風(fēng)力發(fā)電機檢測中的變頻試驗電源系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種風(fēng)力發(fā)電機檢測中的變頻試驗電源系統(tǒng)。本實用新型包括與10KV供電電源連接的輸入控制單元，輸入控制單元依次與整流單元、直流母線、第一逆變單元、第一濾波單元連接、輸出控制單元、被試電動機連接；被試電動機的輸出端連接轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器，再拖動陪試電動機；陪試電動機的輸出端與所述輸出控制單元的輸入端連接后，再依次與第二濾波單元、第二逆變單元、直流母線連接；輸入控制單元、輸出控制單元以及第一逆變單元和第二逆變單元與上位計算機連接；被試電動機的輸入端和陪試電動機的輸出端分別與電流電壓采樣系統(tǒng)連接。本實用新型具有能量回饋、遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)控制、先進逆變器控制與參數(shù)精準(zhǔn)測量及數(shù)據(jù)采集的特點。
【專利說明】風(fēng)力發(fā)電機檢測中的變頻試驗電源系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于風(fēng)力發(fā)電機檢測【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種具有能量回饋、遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)控制、先進逆變器控制與參數(shù)精準(zhǔn)測量及數(shù)據(jù)采集的風(fēng)力發(fā)電機檢測中的變頻試驗電源系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前，電機參數(shù)測試系統(tǒng)多屬半自動性質(zhì)，為了簡化控制，每當(dāng)變換測試項目時都需要人工接線和人工處理數(shù)據(jù)，自動化程度不高，工作效率低。不僅如此，由于各種人為因素的存在還使試驗數(shù)據(jù)分散性大、試驗結(jié)果的準(zhǔn)確度低、重復(fù)性差。隨著電子技術(shù)和控制技術(shù)的發(fā)展，單片機測試方案開始應(yīng)用比較成熟，單片機測試一般由單片機為核心，能自動采集測試數(shù)據(jù)，自動進行參數(shù)計算，采用數(shù)字顯示，測量精度高，且比傳統(tǒng)方案節(jié)省時間，節(jié)約人力，大大提高試驗效率，減輕勞動強度。但是，這種方案對試驗數(shù)據(jù)處理、試驗過程中的讀數(shù)同步問題、電壓波形正弦性畸變率以及試驗界面的人性化設(shè)計仍然不能很好的徹底解決。
[0003]目前，國內(nèi)有研究機構(gòu)開發(fā)出了“電機出廠測試系統(tǒng)”、“回饋加載電機試驗系統(tǒng)”、“智能型電機測試系統(tǒng)”等多種電機試驗的測試設(shè)備及系統(tǒng)。但大多是分個試驗的多，多屬半自動性質(zhì)。在技術(shù)上除了試驗數(shù)據(jù)智能化處理、自動控制和調(diào)節(jié)外，沒有新的突破。而且在目前的應(yīng)用中，產(chǎn)品變頻器的電壓和頻率是不能獨立調(diào)節(jié)的，故產(chǎn)品變頻器尚不能完全符合試驗電源的要求，部分試驗還得用機組電源完成。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實用新型的目的在于針對系列變頻電機、風(fēng)力發(fā)電機的試驗系統(tǒng)的特殊要求，提供一種具有能量回饋、遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)控制、先進逆變器控制與參數(shù)精準(zhǔn)測量及數(shù)據(jù)采集的風(fēng)力發(fā)電機檢測中的變頻試驗電源系統(tǒng)。
