CN204666719U - 一种用于风力发电机组电动变桨距系统的功率测试装置 - Google Patents

Abstract

一种用于风力发电机组电动变桨距系统的功率测试装置，三相交流电源进入系统后与EMC滤波器相连；EMC滤波器与谐波滤波器相连；谐波滤波器与能量回馈逆变器相连；能量回馈逆变器与伺服驱动器相连；工业级触控一体机与PLC控制器相连，PLC控制器与控制继电器相连；伺服驱动器与负载同步电机相连，负载同步电机通过联轴器与扭矩传感器相连。本实用新型能同时测试一套变桨系统，即三个变桨轴箱，可有效测试电动变桨距系统的响应特性和各种功率下的运行特性，同时具备负载同步电机回馈制动能量回馈到电网的功能，减少了电能损耗。

Description

一种用于风力发电机组电动变桨距系统的功率测试装置

技术领域

本实用新型涉及一种用于风力发电机组电动变桨距系统的功率测试装置，尤其涉及一种具有负载同步电机回馈制动能量回馈到电网功能的功率测试装置。

背景技术

功率测试装置是一种测试被测电机或被测系统驱动特性的装置，它可以对被测试电机轴端加上指定力矩，被测电机在加上指定负载的情况下运行，达到检测被测系统的带载能力、响应速度等特性的目的。功率测试平台被电机相关厂家广泛应用，具有有效检测电机和其驱动系统性能的能力。

目前国内所有电机厂家和需要大批量使用电机的厂家几乎都使用功率测试装置对电机进行测试。电机在出厂之前，电机额定扭矩和最大扭矩、系统的效率等参数特性都需要用功率测试装置进行测试。

每套变桨系统都有三个变桨电机，为了有效可靠地测试其特性，一般大型的生产或使用变桨系统的厂家也都有功率测试装置。当进行大批量的变桨系统出厂测试时势必会造成大量的电力需求和电能消耗，因此进行能源再利用以节约能源进而节省成本是很有必要的。

一般功率测试装置只能进行扭矩双向加载和只能充当负载阻转矩方向加载两种加载方式，不能满足模拟变桨系统实际运行的全部工况需求。

发明内容

由于现有技术存在的上述问题，本实用新型提出一种用于风力发电机组电动变桨距系统的功率测试装置，该测试装置可有效测试电动变桨距系统的响应特性和各种功率下运行的特性，模拟变桨系统实际运行的全部工况，同时又能实现能源再利用。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种用于风力发电机组电动变桨距系统的功率测试装置，包括工业级触控一体机、PLC控制器、隔离变压器、EMC滤波器、谐波滤波器、直流电源、能量回馈逆变器、三个伺服驱动器、三个伺服驱动器对应驱动的三个负载同步电机以及三个负载同步电机扭矩传感器，其特征在于：

所述隔离变压器的初级绕组外接交流电源的其中两相，所述隔离变压器的次级绕组通过两路空气开关分别连接至直流电源的输入端、以及并联的三个负载同步电机的风扇，其中所述直流电源的输出端连接至PLC控制器的电源端；

所述能量回馈逆变器的交流侧通过依次串联的谐波滤波器、EMC滤波器以及接触器与外接交流电源相连，能量回馈逆变器的直流侧分别与三个伺服驱动器相连，其中所述接触器线圈与PLC控制器的数字量输出端相连；

所述三个伺服驱动器对应与三个负载同步电机相连，每一负载同步电机通过联轴器与对应的扭矩传感器相连，所述扭矩传感器的输出端与伺服驱动器的模拟信号输入端相连；

所述工业级触控一体机与PLC控制器相连。

本实用新型还进一步包括以下优选方案：

所述功率测试装置还包括交流熔断器、主电源开关、急停按钮、运行指示灯和柜体散热风扇，其中交流熔断器输入端通过串联主电源开关后与外接交流电源相连，交流熔断器的输出端连接有两个分支线路，一路接到隔离变压器的初级绕组，另一路接到接触器的输入端。所述急停按钮串联在每个伺服驱动器硬件使能输入端口和直流电源之间，所述运行指示灯串接在伺服驱动器的数字量输出端和直流电源之间，所述柜体散热风扇与三个负载同步电机的风扇并联连接；

