牽引電氣傳動(dòng)電機試驗臺測試系統解決方案
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- 發(fā)布時(shí)間：2014/6/26 10:13:02
- 作者：hb_yinhe
牽引電氣傳動(dòng)電機試驗臺一套集測量技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、計算機技術(shù)、電機檢測技術(shù)、電力電子技術(shù)等于一體的軌道交通牽引系統檢測的綜合性試驗臺，總體包括電氣牽引系統試驗、VVVF牽引變頻器試驗、牽引電機試驗三個(gè)部分，整個(gè)試驗按照國家標準進(jìn)行，可以形象逼真的模擬整個(gè)牽引及制動(dòng)負載系統，有效解決了我國軌道交通牽引系統的試驗瓶頸問(wèn)題。
一、牽引電氣傳動(dòng)電機試驗臺引用標準及試驗項目
1、牽引電氣傳動(dòng)電機試驗臺引用標準
IEC 61377-1996《電力牽引-機車(chē)車(chē)輛-逆變器供電的交流電動(dòng)機及其控制系統的綜合試驗》
GB/T 25122.1-2010《軌道交通機車(chē)車(chē)輛用電力變流器 第 1 部分： 特性和試驗方法(IEC61287-1:2005, MOD)》
TB-T 2437-2006 《機車(chē)車(chē)輛用電力變流器特性和試驗方法》
GB 156-1993 《標準電壓》
GB/T 1980-1996 《標準頻率》
GB 3797－89 《電控設備 第二部分：裝有電子器件的電控設備》
GB/T 10411-2005 《城市軌道交通直流牽引供電系統》
GB/T 21413.1-2008《鐵路應用 機車(chē)車(chē)輛電氣設備第 1 部分：一般用條件和通用規則》
GB/T 10236-2003 《半導體變流器與供電系統的兼容及干擾防護導則》
IEC61310-1996 《機械安全、指示、標志和操作》
GB/T 755-2008 《旋轉電機 定額和性能》
IEC 6000947-1995 《低壓開(kāi)關(guān)和控制裝置》
IEC 60850 《鐵路應用——牽引系統的供電電壓化》
IEC 60076-2000 《電力變壓器》
IEC 60085-1984 《電氣絕緣的耐熱評價(jià)和分級》
GB/T 3859 《半導體變流器》
GB/T 14549-93 《電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)諧波》
IEEE std 519-1992 《電力系統諧波控制（推薦實(shí)施）》
GB/T 13422-1992 《半導體電力變流器電氣試驗方法》
GB/T 16927.1-1997 《高電壓試驗技術(shù)第一部分：一般試驗要求》
GB/T 16927.2-1997 《高電壓試驗技術(shù) 第 2 部分 測量系統》
GB/T 12668 《調速電氣傳動(dòng)系統》
JB/T 9641-1999 《試驗變壓器》
SJ-T 10691-1996 《變頻變壓電源通用規范》
GB-T 6451-2008 《油浸式電力變壓器技術(shù)參數和要求》
GB/T 17626 《電磁兼容》
GB14050-93《系統接地的型式及安全技術(shù)要求》
GB/T 50054-95 《低壓配電設計規范》
GB/T 50055-93 《通用用電設備配電設計規范》
GB/T 63-90 《電力裝置的電測量?jì)x表裝置設計規范》
GB/T 6738-86 《電測量指示和記錄儀表及其附件的安全要求》
2、牽引電氣傳動(dòng)電機試驗臺引用標準及試驗項目
電氣牽引系統試驗
空載試驗
低電壓、高電壓、額定電壓最大電流試驗
堵轉轉矩和堵轉電流試驗
峰值功率試驗
峰值扭矩試驗
超速試驗
工作特性曲線(xiàn)
啟動(dòng)試驗
過(guò)載試驗
系統效率試驗
牽引特性試驗
制動(dòng)特性試驗
轉速控制精度試驗
過(guò)電流、過(guò)電壓、欠電壓保護功能試驗
饋電試驗
電壓突變試驗
斷電區試驗
噪聲試驗
溫升試驗
故障保護試驗
VVVF牽引變頻器試驗
牽引特性試驗
制動(dòng)特性試驗