[0005]本實用新型的目的是通過如下的技術(shù)方案來實現(xiàn)的:該風(fēng)力發(fā)電機檢測中的變頻試驗電源系統(tǒng)，它包括與1KV供電電源連接的輸入控制單元，輸入控制單元的輸出端依次與整流單元、直流母線、第一逆變單元、第一濾波單元連接，第一濾波單元的輸出端通過輸出控制單元與被試電動機連接；被試電動機的輸出端連接轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器，再拖動陪試電動機；陪試電動機的輸出端與所述輸出控制單元的輸入端連接后，再依次與第二濾波單元和第二逆變單元連接，第二逆變單元的輸出端再連接到所述整流單元輸出端的直流母線上；所述輸入控制單元、輸出控制單元以及第一逆變單元和第二逆變單元與上位計算機連接；所述被試電動機的輸入端和陪試電動機的輸出端分別與電流電壓采樣系統(tǒng)連接。
[0006]具體地，所述輸入控制單元包括輸入開關(guān)柜、整流變壓器和功補裝置。
[0007]具體地，所述整流單元包括三相全橋整流電路、電阻Rl、電阻R2和電容器Cl，所述三相全橋整流電路一端串聯(lián)電阻Rl再分別與電阻R2和電容器Cl并聯(lián)。
[0008]具體地，所述第一逆變單元和第二逆變單元均包括IGBT模塊、二極管和逆變電容。
[0009]具體地，所述第一濾波單元和第二濾波單元均包括濾波變壓器、散熱風(fēng)機和濾波電容器。
[0010]具體地，所述輸出控制單元包括變壓器隔離柜、輸出變壓器、輸出開關(guān)柜和測量接線柜。
[0011]本實用新型的變頻試驗由1KV電網(wǎng)供電，1KV電壓經(jīng)輸入控制單元變降壓，降壓后再經(jīng)過12脈波整流，隨后經(jīng)逆變器變成電壓幅值和頻率都可單獨調(diào)節(jié)的交流電壓，最后經(jīng)輸出控制單元升壓為試驗電源，輸出為試驗電機所需的試驗電壓等級。經(jīng)本實用新型的變頻系統(tǒng)(包含輸入控制單元、整流單元、第一逆變單元、第一濾波單元、輸出控制單元)變換出符合試驗要求的電源，送給被試電動機；被試電動機的輸出連接轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器，再拖動陪試電動機，陪試電動機所發(fā)出的電能經(jīng)過逆變器回饋到直流母線上，再供給被試電動機，如此循環(huán)，重復(fù)利用，減小了系統(tǒng)從電網(wǎng)汲取的能量。
[0012]本實用新型的基本工作原理是:把進線1KV交流電整流為直流電，再經(jīng)過逆變單元，變?yōu)檎也?，?jīng)過濾波，變壓器隔離產(chǎn)生純正的正弦波(波形畸變率小于5% )，頻率范圍是10?100Hz。回饋單元為一個智能控制同步整流，當(dāng)陪試電動機工作在第四象限時(發(fā)電狀態(tài))，經(jīng)DSP采用特殊算法控制該單元把交流電整流為直流電，回饋到直流母線(因為是直流回饋，對電網(wǎng)無污染)。使用時只需要兩臺相同型號的異步電機對拖即可。
[0013]本實用新型在國內(nèi)率先推出了電子內(nèi)回饋變頻電源，該電源集被試電機正弦波電源和陪試電機電源于一身，是電機試驗電源的一次創(chuàng)新；創(chuàng)新地采用數(shù)字變頻電源組，使拖動用變頻器電壓和頻率獨立可調(diào)，用變頻電源組代替“五機組”拖動控制試驗電源系統(tǒng)。本實用新型電源最大的特點是電功率回饋的方式是在電源內(nèi)部進行的，并不回饋電網(wǎng)，也不采用負(fù)載消耗，因此可以節(jié)能70%以上。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是本實用新型實施例的系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)框圖。
[0015]圖2是圖1中輸入控制單元的電路圖。
[0016]圖3是圖1中整流單元的電路圖。
[0017]圖4是圖1中第一逆變單元和第二逆變單元的電路圖。
[0018]圖5是圖1中第一濾波單元和第二濾波單元的電路圖。
[0019]圖6是圖1中輸出控制單元的電路圖。
[0020]圖7是本實用新型的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)原理框圖。
[0021]圖8是本實用新型的逆變單元的控制系統(tǒng)硬件原理框圖。
