采用电机对拖电能回馈法的变频器温升试验

1、采用电机对拖电能回馈法的变频器温升试验 大连普传科技股份有限公司 董建华 梁淼【摘要】 本文简述了根据国家标准要求的变频器温升实验依据、方案，给出一种简易节能实用的试验方法。前言：一个品质良好的变频器都应该通过产品质量认证及其完整的试验，试验类型包括型式试验(Type test)、出厂试验、抽样试验、选择(专门)试验、验收试验、现场调试试验等。温升试验是型式试验里的很重要的一项试验，其温升值可间接反映出变频器的工艺结构及电气设计水平、多种缺陷及故障隐患等。温升的上限值过高会造成因过载、过流、环境温度增加而烧毁变频器。温升的上限值过低会带来变频器的体积过大、成本增加等不利因素。变频器的故障率随温

2、度升高而成指数上升，使用寿命随温度升高而成指数下降，环境温度升高10度，变频器使用寿命减半。所以应保证变频器的使用温度，认真考虑其散热问题。温升试验的目的在于测定变频器在额定条件下运行时，各部件的温升是否超过规定的极限温升。试验应在规定的额定电流和工作制，以及在最不利的冷却条件下进行。大功率变频器的温升试验涉及负载、能耗等问题，合理的试验方法可以达到节能、方便的要求。1、试验依据2002年制定的国家标准GB/T12668.2-2002调速电气传动系统第二部分：一般要求低压交流变频电气传动系统额定值的规定给出了低压变频器一般额定值规定，在7.3.2“CDM/BDM的标准试验”中对于温升的“试验方

3、法”按半导体变流器基本要求的规定GB/T3859.1-1993的6.4.6规定执行。在“电气传动系统”的专门试验中提到温升试验“在要求的最大负载下，以最低转速、基本转速和最大转速进行温升试验。温升试验进行到所有温度都稳定为止”。在GB/T3859.1-1993的“检验与实验”中6.4.6“温升试验”中给出了具体要求：温升试验的目的在于测定变流器在额定条件下运行时各部件的温升是否超过规定的极限温升。半导体器件的温升极限可以是规定点（例如外壳）的最高温升，也可以是等效结温，由制造厂决定。变流器各部位的极限温升如表1所示。部件和部位极限温升（K）主电路半导体器件外壳温升和结温由产品技术条件或分类标准

4、规定主电路半导体器件与导体的连接处裸铜：45 有锡镀层：55 有铜镀层：70母排（非连接处）：铜；铝35；25浪涌吸收器与主电路的电阻元件距外表面30mm处的空气：25表1：变频器各部位的极限温升在送审的调速电气传动系统第5-1部分：安全要求：电气、热和能量（GB12668.5.1）标准中，给出了“防触电、热和能量危险的保护”的规定“当按照设备的额定值进行试验时，设备及其组成部分所达到的温度应当不超过表15中给出的温度”。对“橡胶绝缘导线或热塑绝缘导线、用户端子、母线和连接片或接线柱、绝缘系统、电容器、印制线路板”等“内部材料和部件的最大 HYPERLINK /SEARCH/WENZHANG/

5、%E6%B5%8B%E9%87%8F.HTM o 测量 t _blank 测量温度”做出了说明在电力系统DLT339-2010低压变频调速装置技术条件中对温升有下列要求：部件和部位材料和被覆层极限温升（K）连接于一般低压电器的母线连接处的母线紫铜、无被覆层60紫铜、镀锡65紫铜、镀银70铝、超声波镀锡箔55连接于电力半导体器件的母线连接处的母排紫铜、无被覆层45紫铜、镀锡55紫铜、镀银70铝、超声波镀锡箔352、试验方案：电机对拖电能回馈法温升试验根据试验条件、被试机功率大小可选择不同的试验方法，如小功率变频器可采用等效法温升试验（采用可调电阻、可调电抗器构成的模拟负载，由于不宜调节，功耗大等

6、缺点则很少采用）、通常采用模拟法（机组试验设备）进行温升试验、 采用电机对拖交流电能回馈法，试验主电路示意图如图1所示。本方法是采用两台同功率的三相异步电机同轴连接。陪试机通过工频启动后，变频器利用速度追踪功能驱动电机跟随陪试机，变频器输出频率略高于工频，陪试机处于发电状态，消耗电能回馈电网。图1：对拖回馈法试验普传科技采用此方法进行的温升试验，线路简单，能源消耗少，测试数据可信。采用埋置检温计法将电阻检温计、热电耦或半导体热敏元件埋植于变频器内部不能触及的部位，如IGBT在散热器的固定处(至少2点)、整流桥在散热器固定处等，经连接导线引到变频器外的二次仪表，通过温度仪表显示读数，从而测定温度