整个功率测试装置安装在电控柜内，其中工业级触控一体机、主电源开关、急停按钮、运行指示灯均安装于控制柜台面，柜体散热风扇安装于柜体两侧，其余器件均安装在柜体内部。

所述功率测试装置还包括控制继电器、三个泄放电阻、直流熔断器和回拉式弹簧端子，控制继电器设置在PLC控制器与散热风扇之间，三个泄放电阻分别连接在伺服驱动器的外接泄放电阻端口，回拉式弹簧端子安装在外接交流电源与主电源开关之间。

本实用新型具有以下有益的技术效果：

本实用新型中的PLC控制器与现有技术中用于风力发电机组电动变桨距系统的功率测试装置中的PLC功能一致，只是用于实现已知的基本功能。相对于现有技术，本实用新型中的PLC不需要运行特殊程序，本实用新型的有益的技术效果是通过前述的电路硬件结构形式所实现的：

本实用新型采用了能量回馈逆变器，将负载同步电机在回馈制动过程中的电能经伺服驱动器逆变成直流，能量回馈逆变器将直流电逆变成三相交流电回馈到电网，这样不但节省了大量的电能，同时减少了热损耗和减小了功率平台的总体体积。

本实用新型采用硬件独立响应方式，增加危险部位防护，使用隔离变压器，确保系统发生故障和低压用电时不会对人身财产安全造成损害。

本实用新型采用EMC滤波器减少和抑制了能量回馈逆变器所产生的电磁干扰对电网的影响，同时采用谐波滤波器来抑制谐波电流，提高功率因数以及削弱电网中的浪涌电压、电流对能量回馈逆变器的冲击，削弱电源电压不平衡的影响。

附图说明

图1为本功率测试装置的各部件连接关系示意图；

图2为本功率测试装置的电气原理示意图；

图3为本功率测试装置的系统通讯方式示意图。

具体实施方式

本实用新型的功率测试装置各部件连接关系如图1所示，用于风力发电机组电动变桨距系统的功率测试装置，包括作为上位机的工业级触控一体机PC用于进行人机交互界面控制，包含三个功能相同的伺服驱动器-4U1、-5U1、-6U1，负载同步电机5(自带的旋转变压器6)、扭矩传感器7、联轴器8。负载同步电机5固定在铸铁平台上，扭矩传感器7放置在负载同步电机5和被测变桨电机9连接处，准确测量实际加载扭矩，其扭矩反馈信号线T直接连接到伺服驱动器的模拟量信号接口X2A。负载同步电机5的UVW三相供电电缆线P连接到伺服驱动器的交流输出侧X1B，负载同步电机5的KTY温度检测反馈信号线K连接到PLC控制器-8A1的温度检测模块EL3204，负载同步电机5自带的旋转变压器6的位置反馈信号线X连接到伺服驱动器的旋变接口X3A，同时负载同步电机5的PTC温度反馈信号线C连接到伺服驱动器的温度检测接口T1-T2。工业级触控一体机PC作为上位机与PLC控制器通过TCP/IP通讯方式T控制整个平台运转，测试人员通过操作工业级触控一体机PC安装的上位机界面来启动平台上电，加载转矩及紧急故障情况下拍急停按钮快速停止功率测试装置工作，保障人身财产安全。

本实用新型的系统电气原理如图2所示，系统采用一个操作台控制3个负载同步电机运行的结构。操作台内部安装主要的电控器件，包括主电源开关-1Q4、交流熔断器-1F4，接触器-1K6、PLC控制器-8A1、直流电源-7G2、隔离变压器-1T1、三个伺服驱动器-4U1、-5U1、-6U1、能量回馈逆变器-3R1、EMC滤波器-Z1、谐波滤波器-3Z1、直流熔断器-4F1、-5F1、-6F1等部件。三相交流电源通过交流熔断器-1F4后分两路，一路连接到接触器-1K6，经EMC滤波器-Z1和谐波滤波器-3Z1接到能量回馈逆变器-3R1，另一路接到隔离变压器-1T1，由它将两相400VAC降压为230VAC后分两路，一路经-7F1空开供给直流电源-7G2，；另一路经-7F5空开给柜体散热风扇-13M6和三个负载同步电机风扇-4M1、-5M1、-6M1供电。能量回馈逆变器-3R1将三相交流电整流成560VDC直流电后同时供给三个伺服驱动器-4U1、-5U1、-6U1，各驱动一个负载同步电机5运行。当负载同步电机出现回馈制动时，电机处于发电状态，机械能转化成电能通过伺服驱动器逆变成直流电抬升560VDC直流回路P的电压，使能量回馈逆变器-3R1直流输出侧电压升高，当能量回馈逆变器的直流输出侧电压高于三相供电输入产生的直流母线电压103％时，能量回馈逆变器就能向电网回馈能量。

