CN103558844B - 一种风力发电机组变流控制器测试仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种风力发电机组变流控制器测试仪及其检测方法，该测试仪包括通过电缆与变流控制器连接的信号接口板、与信号接口板连接进行信号给定或故障判断的中央控制板及与中央控制板连接的控制按键安装板，中央控制板包括电源生成电路、模拟信号检测电路和数字信号检测电路，所述的数字信号检测电路包括多个IGBT单元。该方法包括以下步骤：连接变流控制器与测试仪；关闭变流控制器及测试仪电源开关，打开测试仪需检测的模块的开关；依次打开测试仪电源开关和变流控制器电源开关；根据指示灯判断所检测模块是否发生故障。本测试仪可对变流控制器进行全面测定、维修方便，并可对信号进行给定，解决了以往需要使用信号发生器连接的问题。

Description

一种风力发电机组变流控制器测试仪

技术领域

本发明涉及风力发电设备测试领域，特别是涉及一种风力发电机组变流控制器测试仪及其检测方法。

背景技术

风电行业的迅速发展的同时也带来了备件的严重消耗，想要保证风电厂商有较低的运行成本，遍地的备件维修厂家兴起，维修技术也参差不齐。风电行业的工控设备具有维修难度大、故障复杂等特点，给维修造成很大的困难。现有的工控器件维修只能依托于传统的仪器仪表：示波器、万用表、函数信号发生器及逻辑分析仪等，测试板级故障时信号的输入与输出只能使用电缆将其引出，信号大于100pin以上对于电缆引出测试根本不可能完成，且容易出现电缆断路。

变流器是风力发电机组中常用设备，参照图1所示，变流控制器主要由前面板、接口板、基板、控制板构成。前面板主要完成变流控制器的状态与故障显示功能；接口板主要完成控制器与PLC(模拟量与数字量)、IGBT的通信；基板由模拟电路搭建，实现预充电控制、信号监测采样、故障逻辑及显示功能；控制板实现功率计量、pwm控制、锁相功能。

现有变流控制器的测试是将控制器与PLC、IGBT的通信信号使用导线引出，使用常规的测试仪器如示波器、万用表、函数信号发生器进行信号的测试与信号的给定。测试过程中需要将249个信号接口引出，其中包含与PLC通信的37pin模拟信号与数字信号及与IGBT1…10通信的15pin信号，测试的信号包含数字信号、模拟信号停机与运行触发逻辑信号，测试信号非常复杂与繁多，导致测试非常困难，并且由于引出的信号使用导线与变流控制器信号接口板焊接，焊接点容易出现虚焊和导线断裂。

厂间的检测方法是将变流控制器直接上机运行检测，因厂间测试与现场运行时存在差异，导致厂间测试无法测试斩波升压，同时出厂测试没有故障阀值检测功能，导致维修检测不全面，且厂间高压测试环境较为危险。因此，导致变流控制器维修时间成本增加、可靠性难于把控。

由此可见，上述现有的风力发电机组变流控制器测试装置在结构与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。如何能创设一种可对信号进行全面监测且维修测试方便的新的风力发电机组变流控制器测试仪及其检测方法,成为当前业界极需改进的目标。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种风力发电机组变流控制器测试仪及其检测方法，使其可对变流控制器进行的全面测定，且维修方便，并可对信号进行给定，从而克服现有的信号测试装置连接复杂、测试维修困难的不足。

为解决上述技术问题，本发明提供一种风力发电机组变流控制器测试仪，包括通过电缆与变流控制器连接的信号接口板、与信号接口板连接进行信号给定或故障判断的中央控制板、以及与中央控制板连接的控制按键安装板，所述的中央控制板包括电源生成电路、模拟信号检测电路和数字信号检测电路，所述的数字信号检测电路包括多个IGBT单元。

