CN101738553A - 一种变频器和变流器的通用测试系统 - Google Patents

一种变频器和变流器的通用测试系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种变频器和变流器的通用测试系统，包括：供电变压器、四象限变频器、第一电机、第二电机、被测设备、测试系统监控模块；被测设备为变频器或变流器；供电变压器的输入端连接供电电网，供电变压器的输出端连接四象限变频器的输入端；四象限变频器的输出端连接第一电机的定子；第一电机和第二电机通过联轴器连接在一起；第二电机连接被测设备，受被测设备的控制；被测设备连接供电变压器的输出端；测试系统监控模块，用于监测和控制供电变压器、四象限变频器、第一电机和第二电机的状态参数以及测量被测设备的性能参数。该测试系统既可以实现对变流器又可以实现对变频器的测试。

Description

一种变频器和变流器的通用测试系统
技术领域
本发明涉及测试技术领域，特别涉及一种变频器和变流器的通用测试系统。
背景技术
变频器是利用电力半导体器件的通断将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。变流器是使电源系统的电压、频率、相数和其他电量或特性发生变化的电能控制装置。
目前的变频器测试设备只能针对变频器的性能进行测试，无法针对变流器的性能进行测试。相应的，目前的变流器测试设备也只能针对变流器的性能进行测试，无法针对变频器的性能进行测试。
综上所述，目前的变频器测试设备或变流器测试设备不能通用，仅能针对各自的设备进行性能测试。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种变频器和变流器的通用测试系统，既能够对变频器的性能进行测试，又能对变流器的性能进行测试。
本发明实施例提供一种变频器和变流器的通用测试系统，包括：供电变压器、四象限变频器、第一电机、第二电机、被测设备、测试系统监控模块；
所述被测设备为变频器或变流器；
所述供电变压器的输入端连接供电电网，所述供电变压器的输出端连接所述四象限变频器的输入端；
所述四象限变频器的输出端连接第一电机的定子；
所述第一电机和第二电机通过联轴器连接在一起；
所述第二电机连接所述被测设备，受所述被测设备的控制；
所述被测设备连接所述供电变压器的输出端；
所述测试系统监控模块，用于监测和控制所述供电变压器、四象限变频器、第一电机和第二电机的状态参数以及测量所述被测设备的性能参数。
优选地，所述被测设备通过可调压调频交流电源连接所述供电变压器的输出端。
优选地，当所述被测设备为变频器时，所述变频器驱动所述第二电机；
所述第二电机作为原动机拖动所述第一电机转动，所述第一电机处于发电状态；所述第一电机发出的电能传递至所述四象限变频器；
所述四象限变频器将所述电能转换为恒压恒频的三相交流电反馈至所述供电变压器的输出端。
优选地，当所述被测设备为变流器时，所述供电变压器的输出端为所述四象限变频器提供电源；
所述四象限变频器驱动所述第一电机转动，所述第一电机作为原动机拖动所述第二电机转动；所述第二电机处于发电状态；所述第二电机发出的电能传递至所述变流器；
所述变流器将所述电能转换为恒压恒频的三相交流电反馈至所述可调压调频交流电源。
优选地，所述供电变压器的输入端通过第一断路器连接供电电网；
所述供电变压器的输出端通过第二断路器连接所述四象限变频器的输入端；
所述可调压调频交流电源通过第三断路器连接所述供电变压器的输出端；
所述被测设备通过第四断路器连接所述可调压调频交流电源。
优选地，所述测试系统监控模块包括微处理器和模拟信号输入单元，所述模拟信号输入单元包括电流传感器、电压传感器、温度传感器、模拟信号接口和模数转换器；