[0022]圖9是本實用新型的測量與數(shù)據(jù)采集原理框圖。

【具體實施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進一步詳細(xì)的描述。
[0024]參見圖1，本實施例包括與1KV供電電源連接的輸入控制單元，輸入控制單元的輸出端依次與整流單元、直流母線1、第一逆變單元、第一濾波單元連接，第一濾波單元的輸出端通過輸出控制單元與被試電動機2連接；被試電動機2的輸出端連接轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器3，再拖動陪試電動機4 ;陪試電動機4的輸出端與輸出控制單元的輸入端連接后，再依次與第二濾波單元和第二逆變單元連接，第二逆變單元的輸出端再連接到整流單元輸出端的直流母線I上；輸入控制單元、輸出控制單元以及第一逆變單元和第二逆變單元與上位計算機5連接；被試電動機2的輸入端和陪試電動機4的輸出端分別與電流電壓米樣系統(tǒng)連接。
[0025]參見圖2，上述輸入控制單元包括輸入開關(guān)柜6、整流變壓器8和功補裝置7。其中，進線開關(guān)、進線接觸器和斷路器均對線路進行可靠保護，用電負(fù)荷或裝置本身也具有完善的多級保護。另外，還配置了一臺特殊設(shè)計的移相電抗器，或采用12脈整流電路和移相變壓器可有效消除電網(wǎng)的諧波。
[0026]參見圖3，上述整流單元包括三相全橋整流電路、電阻R1、電阻R2和電容器Cl，從圖中可見，三相全橋整流電路一端串聯(lián)電阻Rl再分別與電阻R2和電容器Cl并聯(lián)，電阻Rl還與保護過熱溫度開關(guān)并聯(lián)。本電路主要采用三相全橋整流電路，并配有電容器，能改善輸入功率因數(shù)，整流模塊散熱采用強制風(fēng)冷散熱，并配有報警和保護過熱溫度開關(guān)，一旦整流模塊過熱，電源會立即進入保護程序。
[0027]參見圖4，上述第一逆變單元和第二逆變單元均包括IGBT模塊、二極管和逆變電容。逆變的工作方式是將直流電變換成交流電，整個變換過程由微處理器電路控制。逆變單元核心部件為IGBT模塊，逆變電容選用自愈型干式薄膜電容。逆變單元所有PCB電路板采用涂層固化處理工藝，達到防潮防腐蝕的目的。主控制板控制精度達到微秒級，程序運行周期應(yīng)小于I毫秒，中斷保護響應(yīng)時間應(yīng)小于2微秒。驅(qū)動板上的逆變器控制芯片處理速度可達100M以上，滿足驅(qū)動板產(chǎn)生精準(zhǔn)的脈寬調(diào)制波，確保IGBT發(fā)生故障或誤動作時能在很短時間內(nèi)將模塊和驅(qū)動電路保護住，防止了 IGBT的燒毀。
[0028]參見圖5，上述第一濾波單元和第二濾波單元均包括濾波變壓器、散熱風(fēng)機。濾波變壓器為干式變壓器，絕緣級別為H級，帶智能溫度監(jiān)控顯示和保護功能或者觸摸屏統(tǒng)一顯示，保護點可以任意設(shè)置。濾波變壓器另外增加具有聯(lián)鎖功能的防護網(wǎng)罩(或防護機箱)，保障其安全，另裝有濾波電容器，能確保輸出理想的正弦波。
[0029]參見圖6，上述輸出控制單元包括變壓器隔離柜9、輸出變壓器10、輸出開關(guān)柜11和測量接線柜12。輸出單元主要是輸出柜，安裝輸出斷路器(不同功率下，有差異，相對小容量的變頻電源，沒有專設(shè)輸出柜)，同時也安裝采用閉環(huán)用的電壓信號采樣和電流互感器采樣監(jiān)控模塊，以方便人機界面或者上位機進行實時監(jiān)控和顯示輸出信息。
[0030]本實用新型的變頻試驗電源采用技術(shù)先進的變頻器調(diào)速試驗系統(tǒng)，具有電源容量大、功率輸出頻率范圍廣，啟停方便、電網(wǎng)沖擊小、節(jié)能、噪聲小等特點，能為風(fēng)力發(fā)電機的出廠與型式試驗提供相關(guān)的試驗條件。提供的電機試驗電源可以根據(jù)試驗要求，輸出符合要求的電壓和電流，以完成試驗，變頻電源的電壓和頻率能分別單獨可調(diào)，可在額定輸出電壓、頻率范圍內(nèi)某一電壓或某一頻率下單獨調(diào)節(jié)輸出的頻率、電壓，可穩(wěn)頻調(diào)壓，也可穩(wěn)壓調(diào)頻、穩(wěn)壓穩(wěn)頻。