作为一种改进，所述的信号接口板包括：所述的信号接口板上标注有信号名称并设有对应的运行指示灯和/或故障指示灯。

所述的中央控制板的电源生成电路通过磁珠对模拟信号电路及数字信号电路进行隔离。

所述的电源生成电路将24V输入电压经过隔离电源U6后生成±15V电源。

所述的输入电压的接点与隔离电源U6之间还设有防插错二极管D2，并在隔离电源U6的输出端连接有LC滤波电路。

所述的模拟信号检测电路主要由将电源生成电路输出的电压转换为参考信号的芯片U2，以及产生正负模拟信号的运算放大器U1A、U1B、U1C、U1D组成。

所述的数字信号检测电路包括十个IGBT单元，所述的IGBT单元采用可复位开关电路。

所述的可复位开关电路采用船型开关。

所述的测试仪还包括面板，所述的面板上设有：IGBT信号接口模块，I/O接口模块，测试信号输出模块，状态显示模块，信号源给定模块，万用表接口，变流控制器供电端口，数字量信号给定模块，模拟量信号给定模块，测试仪电源开关和变流控制器电源开关。

本发明还提供一种应用上述风力发电机组变流控制器测试仪的检测方法，包括以下步骤：用电缆连接变流控制器与测试仪；将变流控制器电源开关及测试仪电源开关调整为零电平状态，根据所需检测的变流控制器模块，将测试仪的对应检测开关调整到高电平状态；依次将测试仪电源开关和变流控制器电源开关调整到高电平状态；根据运行指示灯和/或故障指示灯判断所检测模块是否发生故障。

采用这样的设计后，本发明至少具有以下优点：

1、本测试仪引出所有信号接口，并将所有的信号使用LED指示灯显示，方便维修工程师进行维修工作。

2、变流控制器测试仪将变流控制器249个信号接口引出到PCB板上，使用示波器连接到相应的测试点并可完成测试，解决了以往使用导线连接容易出现导线断裂的问题。

3、变流控制器测试仪可以对逻辑控制器信号进行给定，解决了以往需要使用信号发生器连接的问题。

4、可方便的维修与测试变流控制器是否合格，通过维修备件变废为宝，将减少公司备件消耗，减少经济损失；并且加快了变流控制器维修进度，节省了维修工程师的宝贵时间；同时测试仪不需要昂贵的专用维修设备(如信号发生器、电子电路在线维修测试仪)，节省了公司的设备采购。

5、变流控制器测试仪的测试信号较为全面，可以测试变流控制器的所有功能模块，解决了以往厂家无法测试故障信号阀值与斩波升压不可测试的困难，同时避免了维修工程师高压触电的危险。

附图说明

上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

图1是现有的变流控制器的结构示意图。

图2是本发明的测试仪与变流控制器的连接关系图。

图3是电源生成部分原理图。

图4是本发明的磁珠电路图。

图5是电感与电容的LC滤波电路图。

图6是模拟信号检测电路原理图。

图7是数字信号检测电路原理图。

图8是变流控制器的使能信号电路图。

图9是变流控制器运行状态指示电路图。

图10是万用表接口电路图。

具体实施方式

参照图2所示，本发明提供一种风力发电机组变流控制器测试仪，包括通过电缆与变流控制器连接的信号接口板、与信号接口板连接进行信号给定或故障判断的中央控制板、以及与中央控制板连接的控制按键安装板，所述的中央控制板包括电源生成电路、模拟信号检测电路和数字信号检测电路，所述的数字信号检测电路包括多个IGBT单元。

下面以Freqcon变流系统为例，对本发明进一步解释：

变流控制器通过10根15pin的扁平电缆与测试仪信号接口板的IGBT接口连接，采集10组IGBT单元数据；通过两根37pin的电缆与测试仪信号接口板的模拟接口与数字接口连接，实现了数字与模拟信号的连接；通过1根25pin的电缆与信号接口板的高压IO板进行连接。37pin的电缆传递的数字信号中包括充电反馈信号、接触器吸合反馈信号、网侧过流信号、网侧过压信号等。信号接口板将所有的控制信号引到信号接口板的PCB板上，扁平电缆可直接插拔进行连接，解决了原有测试中使用导线连接信号的问题。信号接口板还可连接有运行指示灯和/或故障指示灯，并在接口板的PCB的丝印层标记控制信号的名称，方便信号的检测与维修。