PLC控制器-8A1通过24VDC回路K控制相应继电器吸合断开来控制接触器动作、负载同步电机风扇-4M1、-5M1、-6M1的启停和柜体散热风扇-13M6的启停。

系统通讯方式如图3所示，本实用新型中工业级触控一体机PC作为上位机主要完成测试工作模式选择、扭矩设定值给定和测试过程中的状态参数显示。其中测试工作模式有三种分别是扭矩双向加载、顺时针加载、逆时针加载，通过上位机界面选择测试工作模式通过TCP/IP通讯T下发到PLC控制器-8A1，PLC控制器-8A1再通过CANopen通讯C将指令同时传输给三个伺服驱动器-4U1、-5U1、-6U1来实现相应工作模式选择，扭矩设定值也是通过上位机界面来进行输入给定。PLC控制器通过CANopen通讯模块EL6751与3个伺服驱动器-4U1、-5U1、-6U1和能量回馈逆变器-3R1组成CANopen通讯网络，其中通讯模块EL6751为主站，其它设备为从站，主站将接收的上位机指令通过CANopen通讯C下发到相应伺服驱动器或能量回馈逆变器，从站则将各自监控状态上传到PLC控制器，PLC控制器再将CANopen通讯接收的系统监控信息通过通讯T传回上位机界面。

为了保证回馈电网的电能质量，在能量回馈逆变器-3R1前安装了谐波滤波器-3Z1和EMC滤波器-Z1，其中谐波滤波器用于检测电网三相电相位，并通过HSP5线H将三相电相位信号传给能量回馈逆变器-3R1，这样保证了回馈到电网的电能同时满足电网关于EN12015电磁兼容性标准和IEEE519电网谐波标准。

Claims (3)

1.一种用于风力发电机组电动变桨距系统的功率测试装置，包括工业级触控一体机、PLC控制器、隔离变压器、EMC滤波器、谐波滤波器、直流电源、能量回馈逆变器、三个伺服驱动器、三个伺服驱动器对应驱动的三个负载同步电机以及三个负载同步电机扭矩传感器，其特征在于：

所述隔离变压器的初级绕组外接交流电源的其中两相，所述隔离变压器的次级绕组通过两路空气开关分别连接至直流电源的输入端、以及并联的三个负载同步电机的风扇，其中所述直流电源的输出端连接至PLC控制器的电源端；

所述能量回馈逆变器的交流侧通过依次串联的谐波滤波器、EMC滤波器以及接触器与外接交流电源相连，能量回馈逆变器的直流侧分别与三个伺服驱动器相连，其中所述接触器线圈与PLC控制器的数字量输出端相连；

所述三个伺服驱动器对应与三个负载同步电机相连，每一负载同步电机通过联轴器与对应的扭矩传感器相连，所述扭矩传感器的输出端与伺服驱动器的模拟信号输入端相连；

所述工业级触控一体机与PLC控制器相连。

2.根据权利要求1所述的用于风力发电机组电动变桨距系统的功率测试装置，其特征在于：

所述功率测试装置还包括交流熔断器、主电源开关、急停按钮、运行指示灯和柜体散热风扇，其中，交流熔断器输入端串联主电源开关后与外接交流电源相连，交流熔断器的输出端连接有两路分支线路，一路接到隔离变压器的初级绕组，另一路接到接触器的输入端；所述急停按钮串联在每个伺服驱动器硬件使能输入端口和直流电源之间，所述运行指示灯串接在伺服驱动器的数字量输出端和直流电源之间，所述柜体散热风扇与三个负载同步电机的风扇并联连接；

整个功率测试装置安装在电控柜内，其中工业触控一体机、主电源开关、急停按钮、运行指示灯均安装于控制柜台面，柜体散热风扇安装于柜体两侧，其余器件均安装在柜体内部。

3.根据权利要求2所述的用于风力发电机组电动变桨距系统的功率测试装置，其特征在于：

所述功率测试装置还包括控制继电器、三个泄放电阻、直流熔断器和回拉式弹簧端子，控制继电器设置在PLC控制器与散热风扇之间，三个泄放电阻分别连接在伺服驱动器的外接泄放电阻端口，回拉式弹簧端子安装在外接交流电源与主电源开关之间。