所述电流传感器用于测量所述供电变压器、被测设备和第一电机及第二电机的电流，所述电流经过所述模拟信号接口进入所述模数转换器，所述模数转换器进行模数转换后，将转换后的数字电流信号发送至所述微处理器，所述微处理器对所述数字电流信号进行分析；
所述电压传感器和所述温度传感器分别用于测量第一电压和第二电机的各相电压和温度；所述电压和温度经过所述模拟信号接口进入所述模数转换器，所述模数转换器进行模数转换后，将转换后的数字电压信号和温度信号发送至所述微处理器，所述微处理器对所述数字电压信号和温度信号进行分析。
优选地，所述测试系统监控模块还包括开关量输入单元，用于将所述各个断路器的分合状态和第一电机和第二电机的加热器和冷却器的开关状态发送至所述微处理器，所述微处理器对所述状态进行分析。
优选地，所述测试系统监控模块还包括开关量输出单元，用于将所述微处理器的控制命令发送至所述各个断路器和所述第一电机和第二电机的加热器和冷却器的开关。
优选地，所述微处理器对所述数字电流信号、数字电压信号和温度信号进行分析后，还包括：当判断出现过压、过流、过温时发出报警信号或切除信号。
优选地，还包括编码器，用于测量第一电机和第二电机的转速，将所述转速通过所述四象限变频器发送至所述微处理器，所述微处理器对所述转速进行分析。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明实施例提供的变频器和变流器的通用测试系统，包括四象限变频器、第一电机和第二电机；被测设备可以为变频器或变流器。第一电机和第二电机可以互为负载，四象限变频器既可以将第一电机发电产生的电能反馈至供电电网，也可以从供电电网取电为第一电机供电。因此，该测试系统既可以实现对变流器又可以实现对变频器的测试。
附图说明
图1是本发明提供的变频器和变流器的通用测试系统第一实施例结构图；
图2是本发明提供的变流器和变频器切换开关示意图；
图3是本发明提供的变频器和变流器的通用测试系统第二实施例结构图；
图4是本发明测试系统监控模块的结构图；
图5是本发明测试系统监控模块中模拟量输入信号处理结构图；
图6是本发明测试系统监控模块中开关量输入信号处理结构图；
图7是本发明测试系统监控模块中开关量输出信号处理结构图；
图8是本发明测试系统中测量电机转速的结构图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
参见图1，该图为本发明提供的变频器和变流器的通用测试系统第一实施例结构图。
本实施例提供的变频器和变流器的通用测试系统，包括：供电变压器103、四象限变频器105、第一电机106、第二电机107、被测设备109、测试系统监控模块111。
所述被测设备109为变频器或变流器。
所述供电变压器103的输入端连接供电电网101，所述供电变压器103的输出端连接所述四象限变频器105的输入端。
所述四象限变频器105的输出端连接第一电机106的定子。
所述第一电机106和第二电机107通过联轴器108连接在一起。
所述第二电机107连接所述被测设备109，受所述被测设备109的控制。
所述被测设备109连接所述供电变压器103的输出端。
所述测试系统监控模块111，用于监测和控制所述供电变电压103、四象限变频器105、第一电机106和第二电机107的状态参数以及测量所述被测设备109的性能参数。
变频器和变流器的区别，从试验角度来说主要是功率流动方向不通，变频器的功率流动是从供电电网到电机，变流器的功率流动是从电机到供电电网。四象限变频器可以兼容上述两种被测对象的功能，具体实现包括PWM全控整流、PWM全控逆变、整流和逆变的软件设计等。
本发明实施例提供的变频器和变流器的通用测试系统，包括四象限变频器105、第一电机106和第二电机107，被测设备109可以为变频器或变流器。第一电机106和第二电机107可以互为负载，四象限变频器105既可以将第一电机106发电产生的电能反馈至供电电网101，也可以从供电电网101取电为第一电机106供电。基于四象限变频器和感应电机的电能转换特性，本发明既可以满足电气传动设备(变频器)的试验，也可以满足发电用变流设备(变流器)的试验；且待测对象的更换容易实现，通过不同开关的切换既可完成；因此，因此该测试系统既可以实现对变流器又可以实现对变频器的测试。
