采用電機(jī)對拖電能回饋法的變頻器溫升試驗(共5頁)

1、采用(ciyng)電機(jī)(dinj)對拖電能回饋法的變頻器溫升試驗(shyn) 大連普傳科技股份有限公司 董建華 梁淼【摘要】 本文簡述了根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)要求的變頻器溫升實驗依據(jù)、方案，給出一種簡易節(jié)能實用的試驗方法。前言：一個品質(zhì)良好的變頻器都應(yīng)該通過產(chǎn)品質(zhì)量認(rèn)證及其完整的試驗，試驗類型包括型式試驗(Type test)、出廠試驗、抽樣試驗、選擇(專門)試驗、驗收試驗、現(xiàn)場調(diào)試試驗等。溫升試驗是型式試驗里的很重要的一項試驗，其溫升值可間接反映出變頻器的工藝結(jié)構(gòu)及電氣設(shè)計水平、多種缺陷及故障隱患等。溫升的上限值過高會造成因過載、過流、環(huán)境溫度增加而燒毀變頻器。溫升的上限值過低會帶來變頻器的體積過大、

2、成本增加等不利因素。變頻器的故障率隨溫度升高而成指數(shù)上升，使用壽命隨溫度升高而成指數(shù)下降，環(huán)境溫度升高10度，變頻器使用壽命減半。所以應(yīng)保證變頻器的使用溫度，認(rèn)真考慮其散熱問題。溫升試驗的目的在于測定變頻器在額定條件下運行時，各部件的溫升是否超過規(guī)定的極限溫升。試驗應(yīng)在規(guī)定的額定電流和工作制，以及在最不利的冷卻條件下進(jìn)行。大功率變頻器的溫升試驗涉及負(fù)載、能耗等問題，合理的試驗方法可以達(dá)到節(jié)能、方便的要求。1、試驗依據(jù)2002年制定的國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T12668.2-2002調(diào)速電氣傳動系統(tǒng)第二部分：一般要求低壓交流變頻電氣傳動系統(tǒng)額定值的規(guī)定給出了低壓變頻器一般額定值規(guī)定，在7.3.2“CDM/

3、BDM的標(biāo)準(zhǔn)試驗”中對于溫升的“試驗方法”按半導(dǎo)體變流器基本要求的規(guī)定GB/T3859.1-1993的6.4.6規(guī)定執(zhí)行。在“電氣傳動系統(tǒng)”的專門試驗中提到溫升試驗“在要求的最大負(fù)載下，以最低轉(zhuǎn)速、基本轉(zhuǎn)速和最大轉(zhuǎn)速進(jìn)行溫升試驗。溫升試驗進(jìn)行到所有溫度都穩(wěn)定為止”。在GB/T3859.1-1993的“檢驗與實驗”中6.4.6“溫升試驗”中給出了具體要求：溫升試驗的目的在于測定變流器在額定條件下運行時各部件的溫升是否超過規(guī)定的極限溫升。半導(dǎo)體器件的溫升極限可以是規(guī)定點（例如外殼）的最高溫升，也可以是等效結(jié)溫，由制造廠決定。變流器各部位的極限溫升如表1所示。部件和部位極限溫升（K）主電路半導(dǎo)體器件

4、外殼溫升和結(jié)溫由產(chǎn)品技術(shù)條件或分類標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定主電路半導(dǎo)體器件與導(dǎo)體的連接處裸銅：45 有錫鍍層：55 有銅鍍層：70母排（非連接處）：銅；鋁35；25浪涌吸收器與主電路的電阻元件距外表面30mm處的空氣：25表1：變頻器各部位(bwi)的極限溫升在送審的調(diào)速電氣傳動系統(tǒng)第5-1部分(b fen)：安全要求：電氣、熱和能量（GB12668.5.1）標(biāo)準(zhǔn)中，給出了“防觸電、熱和能量(nngling)危險的保護(hù)”的規(guī)定“當(dāng)按照設(shè)備的額定值進(jìn)行試驗時，設(shè)備及其組成部分所達(dá)到的溫度應(yīng)當(dāng)不超過表15中給出的溫度”。對“橡膠絕緣導(dǎo)線或熱塑絕緣導(dǎo)線、用戶端子、母線和連接片或接線柱、絕緣系統(tǒng)、電容器、印制線路板”