電壓突變試驗
高壓區試驗
低壓區試驗
保護值整定試驗
斷電區試驗
系統跟隨試驗
溫升試驗
負載能力試驗
牽引電機試驗
空載試驗
短時(shí)升高電壓試驗
堵轉試驗
溫升試驗
工作特性曲線(xiàn)及容差（電壓、電流、功率、效率、功率因數、轉矩、頻率、溫度、轉差頻率與轉速關(guān)系曲線(xiàn)）
超速試驗
啟動(dòng)試驗
過(guò)載試驗
電機效率測試
耐電壓試驗
振動(dòng)試驗
噪聲試驗
溫度傳感器檢測
軸電壓測量
二、牽引電氣傳動(dòng)電機試驗臺需求分析
1、主電量測試指標要求分析
該分析基于用戶(hù)方要求，綜合考慮在試驗過(guò)程中由于過(guò)載可能出現的電參量幅值波動(dòng)范圍。
牽引變頻器直流側
牽引變流器額定容量1MW，最大過(guò)載輸出容量為1.8倍，DC1500V供電制式時(shí)，直流母線(xiàn)最高電壓至2200V（招標文件規定的試驗電源最高輸出電壓）、母線(xiàn)電流最大至1000A；
DC750V供電制式時(shí)，直流母線(xiàn)最高電壓至1200V（招標文件規定的試驗電源最高輸出電壓，母線(xiàn)電流最大至2000A ；
直流側測量設備的量程需要按照最高測試電壓2200V（平均值）、最大測試電流2000A、18倍的量程比進(jìn)行選型。
牽引變流器交流側
DC1500V供電制式時(shí)，牽引變頻器額定輸出電壓1050V（基波有效值），額定電流550A左右，在最大過(guò)載時(shí)（1.8倍容量）輸出電流約1000A。
DC750V供電制式時(shí)，牽引變頻器額定輸出電壓550V，額定電流約1050A，該制式下變頻器為每相雙模組或四模組輸出，每組輸出525A或265A，給兩臺或4臺牽引電機供電，即最多會(huì )有12個(gè)電流輸出通道，每通道265A。在最大過(guò)載時(shí)（1.8倍容量）輸出電流約1900A，每通道475A左右。
綜上所述，為兼容750V、1500V兩種供電制式的牽引變頻器輸出測量，需在輸出端配置12個(gè)通道的功率測量單元。每單元按電流265A，電壓1050V，允許1.8倍電流短時(shí)過(guò)載進(jìn)行配置，且同時(shí)滿(mǎn)足幅值在10%--180%變化范圍內測量準確度在允許值內。
根據相關(guān)國標、被牽引變流器技術(shù)要求和在同類(lèi)工程測試實(shí)踐中得出的經(jīng)驗參考值，被測主電量的基波頻率變化范圍為0.1~150Hz；帶寬范圍0~10kHz；功率因數范圍：0.1~1。
2、主電量測試要求歸納
| 序號 |
參量名稱(chēng) |
幅值范圍 |
基波頻率范圍 |
帶寬范圍 |
通道數 |
| 牽引變流器直流側 |
|
|
|
|
|
| 1 |
Udc |
0~2200V |
|
10 kHz |
1 |
|
Idc |
0~2000A |
|
|
1 |
| 牽引變流器交流側 |
|
|
|
|
|
| 2 |
三相電壓 |
0～1155V（1050V*1.1） |
0.1～150Hz |
10kHz |
12 |
| 3 |
三相電流 |
0～1000A（550A*1.8） |
0.1～150Hz |
10kHz |
12 |
| 4 |
功率因數（基波功率因數） |
0.1～1 |
|
|
|
三、牽引電氣傳動(dòng)電機試驗臺測試系統構成原理圖
根據“主電量測試指標要求分析”結果，直流試驗電源輸出側（牽引變流器輸入）選用SP332202C型變頻功率傳感器一臺即可完成不同供電制式下所有直流參數的數據采集。其輸出數字化后光纖傳輸到中控臺的DH2000-2數字主機，DH2000-2通過(guò)usb口與數據采集上位機高速通訊，進(jìn)行各項參數的分析處理。
交流側選用SP112301C型變頻功率傳感器12臺，即可完成不同供電制式、不同模組輸出方式下（1、2、4模組輸出）變頻器輸出側三相交流電參數的數據采集。其輸出數字化后光纖傳輸到中控臺的兩臺WP4000功率分析儀及數據采集上位機進(jìn)行各項參數的分析處理。
牽引電機輸出機械率測量