中央控制板是测试仪的控制核心，此板采用模拟电路技术，即所有的控制信号、采样信号、参考信号都使用模拟电路组成。

中央控制板主要包括电源生成电路、模拟信号检测电路及数字信号检测电路，各部分原理参照图3-7所示。

请参阅图3所示，电源生成电路是将24V输入电压，经过防插错二极管D2后提供给隔离电源U6产生±15V电源，产生的±15V电源再经过电感与电容的LC滤波后为中央控制板中运算放大器与标准信号源提供供电电压，并通过磁珠L5对系统的模拟信号电路与数字信号电路进行隔离。磁珠L5的电路图如图4所示，磁珠L5使用了节点连接方式，只要物理标号相同即可连接到此点。图5所示为电感与电容的LC滤波电路，与芯片U6的电源输出端连接，同样使用节点连接，可以起到去耦的作用。

参照图6所示，电源生成电路生成的15V电源信号输入模拟信号检测电路后，经过U2产生+10V的参考信号，此参考信号经运算放大器U1A、U1B、U1C、U1D产生正负模拟信号，通过调节运算放大器的反馈比例，对变流控制器的模拟信号进行调节，从而得到不同幅值的模拟信号。

参照图7所示，IGBT信号检测电路包括十个IGBT单元，用于对变流控制器的故障信号给定，所述的IGBT单元采用可复位开关电路。可复位开关JP13到JP22的1脚和3脚分别为IGBT故障信号的输入、输出管脚，变流控制器检测IGBT1到IGBT10的故障状态为高电平时，变流控制器正常，当检测到IGBT1到IGBT10任意一个按键为低电平时，变流控制器将通过15pin的扁平电缆检测到此信号，通过此测试仪的故障显示判断变流控制器是否正常。参照图8所示，变流控制器的使能信号是通过37pin的数字信号接口给定。参照图9所示，变流控制器运行状态指示电路通过37pin的数字接口反馈到测试仪。参照图10所示，万用表接口电路的信号是通过图6的电路连接到测试仪接口板，之后通过接口板的万用表接口使用网线连接到万用表。

因变流控制对外的IGBT信号接口逻辑电平“1”为24V，逻辑电平“0”为0V，所以此控制板与变流控制器的连接时基于“24V”与“0V”。通过船型开关对变流控制器给定IGBT信号“24V”与“0V”。此方法简单适用，非常适合此控制器的检测。

控制按键安装板为PCB板，主要是将中央控制板中的按键接口固定到此安装板上，起到牢固按键的功能，并在相应按键位置的PCB丝印层打印出按键的功能。

此外，变流控制器测试仪还包括面板，面板上设有相关的功能模块区域：

A、IGBT信号接口模块：包含10个15pin接口，与变流控制器相连，采集10组IGBT单元数据。

B、I/O接口模块：包含1个37pin的数字量信号接口、1个37pin的模拟量信号接口以及高压I/O板接口，用于信号的采集，与变流控制器进行数据交换。

C、测试信号输出模块：将信号接口板中的对应信号使用测试点焊接出来，用于测量IGBT脉冲输出、IGBT电流反馈、温度反馈等信息。

D、状态显示模块：与变流控制器运行状态指示电路连接，包括运行指示灯、故障指示灯等，用于显示变流控制器当前的反馈指示、故障指示等状态。

E、信号源给定模块：通过船型开关与模拟信号检测电路连接，用于连接外部信号源，对变流控制器进行特定的检测。

F、万用表接口：内置万用表接口电路，使用接口板将运放输出的信号引到接口板，万用表接口电路通过模拟信号检测电路连接到测试仪接口板。将万用表的测量接口通过转换板转换成网口结构，通过网线与测试仪上的万用表接口相连，对模拟量进行测量时，避免了用表笔去测量测试点，方便简洁。