参见图2，该图为本发明提供的变流器和变频器切换开关示意图。
断路器Q4、Q6合闸，同时Q5、Q7断开，则接通变频器；断路器Q4、Q6断开，同时Q5、Q7合闸，则接通变流器。
本系统可以实现变频器的测试项目包括：
(1)基本性能测试：效率、功率因数等；
(2)电能质量测试：频率偏差、电压偏差、谐波、电压变动、闪变；
(3)白盒测试：母线软启动、母线电压稳压精度和电压纹波、母线电容电流纹波、母线动态相应、二极管应力测试、输出电压软启动、IGBT应力测试；
(4)极限测试：系统反复启动、过载测试、低电压和高电压、电网电压缓变、电网频率缓变。
本系统可以实现变流器的测试项目包括：
(1)基本性能测试：效率、功率因数等；
(2)电能质量测试：电压偏差，谐波，电压变动，闪变；
(3)电网适应性测试：电网频率偏差、电网电压偏差、缓变；
(4)白盒测试：母线电压软启动，母线电压稳压精度和电压纹波，母线动态响应，IGBT应力测试，温升。
参见图2，该图为本发明提供的变频器和变流器的通用测试系统第二实施例结构图。
本实施例提供的变频器和变流器的通用测试系统还包括可调压调频交流电源114，被测设备109通过可调压调频交流电源114连接所述供电变压器103的输出端。
当所述被测设备109为变频器时，所述变频器驱动所述第二电机107。
所述第二电机107作为原动机拖动所述第一电机106转动，所述第一电机106处于发电状态；所述第一电机106发出的电能传递至所述四象限变频器105。
所述四象限变频器105将所述电能转换为恒压恒频的三相交流电反馈至所述供电变压器103的输出端。
当所述被测设备109为变流器时，所述供电变压器103的输出端为所述四象限变频器105提供电源。
所述四象限变频器105驱动所述第一电机106转动，所述第一电机106作为原动机拖动所述第二电机107转动；所述第二电机107处于发电状态；所述第二电机107发出的电能传递至所述变流器。
所述变流器将所述电能转换为恒压恒频的三相交流电反馈至所述可调压调频交流电源114。
所述供电变压器103的输入端通过第一断路器102连接供电电网101。
所述供电变压器103的输出端通过第二断路器104连接所述四象限变频器105的输入端。
所述可调压调频交流电源114通过第三断路器110连接所述供电变压器103的输出端。
所述被测设备109通过第四断路器112连接所述可调压调频交流电源114。
由于本实施例提供了可调压调频交流电源114，因此，可以通过调节可调压调频交流电源114的电压或频率对被测设备进行电网适应性测试：(1)由于可调交流电源输出电压可在0至可调电源的额定电压之间任意调节，因此能够满足不同电压等级的变频器或变流器测试；(2)由于可调交流电源输出频率可在45Hz至65Hz之间任意调节，因此能够满足不同频率的变频器或变流器测试；(3)对本测试系统最大功率以下的所有功率等级的变频器或变流器，都能进行满载试验。因此，该测试系统可以兼容不同电压等级、不同频率、不同功率等级的变频器或变流器测试。
本测试系统还包括上位机113，所述测试系统监控模块111通过SCI与上位机113进行通信。
测试系统监控模块111可以将所述供电变电压103、四象限变频器105、第一电机106和第二电机107的状态参数以及测量所述被测设备109的性能参数上传给所述上位机113。所述上位机113也可以对测试系统监控模块111进行远程监控。
本实施例提供的测试系统不仅可以对被测设备的基本性能参数进行测试，还可以通过调节可调呀调频电源的电压或频率对被测设备进行电网适应性进行测试。