本試驗系統中，4臺牽引電機的機械功率由扭矩、轉速測量值運算獲取。扭矩和轉速采用4臺扭矩、轉速傳感器進(jìn)行測量，輸出脈沖信號經(jīng)4個(gè)DM4022雙通道頻率測量模塊送入DH2000-4型數字主機的非電量擴展接口，機械功率與電功率的測量同步性由DH2000-4與WP4000相連的同步光纖予以保證，測量數據傳送至中控臺PC2的數據采集分析軟件進(jìn)行處理，與牽引變頻器的輸入功率一起參與運算，可得出牽引傳動(dòng)系統的實(shí)時(shí)效率。
扭矩、轉速傳感器采用應變式扭矩傳感器，以滿(mǎn)足扭矩動(dòng)態(tài)響應指標的要求。
輔助參量監測主要包括開(kāi)關(guān)狀態(tài)（閉合斷開(kāi)）、設備電量信息、溫度、濕度、油壓、水壓、流量、振動(dòng)、噪聲等的監測；輔助控制系統用于對試驗線(xiàn)路按需配置、負載配置、冷卻系統控制、調壓器伺服電機控制、系統保護等。
本試驗站輔助參量監測類(lèi)型豐富、監測點(diǎn)與受控設備數量較多，空間分布位置離散，現場(chǎng)電磁環(huán)境復雜，從系統設計的可靠性、穩定性原則考慮，宜采用DCS型測控系統，選用DMC300分布式測控系統。
牽引電氣傳動(dòng)電機試驗臺試驗系統構成原理圖
牽引電氣傳動(dòng)電機試驗臺測控系統構成原理圖
四、牽引電氣傳動(dòng)電機試驗臺系統測試設備選型
根據“主電量測試指標要求分析”結果，直流試驗電源輸出側（牽引變流器輸入）選用SP332202C型變頻功率傳感器一臺即可完成不同供電制式下所有直流參數的數據采集。其輸出數字化后光纖傳輸到中控臺的DH2000-2數字主機，DH2000-2通過(guò)usb口與數據采集上位機高速通訊，進(jìn)行各項參數的分析處理。
交流側選用SP112301C型變頻功率傳感器12臺，即可完成不同供電制式、不同模組輸出方式下（1、2、4模組輸出）變頻器輸出側三相交流電參數的數據采集。其輸出數字化后光纖傳輸到中控臺的兩臺WP4000功率分析儀及數據采集上位機進(jìn)行各項參數的分析處理。
設備參數表：
| 序號 |
設備名稱(chēng) |
用途 |
技術(shù)參數 |
數量 |
| 1 |
SP332202C |
牽引變頻器直流測試 |
3300V/2000A |
1 |
| 2 |
SP112301C |
牽引變流器交流測試 |
1140V/300A |
12 |
| 3 |
DM4022 |
牽引電機機械功率測量 |
0.1—50kHz |
4 |
| 4 |
動(dòng)態(tài)扭矩傳感器 |
牽引電機扭矩轉速測量 |
0.2%F.S |
4 |
| 5 |
WP4000-6功率分析儀 |
牽引變流器交流測試 |
6功率通道 |
2 |
| 6 |
DH2000-4數字主機 |
牽引變頻器直流測試；牽引電機機械功率測量 |
4通道 |
1 |
| 7 |
DM4103-1 |
加載回饋功率測試 |
1000V/1A |
4 |
| 8 |
LT505-S |
陪試變頻器機側電流測量 |
Iem 500A |
4 |
| 9 |
DM4031 |
溫度測量 |
-40℃~400℃ |
4 |
| 10 |
DM4032 |
溫度測量 |
-40℃~400℃ |
4 |
| 11 |
DM4105-1 |
三相交流電壓測量 |
0.5V~120V |
5 |
| 12 |
DM4105-2 |
三相交流電壓測量 |
4V~1000V |
7 |
| 13 |
DM4107-2 |
三相交流電流測量 |
25mA—6A |
12 |
| 14 |
DM4101-3 |
制動(dòng)電阻電流測量 |
1mV~250mV |
1 |
| 15 |
2000A分流器 |
制動(dòng)電阻電流測量 |
輸出0-75mV |
1 |
| 16 |
DM4041 |
4-20mA測試 |
4通道，4—20mA |
4 |
| 17 |
DM4042 |
4-20mA測試 |
8通道，4—20mA |
1 |
| 18 |
DC0602 |
開(kāi)關(guān)量測控 |
6輸入，2輸出 |
13 |
| 19 |
DMC300數字主機 |
分布式測控主機 |
|
2 |
五、牽引電氣傳動(dòng)電機試驗臺測試系統特點(diǎn)簡(jiǎn)述
在線(xiàn)工具 
