國(guó)內(nèi)某知名液壓元件、液壓系統(tǒng)生產(chǎn)制造商研發(fā)的首套 大功率能量回饋型液壓馬達(dá)加載測(cè)試系統(tǒng)，用于企業(yè)液壓系 統(tǒng)的開(kāi)發(fā)、測(cè)試以及技術(shù)應(yīng)用。該系統(tǒng)工作時(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過(guò) 聯(lián)軸器帶動(dòng)液壓泵轉(zhuǎn)動(dòng)，被測(cè)馬達(dá)由液壓泵驅(qū)動(dòng)，同時(shí)被測(cè) 馬達(dá)由聯(lián)軸器與負(fù)載電機(jī)進(jìn)行連接，負(fù)載電機(jī)為被測(cè)馬達(dá)提 供所需的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)馬達(dá)的加載測(cè)試。

　　相較于傳統(tǒng)電機(jī)加載測(cè)試系統(tǒng)，能量回饋型加載系統(tǒng)是 液壓馬達(dá)加載測(cè)試的一種優(yōu)選方案(圖1)，該方案具有響 應(yīng)速度快、節(jié)能高效的特點(diǎn)。在測(cè)試過(guò)程中，負(fù)載所消耗的 絕大部分機(jī)械能能夠通過(guò)變頻器再回饋到電網(wǎng)，從而達(dá)到節(jié) 能測(cè)試的目的。四象限運(yùn)行的有源整流回饋單元不僅能消除 高次諧波，提高功率因數(shù)，而且不受電網(wǎng)波動(dòng)的影響，這些 特別適用于液壓泵和馬達(dá)測(cè)試的綜合試驗(yàn)臺(tái)。

　　1 客戶需求

　　交流異步電機(jī)因其既可以運(yùn)行于電動(dòng)狀態(tài)下，又能夠運(yùn) 行在發(fā)電狀態(tài)下，因此要求變頻器能夠?qū)惒诫姍C(jī)設(shè)置在不 同的工況下，完成電動(dòng)和能量回饋的四象限運(yùn)行，并同時(shí)滿 足以下要求：

　　(1)閉環(huán)矢量控制

　　支持速度、轉(zhuǎn)矩控制;并滿足馬達(dá)重過(guò)載實(shí)驗(yàn)工況。 (2)穩(wěn)速精度高

　　支持被測(cè)馬達(dá)長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)速疲勞實(shí)驗(yàn)。 (3)轉(zhuǎn)矩響應(yīng)快

　　支持額定轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩內(nèi)，液壓馬達(dá)高頻次正反轉(zhuǎn)沖擊實(shí)驗(yàn)。 (4)低諧波

　　對(duì)周邊弱電設(shè)備、儀器無(wú)干擾。

　　(5)總線控制

　　支持Modbus、Profinet通訊控制要求。

　　2 英威騰四象限變頻柜機(jī)整體解決方案

　　根據(jù)測(cè)試臺(tái)控制要求，英威騰提供了一套四象限變頻 柜機(jī)整體解決方案，其中采用了GD880系列工程傳動(dòng)產(chǎn)品， 集成進(jìn)線柜、有源整流柜、逆變柜及控制柜。英威騰GD880 系列工程傳動(dòng)四象限變頻器分為單傳動(dòng)和多傳動(dòng)兩種拓?fù)湫? 態(tài)，是一款定位于高端應(yīng)用的高性能傳動(dòng)產(chǎn)品。產(chǎn)品基于 DFX理念進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，采用先進(jìn)控制算法，具有優(yōu)異的 速度和轉(zhuǎn)矩控制性能、高可靠性、高功率密度、便捷安裝、 調(diào)試、維護(hù)、保全全面等優(yōu)點(diǎn)，適用于石油、港口起重、造 紙、冶金、船舶海工、隔膜泵、測(cè)試設(shè)備等行業(yè)，助力過(guò)程 工業(yè)及連續(xù)生產(chǎn)設(shè)備國(guó)產(chǎn)化升級(jí)。系統(tǒng)拓?fù)淙鐖D2所示。

　　·進(jìn)線柜：含進(jìn)線保護(hù)斷路器、上電緩存組件及供電模塊;

　　· 整流柜：含有源整流單元、LCL濾波單元、快速熔斷器 及直流母排;

　　· 逆變柜：含逆變單元、輸出電抗器、快速熔斷器及共 模濾波器;