下面详细介绍测试系统监控模块111的结构。
参见图3，该图为本发明测试系统监控模块的结构图。
测试系统监控模块111包括微处理器301、模拟量输入单元302、开关量输入单元303、开关量输出单元304和电机转速测量单元305。
下面结合附图详细介绍各个单元的结构和功能。
参见图4，该图为本发明测试系统监控模块中模拟量输入信号处理结构图。
所述模拟信号输入单元302包括电流传感器401、电压传感器402、温度传感器403、模拟信号接口404和模数转换器405。
所述电流传感器401用于测量所述供电变压器、被测设备和第一电机及第二电机的电流，所述电流经过所述模拟信号接口404进入所述模数转换器405，所述模数转换器405进行模数转换后，将转换后的数字电流信号发送至所述微处理器301，所述微处理器301对所述数字电流信号进行分析。
所述电压传感器402和所述温度传感器403分别用于测量第一电压和第二电机的各相电压和温度；所述电压和温度经过所述模拟信号接口404进入所述模数转换器405，所述模数转换器405进行模数转换后，将转换后的数字电压信号和温度信号发送至所述微处理器301，所述微处理器301对所述数字电压信号和温度信号进行分析。
需要说明的是，上述电流传感器、电压传感器和温度传感器不只一个，因为要监测各个设备的电压和电流，包括供电线路上的电压和电流。温度要测量电机的温度，每相要设置两个温度传感器，一个电机有三相，因此，一个电机要设置六个温度传感器。
需要说明的是，本实施例提供的所述微处理器对所述数字电流信号、数字电压信号和温度信号进行分析后，还包括：当判断出现过压、过流、过温、误操作、设备故障时，发出报警信号或切除对应设备。例如，对每个被测参数设定两个门限值，当超过第一门限值时，进行报警；当超过第二门限值时，通过控制各个断路器的通断来切断各个设备的供电通路，或通过开关直接停止各个设备的运行。
参见图5，该图为本发明测试系统监控模块中开关量输入信号处理结构图。
开关量输入单元501，用于将所述各个断路器的分合状态、第一电机和第二电机的加热器和冷却器的开关状态发送至所述微处理器301，所述微处理器301对所述状态进行分析。
参见图6，该图为本发明测试系统监控模块中开关量输出信号处理结构图。
开关量输出单元601，用于将所述微处理器501的控制命令发送至所述各个断路器和所述第一电机和第二电机的加热器和冷却器的开关。
例如，当微处理器判断电机的温度过热时，控制电机的冷却器开启，冷却电机；电机温度回复正常范围时，冷却器关闭。反之，当电机温度过低时，加热器开关打开，对电机进行加热；电机温度恢复正常范围时，加热器关闭。例如，具体可以为：设置两个温度阈值，这样将产生四个区间，假设这两个温度阈值是5℃和70℃。电机的测量温度为t。当5℃≤t≤70℃，正常；当t＜5℃，加热器开启，加热到5℃时，加热器关闭；当t＞70℃，冷却器开启，冷却到70℃时，冷却器关闭。
微处理器判断供电线路出现过压或过流时，控制相应的断路器断开供电通路。
以上实施例中的开关量输入单元和开关量输出单元与微处理器之间均可以通过IIC总线进行通信。
本发明实施提供的测试系统还要对第一电机和第二电机的转速进行测量。
参见图7，该图为本发明测试系统中测量电机转速的结构图。
本实施例提供的系统还包括编码器，用于测量第一电机和第二电机的转速，将所述转速通过所述四象限变频器发送至所述微处理器，所述微处理器对所述转速进行分析。
以上实施例中的微处理器具体可以由单片机、DSP或PLC来实现。
本发明实施例提供的测试系统不但可以对变频器进行性能测试，还可以对变流器进行性能测试。而且，还可以通过可调压调频交流电源模拟电网的电压和频率的变化，对变频器或变流器针对电网变化时的适应性进行测试。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种变频器和变流器的通用测试系统，其特征在于，包括：供电变压器、四象限变频器、第一电机、第二电机、被测设备、测试系统监控模块；
