基于磁粉制动器的变频器低电压穿越能力的测试方法技术领域
本发明涉及一种基于磁粉制动器的变频器低电压穿越能力的测
试方法。
背景技术
所谓变频器低电压穿越能力，是指变频器及供电对象设备外部故
障或扰动引起的暂态、动态或长时间电源进线电压降低到规定的低电
压穿越区内时，能够可靠供电，保障供电对象的安全运行。目前，火
力发电厂均配置大量辅机且常常处于低负荷和变负荷运行状态，通过
对辅机加装变频调速系统，可以有效提高节能效益。然而，低压辅机
如给煤机、给粉机等，由于负载较重，变频调速系统“瞬停”功能不
适用，且不具备自动工频切换旁路，在发生电压跌落时，变频系统会
闭锁停机，导致给煤机、给粉机器等重要辅机停机，进而引发电厂发
生锅炉停炉、机组停机事故。
通过国内发生的几起事故分析可发现，电网故障时主保护未动靠
后备保护切除故障或重合闸于永久性故障、启动大型厂用电设备或厂
用电源异常低电压都会造成变频器动力电源低电压，此类电厂厂用电
电压跌落引发的锅炉停炉、机组停机事故，严重影响电厂、电网安全
稳定运行。2013年元月，国家电网公司下文要求排查火电厂辅机变
频器低电压穿越能力，对于不满足低电压穿越能力要求的机组，应进
行低电压穿越能力改造，并在改造后完成低电压穿越能力测试工作，
确保机组具备一定的低电压穿越能力，保障机组的安全稳定运行。
当前各省采用的变频器低电压穿越能力测试方法均采用电压暂
降发生仪模拟变频器输入电压跌落，并记录变频器交流输入电压、交
流输出电压及直流母线电压。该项测试工作可能引起变频器闭锁停
机，一般选择机组停机期间开展，在停机期间，给煤机、给粉机电动
机难以带实际负载运行，目前的做法是让给煤机、给粉机电动机空载
运行，即电动机空转或仅带皮带运行，其低电压穿越能力测试结果仅
反映空载运行时的结果，无法反映机组实际运行时的实际情况。特别
是改造后进行低电压穿越能力测试，若仅采用空载运行的电动机作为
负载，其测试结果难以保证机组正常运行时的低电压穿越能力。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种基于磁粉制动器的变频器
低电压穿越能力的测试方法。
本发明是通过以下技术方案来实现的。
一种基于磁粉制动器的变频器低电压穿越能力的测试方法，步骤
包括：
(1)设置电压暂降发生仪串接于厂用母线与被试辅机变频器之
间，被试辅机变频器交流输出至被试辅机电动机，设置磁粉制动器连
接被试电动机的输出轴，厂用母线与电压暂降发生仪之间设置断路器
Q0、断路器Q1，电压暂降发生仪与被试辅机变频器之间设置断路器
Q2，设置数字存储录波器，分别连接被试辅机变频器的交流输入电
压端、交流输出电压端、DC+、DC-；
(2)启动数字存储录波器，选择数字存储录波器通道并设置耦
合方式、电压上下限参数；
(3)闭合厂用母线的断路器Q0、断路器Q1，使电压暂降发生
仪得电，电压暂降发生仪输入电压、三相指示灯显示正常，根据电压
暂降模拟工况，设置电压暂降时间，暂降次数，并根据暂降电压值选
择相应的断路器出口；
(4)闭合断路器Q2，检查数字存储录波器交流输入电压、变频
器直流母线电压显示正常；
(5)根据被试辅机变频器就地或远方控制方式，设置变频器启
动频率，并启动变频器，检查数字存储录波器直流母线电压、交流输
出电压显示正常；
(6)逐步增大磁粉制动器激磁电流，并用卡钳表监视变频器交
流输入电流，直到输入电流增加至变频器正常运行时输入电流；
(7)启动存储录波模式，点击电压暂降发生仪面板上得暂降按
钮，根据(3)中设置的电压暂降次数、暂降时间和暂降深度模拟电
压暂降，在暂降结束并恢复正常电压后，结束存储录波模式；
(8)通过存储录波记录的电压暂降期间被试辅机变频器直流母
线电压、交流输出电压的变化情况即可判断被试辅机变频器是否具备
指标要求的低电压穿越能力。
进一步地，电压暂降发生仪至少应能模拟以下三种工况：1)稳
态低电压穿越区：变频器电源进线电压幅值暂降至额定电压90％，持
续时间60s；2)动态低电压穿越区：变频器电源进线电压幅值暂降至
额定电压60％，持续时间5s；3)暂态低电压穿越区：变频器电源进
线电压幅值暂降至额定电压20％，持续时间0.5s。
进一步地，辅机电动机实际运行时产生的制动转矩通过下式计
算：
TM＝9500*PM/nM；
其中PM为电动机额定输出功率，nM为电动机额定转速，电动机
与磁粉制动器转速比为nM/nZ＝k，其中nZ为磁粉制动器转速，k值可
根据磁粉制动器转速高于最低转速并保证其长期可靠运行进行调整。
进一步地，可近似磁粉制动器应产生的制动转矩为：
TZ＝k*TM。
磁粉制动器转矩、转速选择选择后进行激磁电流选取：
通过实际测量并记录给煤机实际运行时变频器输入三相交流电
流，并在开展低电压穿越能力测试时，启动被试变频器使变频器带磁
