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摘要：近年来，随着科学技术水平的不断发展和进步，各类大功率的设备越来越多，德国西门子公司推出的SM150中压变频器具有非常多的优点，其现已被广泛应用于各类系统当中。文章首先对SM150中压变频器进行简介，并在此基础上对大功率测试系统中的SM150中压变频器的具体应用进行研究。
关键词：SM150；中压变频器；大功率测试
中图分类号：TD634 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）13-0046-02
1 SM150中压变频器简介
SM150系列变频器是德国西门子公司的主推产品，该系列变频器的成功推出，使2.3～7.2kV大功率中压变频调速装置获得高动态性能变为可能，其能够对0～9000RPM范围内的传动速度进行精准控制。同时，该系列变频器还能对线路供电进行再生反馈，而且还能用作带IGCT半导体器件电机驱动装置的中压驱动，它的传动控制功能具体包括以下几项：矢量控制、传动顺序控制、速度控制、同步电机励磁控制、轴定位控制、波形监视、电机冷却与润滑以及轴瓦温控等等。SM150中压变频器的整流与逆变的功率元件采用的是相同的设计，两者的硬件结构基本一致，全部都是采用独立的水冷单元完成系统的冷却，以此来降低系统运行过程中的噪音和温度。SM150变频器自带有源前端，并且还能以四象限运行，其结构为中点钳位的三电平，该变频器的控制核心为D445控制器，单台最大功率为10MVA，3台并联可以组成28MVA的逆变器。此外，SM150变频器还可以构成公共直流母线带若干个逆变器的系统。SM150变频器的整流与逆变单元全部都是由相模块构成，每个模块由4块IGCT组成，其中整流单元自带有源前端，水冷单元则是由泵系统、去离子和热交换装置构成，控制单元由D445组成。
下面简要介绍一下SM150中压变频器的功能特点：其一，SM150具有非常灵活的电机保护功能。其允许电机在过载情况115%的条件下长期运行，当电机过载达到225%以上时，能够运行60秒，过载超过250%时，则可以运行20秒，一旦电机过载超出275%便会自行速断，以此来保护电机不受损坏；其二，控制性能。SM150变频器的这一性能主要是针对同步电动机而言的，当存在速度反馈时，其最大输出功率可达90Hz，控制精度则能够达到±0.01%，弱磁调速范围是1∶4，力矩控制精度为±2%；其三，功率因素可调。SM150变频器的变换效率能够达到0.99，IGCT的开关频率较低，仅为200Hz，其功率相对较小。
2 大功率测试系统中SM150中压变频器的具体应用
对于大功率测试系统而言，其设计的基本原则是应当满足相应的测试需求，为了便于本文研究，下面以某大功率齿轮箱的出厂测试为依托，对SM150中压变频器在其测试系统中的应用进行介绍。
2.1 测试系统的构成
该测试系统主要由以下五个部分构成：
（1）整流变压器。其为S1连续工作制，整体容量为7750kVA，连接组别为DY5，电压等级为10kV/3.3kV。
（2）变频器。该测试系统的变频器采用的是SM150中压变频器，其具有如下优点：设计紧凑、组态灵活，便于工厂集成的实现；操作界面友好、简单，方便操作人员对系统进行控制；变频器能够在需要维护时自动发出信号，有效确保系统的安全稳定运行；变频器采用的IGCT技术和无保险设计，既坚固又可靠；变频器自带的标配接口能够与自动化系统相连接；电源部分的创新性设计更加便于维修；柜门上的操作面板能够显示实际运行工况和设定相关参数，并且还能对故障发出告警显示。
（3）交流变频电机。为满足该大功率测试系统的需要，交流变频电机的额定输出功率设定为20MW，转速为996PRM，不但能够正转而且还能反转，同时电机为S1工作制，冷却方式水冷。冷却水系统由热交换装置与冷却水循环泵组成，主要负责对变频器进行冷却。
（4）PLC。测试系统的主控采用的是S7-300系列PLC，并配以工业以太网接口模块，能够通过CAN对控制器进行编程及调试。
（5）人机界面。测试系统的人机交互界面是其重要的组成部分之一，在操作面板上能够实现快速维修和本地操作两种模式，在工控机上则能够实现远程控制。利用人机交互界面能够非常方便地对系统进行监控，具体包括输入设定值、实际值输出以及系统状态实时监控等。
2.2 SM150变频器驱动功能