G、变流控制器供电端口：用于给待测控制器提供24V电源输出。

H、数字量信号给定模块：与各信号给定电路连接，包括IGBT故障给定信号，电流信号，温度信号，电压信号的选择等。

I、模拟量信号给定模块：与模拟信号检测电路连接，通过旋转电位计对模拟量信号进行输出调节。

J、测试仪电源开关与控制器电源开关：与在24V总电源开关并联设置。

本发明所述测试仪还可用万用表和示波器监控信号状态，使用外部信号源校准内部信号源，并可配套使用，通过船型开关实现两种状态检测；实现信号给定可调功能，同时可以使用示波器测量引出接口检测IGBT脉冲状态，使用万用表与示波器地线夹夹到测试仪的地线上(GND)，将两外一只表笔或探针夹到被测试信号触点，即可实现被测试信号的检测。此变流控制器测试仪将变流控制器249个信号接口引出到PCB板上，使用示波器连接到相应的测试点并可完成测试，解决了以往使用导线连接容易出现导线断裂的问题。

使用时，首先连接变流控制器与测试仪的电源线，其次将变流控制器与测试仪的25pin电缆和2根37pin电缆连接，最后连接变流控制器与测试仪的IGBT模块的10根15pin扁平电缆，连接时需要将10根电缆依次连接，即每次连接一根15pin线到测试仪，因此可以达到测试每只IGBT的设定值是否能达到报故障与电流反馈的目的。

以IGBT1的检测为例，将“IGBT1故障”开关拨到“1”状态，将“控制器电源”开关与“测试仪电源”开关拨到“O”状态。检测接线无误后，将测试仪右侧的220V/AC电源开关拨到“1”状态，即提供电源到测试仪，并依次将“测试仪电源”开关与“控制电源”开关拨到“1”状态，这时状态显示区内会有红灯亮起。将变流器系统复位拨到“1”状态，复位掉虚假故障，此时测试仪与变流控制器的相关指示灯亮起。由于只连接了IGBT1，所以控制器上只有IGBT1不亮故障灯，同时测试仪上会报出故障信息，如斩波升压IGBT故障、网侧IGBT故障、制动单元IGBT故障等，变流控制器数字信号检测成功。

变流控制器测试仪可以对逻辑控制器信号进行给定，如充电使能信号反馈、主控开吸合信号反馈、变流器复位信号、变流器调制使能信号等，解决了以往需要使用信号发生器连接的问题。

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，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种风力发电机组变流控制器测试仪，其特征在于：包括通过电缆与变流控制器连接的信号接口板、与信号接口板连接进行信号给定或故障判断的中央控制板以及与中央控制板连接的控制按键安装板，所述的中央控制板包括电源生成电路、模拟信号检测电路和数字信号检测电路，所述的数字信号检测电路包括多个IGBT单元。

2.根据权利要求1所述的一种风力发电机组变流控制器测试仪，其特征在于：所述的信号接口板上标注有信号名称，并设有对应的运行指示灯和/或故障指示灯。

3.根据权利要求2所述的一种风力发电机组变流控制器测试仪，其特征在于：所述的中央控制板的电源生成电路通过磁珠对模拟信号检测电路及数字信号检测电路进行隔离。

4.根据权利要求2所述的一种风力发电机组变流控制器测试仪，其特征在于：所述的电源生成电路将24V输入电压经过隔离电源U6后生成±15V电源。

5.根据权利要求4所述的一种风力发电机组变流控制器测试仪，其特征在于：所述的输入电压的接点与隔离电源U6之间还设有防插错二极管D2，并在隔离电源U6的输出端连接有LC滤波电路。

6.根据权利要求2所述的一种风力发电机组变流控制器测试仪，其特征在于：所述的模拟信号检测电路主要由将电源生成电路输出的电压转换为参考信号的芯片U2以及产生正负模拟信号的运算放大器U1A、U1B、U1C、U1D组成。

7.根据权利要求2所述的一种风力发电机组变流控制器测试仪，其特征在于：所述的数字信号检测电路包括十个IGBT单元，所述的IGBT单元采用可复位开关电路。

8.根据权利要求7所述的一种风力发电机组变流控制器测试仪，其特征在于：所述的可复位开关电路采用船型开关。

9.根据权利要求2所述的一种风力发电机组变流控制器测试仪，其特征在于还包括面板，所述的面板上设有：IGBT信号接口模块、I/O接口模块、测试信号输出模块、状态显示模块、信号源给定模块、万用表接口、变流控制器供电端口、数字量信号给定模块、模拟量信号给定模块、测试仪电源开关和变流控制器电源开关。