變頻器試驗臺方案測試系統解決方案及特點講解

變頻器測試主要包括空載試驗、調頻范圍、溫升試驗、負載試驗、過載試驗等。本變頻器試驗臺方案主要用于380V/100KW及以下電壓等級與容量規格的變頻器測試，配置 變頻電量測量專用儀器，可實現 變頻器電氣性能精確試驗。

一、變頻器試驗臺設計依據

GB/T 3886.1-2001 半導體電力變流器用于調速電氣傳動系統的一般要求

JB/T 10251-2001 交流電動機電力電子軟起動裝置

GB/T 12668.2-2002 調速電氣傳動系統 第2部分：一般要求低壓交流變頻電氣傳動系統額定值的規定

GB 12668.3-2012 調速電氣傳動系統 第3部分 電磁兼容性要求及其特定的試驗方法

GB/T 12668.4-2006 調速電氣傳動系統 第4部分：一般要求 交流電壓1000V以上但不超過35kV的交流調速電氣傳動系統額定值的規定

GB 12668.501-2013 調速電氣傳動系統 第5-1部分：安全要求、電氣、熱和能量

GB/T 12668.502-2013 調速電氣傳動系統 第5-2部分：安全要求、功能

GB/T 12668.6-2011 調速電氣傳動系統 第6部分：確定負載工作制類型和相應電流額定值的導則

二、變頻器試驗臺試驗能力

滿足380V/100KW及以下電壓等級與容量規格的變頻器試驗。

測量回路：輸入3相回路、輸出3相回路;

電壓等級：0~380V;

電流等級：0~200A;

基波頻率：0.1Hz~400Hz。

可直接顯示以下輸入端、輸出端電參量數據：

輸入參數：輸入電壓、輸入電流、輸出功率、功率因數、各次諧波、總諧波失真等;

輸出參數：輸出電壓、輸出電壓、輸出功率、功率因數、輸出頻率、各次諧波含量、總諧波失真等。

三、變頻器試驗臺需求分析

01測量儀器要求

變頻器主電路結構一般為“交—直—交”，在整流回路中接有大電容，輸入電流為脈沖式充電電流，在逆變輸出回路中輸出電壓信號是受PWM載波 信號調制的脈沖波形。面對變頻器含有大量諧波、高畸變或是非工頻的電量，采用傳統的儀表對其進行測量會產生較大的誤差，甚至出現測量結果完全錯誤的情況， 準確的測量方法是采用帶 FFT功能的儀器。

02諧波分析要求

目前市面上的諧波檢測設備，大多按照電力系統諧波分析、電 能質量分析需要進行設計，遵循國家標準《GB/T 17628.7電磁兼容 試驗和測量技術 供電系統及所連設備諧波、諧間波的測量和測量儀器導則(IEC 61000-4-7)》相關技術要求，用于測量疊加在50Hz/60Hz電力系統基波上，頻率為9kHz以下的諧波和諧間波。如《DL/T 1028-2006 電能質量測試分析儀檢定規程》對電網諧波分析儀進行檢定的最高諧波次數為50次。大部分電力系統諧波分析儀的最高諧波階數為40或50，可以滿足電力系統 諧波分析的一般需要。

但是變頻器輸出為PWM波，諧波含量豐富，變頻器輸出諧波 主要集中在載波頻率整倍數附近，而低次諧波一般較小。當載波頻率較高時，諧波頻率也高。若變頻器的載波頻率為fs，基波頻率為f1，變頻器輸出諧波主要集 中在ks*fs±k1*f1。其中ks=1,2,3,4,5,6,7... k1=1,2,4,5,7...變頻器輸出諧波集中在載波頻率整倍數附近，ks越大，相應的諧波越小，對于一般測量，分析到6倍開關頻率就足夠了。

比如當fs=3kHz，f1=50Hz，其諧波主要集中在3kHz(1倍fs)、6kHz(2倍fs)、9kHz(3倍fs)、12kHz(4 倍fs)、15kHz(5倍fs)、18kHz(6倍fs)附近，也就是說，諧波主要集中在60次，120次、180次、240次、300次、360次附 近，若采用40次的電力諧波分析儀，分析結果沒有實際意義。