驱动系统主要由以下几个部分构成：整流变压器、整流单元、隔离开关柜、变频器水冷系统、逆变单元和变频电机等等。具体模块如下：整流模块、逆变模块、控制单元、操作单元。SM150变频器具有本地、维修和远程操控三种模式，借助PLC柜面上的开关能够进行模式切换，其中维修模式主要负责对变频器系统的检查，包括变频器、变压器、电机的风机启停、冷却系统启停等功能；本地模式通过CAN总线与D445进行通讯，以此来实现对测试系统的启停等操作；远程控制模式采用的是工控机，并通过以太网与D445进行通讯，对系统启停进行操作。SM150变频器是由3个独立的整流单元构成的，每个单元分别对自身的母线进行控制，并使其维持在4800V左右，而3个逆变单元则是通过D445进行同一控制，IGCT的触发信号是利用光纤进行传输，进而确保了3个逆变三元之间的输出电流同相位。SM150变频器具有以下保护功能：电机绕组温度异常保护、变压器温度异常保护、IGCT单元温度异常保护等。整个变频器系统具有故障分析和记录功能，并且还具备过电压、欠电压、过电流、过载、接地短路等故障保护功能，相关的故障报警信息通过CAN总线传输至上位机进行数据存储。
3 结语
综上所述，由于SM150中压变频器采用的是D445，其在功能上更加灵活，整个系统具有运行稳定性高、可靠性强等优点，它的模块化设计理念为维护与维修提供了方便，用户只需要按照自身的需求进行合理应用，便可以节省大量的维护时间和成本。
参考文献
[1] 徐捷爽.全新构架的中大功率分立器件测试系统的研制[J].中国集成电路，2010，（10）.
[2] 于恩波，卢楠，孙占功.探讨振荡波测试系统在电缆局部放电测试及定位中的应用[A].山东电机工程学会第十二届优秀论文汇编[C].2011.
[3] 安明.基于负载牵引法的微波大功率自动调配器的控制软件的研究及其应用[D].西安电子科技大学，
2011.
[4] 郭士瑞，冯建科，房征.FPGA器件在高速测试系统上的测试方法[A].2010全国测控、计量与仪器仪表学术年会论文集（上册）[C].2010.
[5] 马力，蒋焕文.快速频率特性测试系统——第三代自动测试系统的研究[J].北方交通大学学报，2009，（4）.
作者简介：邹秋元（1966—），男，湖南祁东人，湖南衡阳二七二社区电气工程师，硕士，研究方向：电气能源节约和管理、工厂变配电技术、电气自动化。
（责任编辑：周 琼）
关键词：SM150；中压变频器；大功率测试
中图分类号：TD634 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）13-0046-02
1 SM150中压变频器简介
SM150系列变频器是德国西门子公司的主推产品，该系列变频器的成功推出，使2.3～7.2kV大功率中压变频调速装置获得高动态性能变为可能，其能够对0～9000RPM范围内的传动速度进行精准控制。同时，该系列变频器还能对线路供电进行再生反馈，而且还能用作带IGCT半导体器件电机驱动装置的中压驱动，它的传动控制功能具体包括以下几项：矢量控制、传动顺序控制、速度控制、同步电机励磁控制、轴定位控制、波形监视、电机冷却与润滑以及轴瓦温控等等。SM150中压变频器的整流与逆变的功率元件采用的是相同的设计，两者的硬件结构基本一致，全部都是采用独立的水冷单元完成系统的冷却，以此来降低系统运行过程中的噪音和温度。SM150变频器自带有源前端，并且还能以四象限运行，其结构为中点钳位的三电平，该变频器的控制核心为D445控制器，单台最大功率为10MVA，3台并联可以组成28MVA的逆变器。此外，SM150变频器还可以构成公共直流母线带若干个逆变器的系统。SM150变频器的整流与逆变单元全部都是由相模块构成，每个模块由4块IGCT组成，其中整流单元自带有源前端，水冷单元则是由泵系统、去离子和热交换装置构成，控制单元由D445组成。
下面简要介绍一下SM150中压变频器的功能特点：其一，SM150具有非常灵活的电机保护功能。其允许电机在过载情况115%的条件下长期运行，当电机过载达到225%以上时，能够运行60秒，过载超过250%时，则可以运行20秒，一旦电机过载超出275%便会自行速断，以此来保护电机不受损坏；其二，控制性能。SM150变频器的这一性能主要是针对同步电动机而言的，当存在速度反馈时，其最大输出功率可达90Hz，控制精度则能够达到±0.01%，弱磁调速范围是1∶4，力矩控制精度为±2%；其三，功率因素可调。SM150变频器的变换效率能够达到0.99，IGCT的开关频率较低，仅为200Hz，其功率相对较小。
