解决方案

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高压变频器仿真测试

应用背景

高压变频器广泛应用于冶金、化工、矿业、船舶等众多工业领域,在降低电机能耗、提高传动系统的控制水平、变频软起动以及提升设备功率因数和效率等方面取得了用户的广泛认可。高压变频器存在电压等级较高、拓扑结构复杂、测试困难等问题,为了保证高压变频器高效、安全、可靠运行,在工业实际的 “研发—生产—试验”的产品迭代环节中,研发测试工程师要反复修改控制器参数、电路参数以进行一系列不同工况下高压变频器测试,基于半实物仿真支持任意拓扑模型搭建且高度精确的特点,采用HIL半实物硬件在环进行高压变频器研发测试已然成为现在主流趋势。


采用远宽能源自研MT 8020 HIL实时仿真器,可以帮助企业工程师进行如下高压变频器半实物仿真研究和测试:

1)  新型高压变频器拓扑结构应用研究

2)  针对不同电机类型的高压变频器系统测试

3)  高压变频器系统电网电压适应性等标准测试

4)  新型控制板/控制算法的控制性能验证


经典测试内容

基于远宽能源MT 8020实时仿真平台,可以对高压变频器系统进行一些标准测试,如电网适应性测试、飞车启动测试、变频器电网侧谐波测试以及满载、空载测试等;同时也能有效避免因控制器引起的“炸机”现象,为企业提供高效、安全、低成本的测试平台。


高压变频器测试内容:


1、电网适应性测试

高压变频器对电网电压波动应有极强的适应能力,在-20%~+15%电网电压波动范围内能满载输出。变频器应具有高压瞬间失电再起动功能,变频器瞬时失电后,5个周波之内,变频器运行不受任何影响。如果超过5个周波,变频器自动降额运行,待输入电压恢复正常后,自动重新提升输出频率到给定值,此过程由加减时间控制不应有初始化时间。


2、飞车启动测试

高压变频器应具备飞车启动功能,当电机还在旋转时能够保持正常启动,即确保电机在调速范围内的任何转速下,无需停车即可直接无冲击启动高压变频调速系统。


3、变频器电网侧谐波测试

变频器必须符合IEEE519-1992及中国电网对谐波的严格要求,高于国标GB/T14549-93标准对谐波失真的要求,保证变频器电网侧电流近乎为完美正弦波,不会对电网造成谐波污染。


4、满载、空载测试

针对软件性能方面测试,需要在VF控制以及开环矢量控制下进行满载空载测试以及参数辨识功能测试,保证控制器性能正确。


硬件在环解决方案



高压变频器拓扑介绍

下图为五级H桥级联高压变频器拓扑结构,其中输入电压为6KV中压电网,采用功率单元串联方式,利用移相叠加原理实现0~6KV完美无谐波输出。无需任何升压和滤波装置,可直接驱动普通中压电机。


前级每个功率模块内部均采用二极管进行全波整流,经中间大电容滤波,使电压波形平滑更趋于直流;后级采用IGBT逆变桥将直流逆变成脉宽调制电压输出,并控制输出电压波形中的基波幅值和频率。每个功率单元输入由移相变压器二次侧供电,每相5个功率单元输出串联,最终形成Y型连接。


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五级H桥级联高压变频器拓扑结构


基于MT 8020的CPU+FPGA联合实时仿真方案

基于MT 8020超强的CPU性能以及超高的FPGA计算精度,可将电网、移相变压器和不可控整流部分运行在8020实时仿真器的CPU上,级联H桥和电机部分运行在FPGA上。


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如下是基于MT 8020实时仿真器的五级高压变频器系统实时仿真实拍图,图右侧是MT 8020,用来仿真五级高压变频器系统;左侧是我们公司的MT 1070 快速原型控制器,MT 1070用来运行高压变频器系统的控制算法并发出PWM信号控制 MT 8020中实时运行的级联H桥;MT 8020 和 MT 1070 之间通过真实物理IO来交换信号,实现一个真正的 HIL(硬件在环)仿真测试系统。


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实时仿真实测结果

五级H桥级联高压变频器实时仿真波形如下所示,其中图(a)为高压变频器网侧电流,由于高压变频器拓扑结构采用5个功率单元串联,依次相差12°,形成30脉波的整流电路,网侧电流谐波非常少,波形质量较好;图(b)为不可控整流桥交流侧A相电流,不可控整流桥交流侧的A相电流与理论不可控整流桥交流侧波形结果基本一致;图(c)为高压变频器机侧电流,机侧电流呈正弦、波形质量较好;图(d)为高压变频器输出端线电压波形,该线电压呈21电平(4*N+1,N=5)近似正弦波形,与实际理论分析结果一致。图(e)为高压变频器A相桥臂两个相邻单元PWM信号,其中两路PWM载波初始相位相差36°。


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StarSim平台优势



▶  高准确性

搭载国内首创LC和RonRoff混合建模方法,适应从低频到高频的各种应用场景。低开关频率下采用LC建模;高开关频率下采用RonRoff建模方式,无额外开关损耗,让仿真结果更贴近真实物理系统。


▶  强易用性

兼容主流建模仿真软件,无需FPGA编程编译,丰富的IO接口,能够极大地提高用户在仿真测试中不断改变模型、修改参数时的实时运行效率。简洁的航插观测接口,方便用户拓展分析。


▶  超强CPU和FPGA实时仿真能力

搭载6核4GHz Intel Xeon CPU和 Xilinx UltraScale FPGA,能够实现基于CPU的实时仿真(步长最小可达25us)和基于FPGA的小步长实时仿真(步长最小可达250ns)。


仿真产品配置



硬件:

MT 8020 实时仿真器MT 1070快速控制原型机

注:点击产品名称快速跳转产品详情


软件:

1.StarSim HIL 硬件在环实时仿真软件

2.StarSim FPGA Circuit Solver 8000/9500 (单机最大支持230个关键元件,支持多机光纤并行)


MT 8020 实时仿真器产品参数:


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试用福利

了解完该实时仿真平台的强大性能和在实际研发测试中的高度便利,你是不是也很想借助该平台实现安全高效全覆盖测试,如果您现在的研发应用中有实时仿真测试需求,可识别如下二维码填写试用申请,快速得到平台实测效果!

注:如有任何疑问,请来电咨询021-65011357


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