都从零开始，因此减轻了对电网的冲击和对供电电源容量的要求，采用这种方法进行牵引电机试验，对供电电源容量需求仅为传统试验机组方式的1/7。

在对电机进行堵转试验时，由于堵转试验需要的是低电压和大电流，但电网的电压是380V，直接用于堵转试验效果不理想，为了得到更大的试验电流，在供电电源容量一定的情况下需要将输出电压降低。本实施例采用的是在变频器和滤波器后依次连接变压器和牵引电机，所述变压器能够在200V档、1500V档与3000V档进行切换。进行堵转试验时，将变压器调至200V档，即能获得更大的试验电流。为避免谐波电流畸变过大严重影响试验结果甚至导致电机发热过大损坏电机，本实施例采用的是在变频器与牵引电机之间连接上如图1所示的由电感组成的电流滤波器，对谐波电流畸变进行抑制。

在对电机进行空载试验时，电路的连接与进行堵转试验时是相同的。由于空载试验需要的是高电压和小电流，但电网的电压是380V，不适合直接用于空载试验。因此根据不同型号的牵引电机将变压器调至1500V档或3000V档，此时变压器起升压作用，滤波器起防止谐波电流畸变的作用，变频器仍是采用软启动方式来降低对供电电源容量的要求。

由于滤波器具有在某个频率点滤波效果最好，其余频率点滤波效果会差些的特征。本实施例中采用的滤波器是在变频器的频率为50Hz时效果最好，其总谐波电流畸变率THDi≤3%。而当变频器的频率大于等于40Hz且小于等于60Hz时，其总谐波电流畸变率THDi≤10%。因此，本实施例中的牵引电机的堵转试验和空载试验主要是在50Hz的频率下进行的。

如图1和图2所示，对牵引电机进行振动试验、噪声试验、超速试验、转速传感器输出波形试验以及线圈加热和轴承温升试验时，闭合电网接入开关、变频主路开关、变频支路开关，分开工频支路开关，使得变频器与电机直接连接，构成变频试验供电线路。

由于牵引电机的振动试验、噪声试验、超速试验、转速传感器输出波形试验以及线圈加热和轴承温升试验对电压和电流没有特别的要求，所以进行这一系列试验时可以直接采用电网上的380V电压，因此可以不接变压器和滤波器。但由于电机的硬启动对电网的容量要求过高且会对电网造成严重的冲击，启动时产生的大电流和震动会对电路元件造成损害，对设备的使用寿命极为不利，所以还是需要采用变频器将电流、电压和频率都从零开始的软启动方式进行启动。

变频器设有频率控制、矢量控制、V/F分别控制三种方式，当使用V/F分别控制时，输出电压和频率能够各自独立的调节，以满足牵引电机不同的试验项目需求。

很显然，在不脱离本发明所述原理的前提下，作出的若干改进或修饰都应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种带变压器和滤波器的电机试验供电方法，在电路上设置有电网接入开关、变频主路开关、变频支路开关、工频支路开关，通过控制开关的分开或闭合状态接入试验所需电路元件，其特征在于，以变频器为电源，通过滤波器和变压器输出能满足电机试验供电的方式。

2.根据权利要求1所述的一种带变压器和滤波器的电机试验供电方法，其特征在于，闭合电网接入开关、变频主路开关、工频支路开关，分开变频支路开关，构成工频试验供电线路；变频器对电机的堵转试验和空载试验进行供电。

3.根据权利要求1所述的一种带变压器和滤波器的电机试验供电方法，其特征在于，闭合电网接入开关、变频主路开关、变频支路开关，分开工频支路开关，构成变频试验供电线路；变频器对电机的振动试验、噪声试验、超速试验、转速传感器输出波形试验以及线圈加热和轴承温升试验进行供电。

4.根据权利要求1至3中任意一条所述的一种带变压器和滤波器的电机试验供电方法，其特征在于，变频器对电机的供电方式都是将电流、电压和频率从0开始逐渐增加的方式，且变频器的电压和频率能独立调整。

5.根据权利要求2所述的一种带变压器和滤波器的电机试验供电方法，其特征在于，变压器能够在200V档、1500V档与3000V档进行切换，变压器将滤波后的工频电压升高至1500V档或3000V档满足空载试验的电压要求；将滤波后的工频电压降低至200V档满足堵转试验时的电压要求。

6.根据权利要求3所述的一种带变压器和滤波器的电机试验供电方法，其特征在于，变频器对电机的振动试验、噪声试验、超速试验、转速传感器输出波形试验以及线圈加热和轴承温升试验时，采用的电压为380V。

7.根据权利要求1所述的一种带变压器和滤波器的电机试验供电方法，其特征在于，滤波器为电流滤波器，滤波器对变频器的输出电流进行滤波；使得当变频器的频率为50Hz时，其总谐波电流畸变率THDi≤3%；当变频器的频率大于等于40Hz且小于等于60Hz时，其总谐波电流畸变率THDi≤10%。

8.一种带变压器和滤波器的电机试验供电装置，在电路上设置有电网接入开关、变频主路开关、变频支路开关、工频支路开关，其特征在于，在变频器的输出端依次连接有滤波器、变压器和电机。

9.根据权利要求8所述的一种带变压器和滤波器的电机试验供电装置，其特征在于，闭合电网接入开关、变频主路开关、工频支路开关，分开变频支路开关，使得变频器、滤波器、变压器和电机依次连接，构成工频试验供电线路。

10.根据权利要求8所述的一种带变压器和滤波器的电机试验供电装置，其特征在于，闭合电网接入开关、变频主路开关、变频支路开关，分开工频支路开关，使得变频器与电机直接连接，构成变频试验供电线路。