粉制动器正常运行后，逐步增大磁粉制动器激磁电流，同时监视变频
器输入三相交流电流，在达到实际运行值时保持激磁电流不变。在此
激磁电流下磁粉制动器产生的制动转矩与实际运行时相同。
本发明的有益效果：
采用磁粉制动器作为给煤机、给粉机电动机的模拟负载，由于给
煤机、给粉机电动机所带负载为恒转矩负载，而磁粉制动器的输出制
动转矩与励磁电流呈良好线性关系而与转速或滑差无关，在特定励磁
电流下呈恒转矩特性。采用磁粉制动器作为给煤机、给粉机电动机的
模拟负载，可以测试出接近实际运行情况下的变频器低电压穿越能
力。
附图说明
图1为本发明的测试接线图。
具体实施方式
下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
系统测试接线图如图1所示，电压暂降发生仪串接于厂用母线与
被试变频器之间，被试变频器交流输出至被试辅机电动机，磁粉制动
器连接被试电动机的输出轴。由于磁粉制动器最大允许转速一般低于
被试辅机电动机转子转速，可在电动机及磁粉制动器上安装皮带轮，
并通过皮带将转速不同的电动机与磁粉制动器相连接。
因测试需要，本测试技术需要电压暂降发生仪模拟厂用母线电压
跌落，根据《大型汽轮发电机组一类辅机变频器高、低电压穿越技术
规范》，电压暂降发生仪至少应能模拟以下三种工况：1)稳态低电压
穿越区：变频器电源进线电压幅值暂降至额定电压90％，持续时间
60s；2)动态低电压穿越区：变频器电源进线电压幅值暂降至额定电
压60％，持续时间5s；3)暂态低电压穿越区：变频器电源进线电压
幅值暂降至额定电压20％，持续时间0.5s。电压暂降发生仪正常输出
为额定厂用母线电压，暂降时输出低电压，经过设定时间后恢复额定
厂用电压。
数字存储录波器通过并接变频器交流输入电压、交流输出电压和
直流母线电压测试并记录被试辅机变频器工作状况，通过记录的电压
波形即可确定被试辅机变频器是否具备低电压穿越能力。、
由于连续工作的磁粉制动器是处于100％的滑差条件下运行的，
磁粉制动器的滑差功率可近似为电动机的输出功率，磁粉制动器的选
择可依据允许滑差功率及电动机转速，并保留一定的裕度。
电动机所带负载为恒转矩负载，故辅机电动机实际运行时产生的
制动转矩可通过下式计算：
TM＝9500*PM/nM
其中PM为电动机额定输出功率(单位为kW)，nM为电动机额
定转速(单位为rpm)。由于电动机与磁粉制动器通过皮带连接，电
动机与磁粉制动器转速比为nM/nZ＝k，其中nZ为磁粉制动器转速，k
值可适当调整，调整的目标是磁粉制动器转速高于最低转速并保证其
长期可靠运行。
可近似磁粉制动器应产生的制动转矩为：
TZ＝k*TM
通过查阅磁粉制动器制动转矩与激磁电流关系可确定磁粉制动
器应施加的激磁电流。
根据磁粉制动器励磁电流与输出制动转矩的关系，逐步增大磁粉
制动器激磁电流，使其输出制动转矩达到给煤机实际运行时产生的制
动转矩。在实际操作时可通过实际测量并记录给煤机正常运行时变频
器输入三相交流电流，在被试变频器启动时，逐步增大磁粉制动器激
磁电流，同时监视变频器输入三相交流电流，在达到实际运行值时保
持激磁电流不变。
测试步骤及方法
1)按图1所示系统测试图进行接线连接。
2)启动数字存储录波器，选择数字存储录波器通道并设置耦
合方式、电压上下限等参数。
3)闭合厂用母线断路器Q0、Q1，使电压暂降发生仪得电，
电压暂降发生仪输入电压、三相指示灯显示正常。根据不同的电压暂
降模拟工况，设置电压暂降时间，暂降次数，并根据暂降电压值选择
相应的断路器出口。
4)闭合断路器Q2，检查数字存储录波器交流输入电压、变频
器直流母线电压显示正常。
5)根据变频器就地或远方控制方式，设置变频器启动频率，
并启动变频器，检查数字存储录波器直流母线电压、交流输出电压显
示正常。
6)逐步增大磁粉制动器激磁电流，并用卡钳表监视变频器交
流输入电流，直到输入电流增加至变频器正常运行时输入电流。
7)启动存储录波模式，点击电压暂降发生仪面板上得暂降按
钮，根据步骤3)中设置的电压暂降次数、暂降时间和暂降深度模拟
电压暂降，在暂降结束并恢复正常电压后，结束存储录波模式。
8)通过存储录波记录的电压暂降期间变频器直流母线电压、
交流输出电压的变化情况即可判断被试变频器是否具备指标要求的
低电压穿越能力。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟
悉此领域技术的人士能够了解本发明内容并加以实施，并不能以此限
制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修
饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。