所述被测设备为变频器或变流器；
所述供电变压器的输入端连接供电电网，所述供电变压器的输出端连接所述四象限变频器的输入端；
所述四象限变频器的输出端连接第一电机的定子；
所述第一电机和第二电机通过联轴器连接在一起；
所述第二电机连接所述被测设备，受所述被测设备的控制；
所述被测设备连接所述供电变压器的输出端；
所述测试系统监控模块，用于监测和控制所述供电变压器、四象限变频器、第一电机和第二电机的状态参数以及测量所述被测设备的性能参数。
2.根据权利要求1所述的变频器和变流器的通用测试系统，其特征在于，所述被测设备通过可调压调频交流电源连接所述供电变压器的输出端。
3.根据权利要求2所述的变频器和变流器的通用测试系统，其特征在于，当所述被测设备为变频器时，所述变频器驱动所述第二电机；
所述第二电机作为原动机拖动所述第一电机转动，所述第一电机处于发电状态；所述第一电机发出的电能传递至所述四象限变频器；
所述四象限变频器将所述电能转换为恒压恒频的三相交流电反馈至所述供电变压器的输出端。
4.根据权利要求2所述的变频器和变流器的通用测试系统，其特征在于，当所述被测设备为变流器时，所述供电变压器的输出端为所述四象限变频器提供电源；
所述四象限变频器驱动所述第一电机转动，所述第一电机作为原动机拖动所述第二电机转动；所述第二电机处于发电状态；所述第二电机发出的电能传递至所述变流器；
所述变流器将所述电能转换为恒压恒频的三相交流电反馈至所述可调压调频交流电源。
5.根据权利要求2所述的变频器和变流器的通用测试系统，其特征在于，所述供电变压器的输入端通过第一断路器连接供电电网；
所述供电变压器的输出端通过第二断路器连接所述四象限变频器的输入端；
所述可调压调频交流电源通过第三断路器连接所述供电变压器的输出端；
所述被测设备通过第四断路器连接所述可调压调频交流电源。
6.根据权利要求5所述的变频器和变流器的通用测试系统，其特征在于，所述测试系统监控模块包括微处理器和模拟信号输入单元，所述模拟信号输入单元包括电流传感器、电压传感器、温度传感器、模拟信号接口和模数转换器；
所述电流传感器用于测量所述供电变压器、被测设备和第一电机及第二电机的电流，所述电流经过所述模拟信号接口进入所述模数转换器，所述模数转换器进行模数转换后，将转换后的数字电流信号发送至所述微处理器，所述微处理器对所述数字电流信号进行分析；
所述电压传感器和所述温度传感器分别用于测量第一电压和第二电机的各相电压和温度；所述电压和温度经过所述模拟信号接口进入所述模数转换器，所述模数转换器进行模数转换后，将转换后的数字电压信号和温度信号发送至所述微处理器，所述微处理器对所述数字电压信号和温度信号进行分析。
7.根据权利要求6所述的变频器和变流器的通用测试系统，其特征在于，所述测试系统监控模块还包括开关量输入单元，用于将所述各个断路器的分合状态和第一电机和第二电机的加热器和冷却器的开关状态发送至所述微处理器，所述微处理器对所述状态进行分析。
8.根据权利要求7所述的变频器和变流器的通用测试系统，其特征在于，所述测试系统监控模块还包括开关量输出单元，用于将所述微处理器的控制命令发送至所述各个断路器及所述第一电机和第二电机的加热器和冷却器的开关。
9.根据权利要求6所述的变频器和变流器的通用测试系统，其特征在于，所述微处理器对所述数字电流信号、数字电压信号和温度信号进行分析后，还包括：当判断出现过压、过流、过温时发出报警信号或切除信号。
10.根据权利要求6-8任一项所述的变频器和变流器的通用测试系统，其特征在于，还包括编码器，用于测量第一电机和第二电机的转速，将所述转速通过所述四象限变频器发送至所述微处理器，所述微处理器对所述转速进行分析。
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