7、值。在测量时应控制测量电流的大小和通电时间，以免因测量电流引起的发热而带来误差。每个检测元件应与被检测点表面紧密相贴，以有效的防止测温元件受到冷却介质的影响。试验现场如图2所示 图2 变频器温升试验现场实际试验时，被试变频器（220KW）驱动电机（M2，电流超过变频器额定输出电流1.2倍以上）先运行到50Hz，然后由调压器再将另一台电机(M1)减压运行（注意相位），慢慢升到工频（50Hz）。这时两台电机同频运行。测试时将变频器频率稍上调（高于50Hz，调整电流输出额定值），带动M2电机运行，M2处于发电状态，能量回馈电网。用很少的能量消耗即可完成大功率变频器的温升试验。3、试验方法与仪器的选择

8、温升试验时应满足国标中的环境条件要求，变频器周围空气温度在+10+40之间，测量时至少用两个温度计，均匀分布在变频器的周围，放置在被试变频器高度的0.5m处离开被试变频器的距离约1m。温升应尽可能在规定点测量。如果变频器的额定值不是基于连续工作制，则应测量主电路部件和冷却系统的热阻抗。对主电路的半导体器件，应测量若干个器件。其中应包括冷却条件最差的器件。记录半导体器件规定部位的温升和计算等效结温，并以此说明在考虑了并联器件的均流情况之后，装置能承受规定的负载而不超过规定的最高等效结温。变频器处于规定的通风和散热条件下，输入电压为额定电压，装置输出为额定电流，测试其主要部件温升，如散热器、IGB

9、T、整流桥、直流母线等。用测量仪器进行温度测量，试验时间一般不低于2h，每隔20min做一次试验温升值记录，如果温度的变化速率小于1/h，则认为温升已达稳定值。在报批的通用1 kV及以下变频调速设备第2部分：试验方法中，也有下列要求：温升试验应在冷却设备工作，进行电流试验的条件下确定。如果在低于规定的最高温度下试验，应进行修正。（如何修正）温升试验应尽可能在额定负载下进行。环境温度应在试验周期的最后四分之一期间测量。应至少使用两个测温元件对称布置在设备的周围，其位置高度约为设备高度的二分之一，距设备不超过300 mm。应注意避免空气流动和直接热辐射对测量的影响。试验时，调整输入电压和负载电流等

10、于规定值。检查各部件的温度，直至达到热平衡；调整过载电流和时间间隔，测量各部件的温度（包括在最高温度下工作的部件的温度）试验时采用的主要试验仪器有：（1）电压表和电流表：应采用可以测量真有效值的表记。对于测量仪表不仅有准确度要求外，测量变频器的输出电压、电流还必须如实记录下基波的有效成分，否则会给测量带来很大的误差，影响温升及其它参数测量的准确性。其表记最好经过频谱分析仪的校核（如1905a）。电流互感器至少为0.2级，电流表至少为0.5级，且测量时各回路电流表的指示值为全量程的2/3以上（电流表指针占满刻度的2/3以上）。（2）远红外测试仪或热成像仪：可以观测到的部位可采用远红外测试仪或热成

11、像仪进行温度测量。将远红外测试仪按照说明书上的距离要求对需要测试的部位进行测试，远红外测试仪要正对测试点，读取远红外测试仪上显示的读数，减去环境温度即为温升值。（3）热电偶：不易观测到的部位应采用热电偶测量，将热电偶粘贴在要测试部位，注意此处使用的热电偶应能承受与变频器一致的额定电压（带电部位的测量需要与热电偶电隔离），将热电偶两端产生的热电势通过直流电压表读取，对照热电势和温升的分度表写出温升值。（4）热敏电阻：变频器主要部位温升的测试也可用热敏电阻。例如IGBT产生的温度透过散热片传至紧贴其上的负温度系数热敏电阻，该电阻阻值的变化间接反映了IGBT的温度变化，国内性能好的变频器一般具有IGBT温度值显示功能。（5）温度显示仪表。4、试验结果判定在GB/T 12668.22002调速电气传动系统 一般要求低压交流变频电气传