5、等“內(nèi)部材料和部件的最大 HYPERLINK /SEARCH/WENZHANG/%E6%B5%8B%E9%87%8F.HTM o 測量 t _blank 測量溫度”做出了說明在電力系統(tǒng)DLT339-2010低壓變頻調(diào)速裝置技術(shù)條件中對溫升有下列要求：部件和部位材料和被覆層極限溫升（K）連接于一般低壓電器的母線連接處的母線紫銅、無被覆層60紫銅、鍍錫65紫銅、鍍銀70鋁、超聲波鍍錫箔55連接于電力半導(dǎo)體器件的母線連接處的母排紫銅、無被覆層45紫銅、鍍錫55紫銅、鍍銀70鋁、超聲波鍍錫箔352、試驗方案：電機(jī)對拖電能回饋法溫升試驗根據(jù)試驗條件、被試機(jī)功率大小可選擇不同的試驗方法，如小功率變頻器可采

6、用等效法溫升試驗（采用可調(diào)電阻、可調(diào)電抗器構(gòu)成的模擬負(fù)載，由于不宜調(diào)節(jié)，功耗大等缺點則很少采用）、通常采用模擬法（機(jī)組試驗設(shè)備）進(jìn)行溫升試驗、 采用電機(jī)對拖交流電能回饋(hu ku)法，試驗主電路示意圖如圖1所示。本方法是采用兩臺同功率的三相異步電機(jī)同軸連接。陪試機(jī)通過工頻啟動(qdng)后，變頻器利用速度追蹤功能驅(qū)動電機(jī)跟隨陪試機(jī)，變頻器輸出頻率略高于工頻，陪試機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，消耗電能回饋電網(wǎng)。圖1：對拖回饋(hu ku)法試驗普傳科技采用此方法進(jìn)行的溫升試驗，線路簡單，能源消耗少，測試數(shù)據(jù)可信。采用埋置檢溫計法將電阻檢溫計、熱電耦或半導(dǎo)體熱敏元件埋植于變頻器內(nèi)部不能觸及的部位，如IGBT在

7、散熱器的固定處(至少2點)、整流橋在散熱器固定處等，經(jīng)連接導(dǎo)線引到變頻器外的二次儀表，通過溫度儀表顯示讀數(shù)，從而測定溫度值。在測量時應(yīng)控制測量電流的大小和通電時間，以免因測量電流引起的發(fā)熱而帶來誤差。每個檢測元件應(yīng)與被檢測點表面緊密相貼，以有效的防止測溫元件受到冷卻介質(zhì)的影響。試驗現(xiàn)場如圖2所示 圖2 變頻器溫升試驗(shyn)現(xiàn)場實際(shj)試驗時，被試變頻器（220KW）驅(qū)動電機(jī)（M2，電流超過(chogu)變頻器額定輸出電流1.2倍以上）先運行到50Hz，然后由調(diào)壓器再將另一臺電機(jī)(M1)減壓運行（注意相位），慢慢升到工頻（50Hz）。這時兩臺電機(jī)同頻運行。測試時將變頻器頻率稍上調(diào)（高

8、于50Hz，調(diào)整電流輸出額定值），帶動M2電機(jī)運行，M2處于發(fā)電狀態(tài)，能量回饋電網(wǎng)。用很少的能量消耗即可完成大功率變頻器的溫升試驗。3、試驗方法與儀器的選擇溫升試驗時應(yīng)滿足國標(biāo)中的環(huán)境條件要求，變頻器周圍空氣溫度在+10+40之間，測量時至少用兩個溫度計，均勻分布在變頻器的周圍，放置在被試變頻器高度的0.5m處離開被試變頻器的距離約1m。溫升應(yīng)盡可能在規(guī)定點測量。如果變頻器的額定值不是基于連續(xù)工作制，則應(yīng)測量主電路部件和冷卻系統(tǒng)的熱阻抗。對主電路的半導(dǎo)體器件，應(yīng)測量若干個器件。其中應(yīng)包括冷卻條件最差的器件。記錄半導(dǎo)體器件規(guī)定部位的溫升和計算等效結(jié)溫，并以此說明在考慮了并聯(lián)器件的均流情況之后，裝