[0031]參見圖7，變頻試驗電源的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)原理框圖如圖2所示。整個控制系統(tǒng)，包含2套相同的子系統(tǒng)，分別通過遠(yuǎn)程控制2套符合風(fēng)力發(fā)電機試驗容量的變頻器系統(tǒng)，所有網(wǎng)絡(luò)采用Profibus-DP協(xié)議，形成可靠的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，2臺上位機作為遠(yuǎn)程控制器，遠(yuǎn)程控制臺(包括上位機和操作臺)設(shè)在控制室，有近控和遠(yuǎn)控功能，試驗通過現(xiàn)場就地操作或控制室遠(yuǎn)程操作，變頻器交流輸出設(shè)置恒壓、恒頻控制功能，電壓和頻率可單獨調(diào)節(jié)，整流器為2套子系統(tǒng)供電，即兩套子系統(tǒng)共享。
[0032]參見圖8，該硬件平臺以DSP、FPGA和CPLD為控制核心。其他芯片有用于存放程序的EPROM和存放臨時數(shù)據(jù)的SRAM ;用于保存故障報告、事件記錄的NVRAM和存放整定值的EEPROM ;用于發(fā)送控制信號和接收驅(qū)動電源反饋信號的光收發(fā)模塊。DSP芯片可快速實現(xiàn)各種DSP算法，因此控制系統(tǒng)在DSP程序中完成穩(wěn)頻變壓，穩(wěn)壓變頻控制需要計算正弦調(diào)制波頻率、正弦調(diào)制波初相位、正弦調(diào)制波幅值調(diào)制比、PWM波的開關(guān)頻率、最小脈寬和死區(qū)時間等6個參數(shù)，并通過數(shù)據(jù)總線的通信方式將參數(shù)傳給FPGA。
[0033]FPGA采用LatticeEC系列芯片，它含有FPGA所必需的單元，其內(nèi)部功能可通過專門的布局布線工具進行重新編程，以設(shè)計出所需的專用集成電路。由于FPGA以純硬件的方式進行并行處理，不占用CPU資源，因此可提高系統(tǒng)性能。FPGA接收DSP傳送的控制參數(shù)，采用不對稱規(guī)則采樣法計算得到SPWM觸發(fā)信號，通過2SD106AI專用驅(qū)動電路觸發(fā)IGBT。由于FPGA采用硬件電路計算，對時間控制精確，因而輸出的觸發(fā)信號控制精度高。
[0034]CPLD芯片擁有使用方便，運算速度快，適合于組合邏輯判斷等特點，因此將其設(shè)置于控制系統(tǒng)中以判斷每個橋臂觸發(fā)信號的邏輯組合，當(dāng)出現(xiàn)異常時，即刻閉鎖FPGA的輸出。
[0035]參見圖8，將試驗電源與被試機組、測控系統(tǒng)綜合起來，設(shè)計成一個分布式網(wǎng)絡(luò)群控系統(tǒng)。運行管理層計算機通過網(wǎng)絡(luò)與管理層上位機實現(xiàn)通信，接受管理命令，傳送電源系統(tǒng)的運行參數(shù)。并通過現(xiàn)場總線與控制層下位機通信聯(lián)系，進行監(jiān)視管理，傳送控制參數(shù)等。由此構(gòu)成的多級分布式網(wǎng)絡(luò)群控系統(tǒng)，為電機的試驗提供了良好的試驗環(huán)境，滿足了試驗與控制要求，提高了整個測試系統(tǒng)的自動化程度和工作效率。
[0036]變頻試驗電源測量系統(tǒng)由電壓電流測量柜、信號處理模塊、數(shù)據(jù)采集硬件、軟件、工控機等組成，測試軟件基于Windows 2000/XP操作系統(tǒng)，采用全中文界面，操作簡單方便。試驗數(shù)據(jù)采集是通過試驗臺完成的。試驗臺內(nèi)嵌IPC機、測量用智能儀表、WT330功率計與控制用電器。試驗電機相關(guān)信號經(jīng)信號傳感電路，送入到智能儀表與WT330功率計，智能儀表與WT330功率計通過現(xiàn)場總線與上位IPC機通信，把測量得到的數(shù)據(jù)送入IPC機，還有部分信號經(jīng)信號調(diào)理到數(shù)據(jù)采集卡再送入IPC機，IPC機對數(shù)據(jù)進行濾波、顯示、處理。系統(tǒng)設(shè)置專門的試驗臺。
【權(quán)利要求】