　　· 控制柜：含有源整流控制單元、逆變控制單元、操作 面板以及輔助控制回路等。

　　3 方案價(jià)值

　　英威騰GD880四象限變頻柜機(jī)采用單整流加雙逆變方 案，整流部分采用超低諧波有源整流技術(shù);控制單元采用 最新DSP+FPGA+ARM三芯片架構(gòu)，I/O、總線、編碼器等 信號(hào)、電機(jī)算法統(tǒng)一由DSP處理，響應(yīng)高效;以太網(wǎng)監(jiān)控、 實(shí)時(shí)時(shí)鐘、SD卡存儲(chǔ)統(tǒng)一由ARM處理，實(shí)時(shí)操作;DSP、 FPGA、ARM經(jīng)高速總線實(shí)時(shí)交互數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)高速高精度環(huán) 路控制運(yùn)算及發(fā)波控制，確保驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)卓越的動(dòng)態(tài)響應(yīng)和控 制性能。同時(shí)GD880四象限變頻器還具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

　　· 有源整流四象限運(yùn)行

　　采用直流母線電壓環(huán)、坐標(biāo)變換及VD矢量變換等技術(shù) 根據(jù)電網(wǎng)電壓、母線電壓及輸入電流自動(dòng)控制IGBT的驅(qū)動(dòng)， 有效保證回饋電能質(zhì)量;且變頻器輸入電流小，功率因數(shù) 高(≥0.99@滿載)，功率密度大，諧波含量小(THDi < 5% (@ 額定功率)THDu < 5% )，大大減少了對(duì)電網(wǎng)的污染;

　　· 優(yōu)異的過(guò)載能力

　　以連續(xù)運(yùn)行電流IHd為基準(zhǔn)，負(fù)載周期內(nèi)允許以150%持 續(xù)過(guò)載60s或以180%持續(xù)過(guò)載10s;滿足液壓馬達(dá)重載測(cè)試 工況;

　　· 動(dòng)態(tài)響應(yīng)及穩(wěn)速精度高

　　轉(zhuǎn)矩響應(yīng)：<5ms、穩(wěn)速精度：± 0.01%，完全滿足液壓 馬達(dá)30次/分鐘高速正反轉(zhuǎn)沖擊實(shí)驗(yàn)及長(zhǎng)時(shí)間疲勞實(shí)驗(yàn);

　　· 多總線冗余控制

　　支持主流通訊協(xié)議(Modbus/Profinet/Profibus-DP/ CANopen)等及雙通道總線控制，支持內(nèi)部切換，解決過(guò) 程控制通訊冗余備份問(wèn)題，確保通訊暢通;

　　· 專業(yè)的柜體設(shè)計(jì)

　　整套變頻器柜從設(shè)計(jì)到生產(chǎn)處于全面質(zhì)量管控體系之 下，主回路功率柜體均經(jīng)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)試驗(yàn)證;柜體熱仿真、 機(jī)械力學(xué)仿真等專業(yè)化的設(shè)計(jì)手段有效保障了產(chǎn)品耐用性及 可靠性。

　　由于異步電機(jī)外特性曲線范圍比較廣，幾乎可以滿足其覆 蓋范圍內(nèi)的所有參數(shù)的測(cè)試;轉(zhuǎn)速在200 r /min以上時(shí)，功率 回收效率可以在50%～70%，但其初期投資較高，因而特別適 合連續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、可靠性要求高以及高速、高功率的測(cè)試工況。

　　英威騰GD880系列四象限變頻器應(yīng)用于該測(cè)試平臺(tái)中， 對(duì)于液壓馬達(dá)性能和質(zhì)量的提升，液壓系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)整、以 及新技術(shù)研發(fā)等方面提供了有力支持，見(jiàn)圖3。

　　4 結(jié)語(yǔ)

　　英威騰GD880系列工程傳動(dòng)變頻器分為單傳動(dòng)和多傳動(dòng) 兩種拓?fù)湫螒B(tài)，是一款定位于高端應(yīng)用的高性能傳動(dòng)產(chǎn)品。 產(chǎn)品基于DFX理念進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，采用先進(jìn)控制算法，具 有優(yōu)異的速度和轉(zhuǎn)矩控制性能、高可靠性、高功率密度、便 捷安裝、調(diào)試、維護(hù)、保全全面等優(yōu)點(diǎn)，適用于石油、港口 起重、造紙、冶金、船舶海工、隔膜泵、測(cè)試設(shè)備等行業(yè)， 助力過(guò)程工業(yè)及連續(xù)生產(chǎn)設(shè)備國(guó)產(chǎn)化升級(jí)。