9、置能承受規(guī)定的負(fù)載而不超過規(guī)定的最高等效結(jié)溫。變頻器處于規(guī)定的通風(fēng)和散熱條件下，輸入電壓為額定電壓，裝置輸出為額定電流，測試其主要部件溫升，如散熱器、IGBT、整流橋、直流母線等。用測量儀器進(jìn)行溫度測量，試驗時間一般不低于2h，每隔20min做一次試驗溫升值記錄，如果溫度的變化速率小于1/h，則認(rèn)為溫升已達(dá)穩(wěn)定值。在報批的通用1 kV及以下變頻調(diào)速設(shè)備第2部分：試驗方法中，也有下列要求：溫升試驗(shyn)應(yīng)在冷卻設(shè)備工作，進(jìn)行電流試驗的條件下確定。如果在低于規(guī)定的最高溫度下試驗，應(yīng)進(jìn)行修正。（如何修正）溫升試驗應(yīng)盡可能在額定負(fù)載下進(jìn)行。環(huán)境溫度應(yīng)在試驗周期的最后四分之一期間測量。應(yīng)至少使用兩

10、個測溫元件對稱(duchn)布置在設(shè)備的周圍，其位置高度約為設(shè)備高度的二分之一，距設(shè)備不超過300 mm。應(yīng)注意避免空氣流動和直接熱輻射對測量的影響。試驗時，調(diào)整(tiozhng)輸入電壓和負(fù)載電流等于規(guī)定值。檢查各部件的溫度，直至達(dá)到熱平衡；調(diào)整過載電流和時間間隔，測量各部件的溫度（包括在最高溫度下工作的部件的溫度）試驗時采用的主要試驗儀器有：（1）電壓表和電流表：應(yīng)采用可以測量真有效值的表記。對于測量儀表不僅有準(zhǔn)確度要求外，測量變頻器的輸出電壓、電流還必須如實記錄下基波的有效成分，否則會給測量帶來很大的誤差，影響溫升及其它參數(shù)測量的準(zhǔn)確性。其表記最好經(jīng)過頻譜分析儀的校核（如1905a）。電

11、流互感器至少為0.2級，電流表至少為0.5級，且測量時各回路電流表的指示值為全量程的2/3以上（電流表指針占滿刻度的2/3以上）。（2）遠(yuǎn)紅外測試儀或熱成像儀：可以觀測到的部位可采用遠(yuǎn)紅外測試儀或熱成像儀進(jìn)行溫度測量。將遠(yuǎn)紅外測試儀按照說明書上的距離要求對需要測試的部位進(jìn)行測試，遠(yuǎn)紅外測試儀要正對測試點，讀取遠(yuǎn)紅外測試儀上顯示的讀數(shù)，減去環(huán)境溫度即為溫升值。（3）熱電偶：不易觀測到的部位應(yīng)采用熱電偶測量，將熱電偶粘貼在要測試部位，注意此處使用的熱電偶應(yīng)能承受與變頻器一致的額定電壓（帶電部位的測量需要與熱電偶電隔離），將熱電偶兩端產(chǎn)生的熱電勢通過直流電壓表讀取，對照熱電勢和溫升的分度表寫出溫升值

12、。（4）熱敏電阻：變頻器主要部位溫升的測試也可用熱敏電阻。例如IGBT產(chǎn)生的溫度透過散熱片傳至緊貼其上的負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻，該電阻阻值的變化間接反映了IGBT的溫度變化，國內(nèi)性能好的變頻器一般具有IGBT溫度值顯示功能。（5）溫度顯示儀表。4、試驗結(jié)果判定在GB/T 12668.22002調(diào)速電氣傳動系統(tǒng) 一般要求低壓交流變頻電氣傳動系統(tǒng)額定值的規(guī)定中對試驗判定有下列要求：其測試結(jié)果應(yīng)符合附表的要求及生產(chǎn)廠提供的技術(shù)數(shù)據(jù)。整流橋、IGBT的溫升極限可以是規(guī)定點(如外殼)的最高溫升，也可以是等效結(jié)溫，由半導(dǎo)體器件廠提供的資料決定。小結(jié)：工藝的改進(jìn)，結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新，采用新的半導(dǎo)體元器件及新的國際標(biāo)準(zhǔn)的實施都對變頻器溫升提出更高的要求，而節(jié)能