1.一種風(fēng)力發(fā)電機檢測中的變頻試驗電源系統(tǒng)，其特征在于:它包括與1KV供電電源連接的輸入控制單元，輸入控制單元的輸出端依次與整流單元、直流母線、第一逆變單元、第一濾波單元連接，第一濾波單元的輸出端通過輸出控制單元與被試電動機連接；被試電動機的輸出端連接轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器，再拖動陪試電動機；陪試電動機的輸出端與所述輸出控制單元的輸入端連接后，再依次與第二濾波單元和第二逆變單元連接，第二逆變單元的輸出端再連接到所述整流單元輸出端的直流母線上；所述輸入控制單元、輸出控制單元以及第一逆變單元和第二逆變單元與上位計算機連接；所述被試電動機的輸入端和陪試電動機的輸出端分別與電流電壓采樣系統(tǒng)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述風(fēng)力發(fā)電機檢測中的變頻試驗電源系統(tǒng)，其特征在于:所述輸入控制單元包括輸入開關(guān)柜、整流變壓器和功補裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述風(fēng)力發(fā)電機檢測中的變頻試驗電源系統(tǒng)，其特征在于:所述整流單元包括三相全橋整流電路、電阻R1、電阻R2和電容器Cl，所述三相全橋整流電路一端串聯(lián)電阻Rl再分別與電阻R2和電容器Cl并聯(lián)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述風(fēng)力發(fā)電機檢測中的變頻試驗電源系統(tǒng)，其特征在于:所述第一逆變單元和第二逆變單元均包括IGBT模塊、二極管和逆變電容。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述風(fēng)力發(fā)電機檢測中的變頻試驗電源系統(tǒng)，其特征在于:所述第一濾波單元和第二濾波單元均包括濾波變壓器、散熱風(fēng)機和濾波電容器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述風(fēng)力發(fā)電機檢測中的變頻試驗電源系統(tǒng)，其特征在于:所述輸出控制單元包括變壓器隔離柜、輸出變壓器、輸出開關(guān)柜和測量接線柜。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述風(fēng)力發(fā)電機檢測中的變頻試驗電源系統(tǒng)，其特征在于:所述輸入控制單元還配置有一臺移相電抗器。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述風(fēng)力發(fā)電機檢測中的變頻試驗電源系統(tǒng)，其特征在于:所述整流單元中，電阻Rl與保護過熱溫度開關(guān)并聯(lián)。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述風(fēng)力發(fā)電機檢測中的變頻試驗電源系統(tǒng)，其特征在于:所述第一逆變單元和第二逆變單元中，逆變電容采用自愈型干式薄膜電容，逆變單元的所有元器件都集成在采用涂層固化工藝處理的PCB電路板上。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述風(fēng)力發(fā)電機檢測中的變頻試驗電源系統(tǒng)，其特征在于:所述第一濾波單元和第二濾波單元中，濾波變壓器為干式變壓器，濾波變壓器另外增加具有聯(lián)鎖功能的防護網(wǎng)罩或防護機箱，濾波變壓器的絕緣級別為H級，帶智能溫度監(jiān)控顯示和保護功能或者觸摸屏統(tǒng)一顯示。
【文檔編號】G01R1/28GK204008751SQ201420481389
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年8月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月25日
【發(fā)明者】施曉蓉, 李謨發(fā) 申請人:湖南工程學(xué)院