2 大功率测试系统中SM150中压变频器的具体应用
对于大功率测试系统而言，其设计的基本原则是应当满足相应的测试需求，为了便于本文研究，下面以某大功率齿轮箱的出厂测试为依托，对SM150中压变频器在其测试系统中的应用进行介绍。
2.1 测试系统的构成
该测试系统主要由以下五个部分构成：
（1）整流变压器。其为S1连续工作制，整体容量为7750kVA，连接组别为DY5，电压等级为10kV/3.3kV。
（2）变频器。该测试系统的变频器采用的是SM150中压变频器，其具有如下优点：设计紧凑、组态灵活，便于工厂集成的实现；操作界面友好、简单，方便操作人员对系统进行控制；变频器能够在需要维护时自动发出信号，有效确保系统的安全稳定运行；变频器采用的IGCT技术和无保险设计，既坚固又可靠；变频器自带的标配接口能够与自动化系统相连接；电源部分的创新性设计更加便于维修；柜门上的操作面板能够显示实际运行工况和设定相关参数，并且还能对故障发出告警显示。
（3）交流变频电机。为满足该大功率测试系统的需要，交流变频电机的额定输出功率设定为20MW，转速为996PRM，不但能够正转而且还能反转，同时电机为S1工作制，冷却方式水冷。冷却水系统由热交换装置与冷却水循环泵组成，主要负责对变频器进行冷却。
（4）PLC。测试系统的主控采用的是S7-300系列PLC，并配以工业以太网接口模块，能够通过CAN对控制器进行编程及调试。
（5）人机界面。测试系统的人机交互界面是其重要的组成部分之一，在操作面板上能够实现快速维修和本地操作两种模式，在工控机上则能够实现远程控制。利用人机交互界面能够非常方便地对系统进行监控，具体包括输入设定值、实际值输出以及系统状态实时监控等。
2.2 SM150变频器驱动功能
驱动系统主要由以下几个部分构成：整流变压器、整流单元、隔离开关柜、变频器水冷系统、逆变单元和变频电机等等。具体模块如下：整流模块、逆变模块、控制单元、操作单元。SM150变频器具有本地、维修和远程操控三种模式，借助PLC柜面上的开关能够进行模式切换，其中维修模式主要负责对变频器系统的检查，包括变频器、变压器、电机的风机启停、冷却系统启停等功能；本地模式通过CAN总线与D445进行通讯，以此来实现对测试系统的启停等操作；远程控制模式采用的是工控机，并通过以太网与D445进行通讯，对系统启停进行操作。SM150变频器是由3个独立的整流单元构成的，每个单元分别对自身的母线进行控制，并使其维持在4800V左右，而3个逆变单元则是通过D445进行同一控制，IGCT的触发信号是利用光纤进行传输，进而确保了3个逆变三元之间的输出电流同相位。SM150变频器具有以下保护功能：电机绕组温度异常保护、变压器温度异常保护、IGCT单元温度异常保护等。整个变频器系统具有故障分析和记录功能，并且还具备过电压、欠电压、过电流、过载、接地短路等故障保护功能，相关的故障报警信息通过CAN总线传输至上位机进行数据存储。
3 结语
综上所述，由于SM150中压变频器采用的是D445，其在功能上更加灵活，整个系统具有运行稳定性高、可靠性强等优点，它的模块化设计理念为维护与维修提供了方便，用户只需要按照自身的需求进行合理应用，便可以节省大量的维护时间和成本。
参考文献
[1] 徐捷爽.全新构架的中大功率分立器件测试系统的研制[J].中国集成电路，2010，（10）.
[2] 于恩波，卢楠，孙占功.探讨振荡波测试系统在电缆局部放电测试及定位中的应用[A].山东电机工程学会第十二届优秀论文汇编[C].2011.
[3] 安明.基于负载牵引法的微波大功率自动调配器的控制软件的研究及其应用[D].西安电子科技大学，
2011.
[4] 郭士瑞，冯建科，房征.FPGA器件在高速测试系统上的测试方法[A].2010全国测控、计量与仪器仪表学术年会论文集（上册）[C].2010.
[5] 马力，蒋焕文.快速频率特性测试系统——第三代自动测试系统的研究[J].北方交通大学学报，2009，（4）.
作者简介：邹秋元（1966—），男，湖南祁东人，湖南衡阳二七二社区电气工程师，硕士，研究方向：电气能源节约和管理、工厂变配电技术、电气自动化。
（责任编辑：周 琼）