03低基波頻率測量要求

變頻器輸出 基波及 諧波等測試均基于傅里葉變換，保證傅里葉變換精度的一個主要條件就是整周期截斷，也就是說，參與傅里葉變換的數據應該是整數個信號周期對應的數據。目前市面上大部分測量儀器做不到這一點，其后果是測量數據波動大，測量精度無法保障。

另外，由于變頻器輸出諧波頻率較高，被測信號帶寬較寬，根 據采樣定理，要求采樣頻率高于信號帶寬的兩倍。若信號帶寬為50kHz，采樣頻率必須高于100kHz。假設基波頻率為1Hz，這樣，在整周期截斷的要求 下，至少分析1S(一個信號周期)的數據，而1S的數據量為100k點，即傅里葉變換的點數為100k點。一般測量儀器的處理器無法處理這么大量的數據， 運算速度也跟不上，因此，實際測量中往往通過降低采樣頻率來減少傅里葉變換點數，而降低采樣頻率之后，為了不違背采樣定理，只能在被測信號輸入側加抗混疊 濾波器，這樣一來，傅里葉變換可以正常進行，基波可以準確獲取，但是，被測信號的高次諧波被抑制了，不能滿足變頻器輸出諧波測量的需要。

四、變頻器試驗臺方案

本方案采用兩臺同規格型號變頻高速異步電機對拖的方式形成被試變頻器的能量回饋型負載，被試變頻器拖動電機運轉于試驗所需要的工況下，陪試電機由陪試變頻器(并網逆變器)加載，陪試變頻器為轉矩/轉速可控的四象限變頻器，能量回饋交流電網。

主電量測試系統采用一套 湖南銀河電氣有限公司研制的 WP4000-6變頻功率分析儀。該系統由一臺WP4000變頻功率分析儀及6臺SP381201C變頻功率傳感器構成。6臺SP38120C變頻功率傳 感器分布于被試變頻器輸入、輸出側，同步高速采集電量數據，并通過高速光纖總線無損傳輸到位于操作臺的WP4000分析儀。傳感器采用定制測量柜安裝，測 量柜兼具接線箱功能，每個測量柜安裝3臺傳感器。WP4000分析儀嵌入式或臺式擺置于操作臺。輔助測量系統，如溫度、轉速等測量采用銀河電氣的分布式測 試系統完成，由485總線傳輸至操作臺的試驗上位機，同時上位機通過定制開發的試驗軟件結合PLC控制系統可自動化完成整個試驗流程，并出具試驗報表。

五、變頻器試驗臺方案特點

SP系列變頻功率傳感器采用前端數字化技術，將被測對象在測量前端直接轉換為數字信號，再通過高速光纖傳輸至分析儀端，切斷了傳導干擾的途徑，減少了引入誤差的環節，極大的提高的整個測試系統的EMC電磁兼容性能，特別適用于復雜電磁環境下的變頻電量高精度測量。

WP4000變頻功率分析儀通過FPGA控制各個功率單元同步采樣時鐘，達到多通道同步采集，保證輸入、輸出功率同步測量，從而保證了效率的準確測量。

WP4000變頻功率分析儀最高250KHz采樣率，100KHz帶寬，諧波模式測量(基波有效值測量)范圍需覆蓋0.1Hz～400Hz，低頻段能夠穩定讀數，配置上位機軟件最高可分析至2000次諧波，且電壓、電流相對誤差不低于0.2%。

角差是影響功率測量準確度的核心指標，尤其是在電機空載試 驗、大型電力變壓器短路試驗等功率因數工況下，角差是影響功率測量準確度的核心指標。SP系列變頻功率傳感器采用國防科技大學專家團隊耗費數年研究成功 的，具有自主知識產權的電壓、電流敏感元件，具有微小的相移指標。并且因為將電壓、電流傳感器組合為一體，大大簡化了相位補償電路。0.2S3級的變頻功 率傳感器在50Hz時的角差典型值為5′，相當于0.1S級電壓、電流互感器的角差。

SP的電壓、電流通道均設置了8個檔位，每個檔位只測量在 本檔位量程的50%~100%范圍內的信號，實現了電壓0.75%~150%(Un額定電壓)、電流1%～200%(In額定電流)量程范圍內的標稱精度 測量。采用無縫自動轉換量程技術，檔位切換時，數據不丟失的特點可滿足寬幅值范圍內的動態測量，全面記錄被測信息，不放過每一個細節變化。