CN104569647A - 变频器性能的测试系统及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种变频器性能的测试系统及其方法，该系统包括与变频器驱动连接的异步电机、扭矩转速传感器、磁粉制动器、触摸屏和用于处理扭矩、转速及效率值的PLC；异步电机与变频器驱动连接，扭矩转速传感器与异步电机电连接且采集异步电机输出轴上的扭矩信号及转速脉冲信号，磁粉制动器与扭矩转速传感器电连接并监控扭矩转速传感器的扭矩信号及转速脉冲信号；PLC的模拟量采集端口采集扭矩信号及转速脉冲信号并进行运算；触摸屏与PLC通信连接。本发明扭矩转速传感器的感应和磁粉制动器的调节，使得测试变频器的扭矩转速的同时也可以算出效率值，且通过调节磁粉制动器的负载可以测试变频器在各个转速区间的转矩控制输出和不同负载情况下的转速精度。
Description
技术领域
本发明涉及一种测试系统，尤其涉及一种变频器性能的测试系统及其方法。
背景技术
随着变频器技术发展，国产矢量变频器可以分别调节励磁电流和转矩电流，实现电机输出转矩的可调节性。现在的变频器测试设备在变频器输出较低频率下、变频器加减速时的转矩测试负载稳定性不高，而市面上的变频器转矩测试设备测试精度不高。因此，这些测试设备都无法满足开发变频器时测试变频器的转矩控制性能和转速精度。
发明内容
针对上述技术中存在的不足之处，本发明提供一种变频器性能的测试系统及其方法，该系统能够准确反映变频器控制电机的转矩特性和控制电机的转速精度。
为实现上述目的，本发明提供一种变频器性能的测试系统，包括与变频器驱动连接的异步电机、扭矩转速传感器、磁粉制动器、触摸屏和用于处理扭矩、转速及效率值的PLC；所述异步电机与变频器驱动连接，所述扭矩转速传感器与异步电机电连接且采集异步电机输出轴上的扭矩信号及转速脉冲信号，所述磁粉制动器与扭矩转速传感器电连接并监控扭矩转速传感器的扭矩信号及转速脉冲信号；所述PLC的模拟量采集端口采集扭矩信号及转速脉冲信号并进行运算；所述触摸屏与PLC通信连接并显示参数指标；
其中，扭矩的计算方法为：
扭矩转速传感器采集异步电机输出轴上的扭矩信号并转换为输出电压，所述输出电压对应有相应的最大扭矩量程；
调节磁粉制动器的输入电压，扭矩转速传感器产生一模拟量电压值；
PLC采集模拟量电压值并运算异步电机的扭矩；该扭矩等于模拟量电压值*最大扭矩量程/10V；
其中，转速的计算方法为：
扭矩转速传感器采集异步电机输出轴上的转速脉冲信号；
PLC采用定时中断计数的方式读取计数值；
PLC根据定时时间、计数值和异步电机转动一圈的脉冲数，运算得到异步电机的转速。
其中，所述系统还包括用于调节磁粉制动器输出负载大小的可调电源，所述可调电源与磁粉制动器电连接，且运行后调节磁粉制动器的输入电压使磁粉制动器给异步电机提供一个反向制动力矩。
其中，所述扭矩转速传感器上设有放大转换电路，所述扭矩信号经放大转换电路转换处理后输出电压，所述PLC的模拟量采集端口采集该输出电压。
其中，所述PLC上设有电压转换电路，所述电压转换电路将输出电压转换为异步电机的初始扭矩。
其中，所述异步电机的输出轴与扭矩转速传感器之间及扭矩转速传感器与磁粉制动器之间均通过联轴器连接。
为实现上述目的，本发明还提供一种变频器性能的测试方法，扭矩转速传感器采集异步电机输出轴上的扭矩信号及转速脉冲信号，PLC处理扭矩信号及转速脉冲信号并转换为扭矩和转速；
其中，扭矩的计算方法为：
扭矩转速传感器采集异步电机输出轴上的扭矩信号并转换为输出电压，所述输出电压对应有相应的最大扭矩量程；
调节磁粉制动器的输入电压，扭矩转速传感器产生一模拟量电压值；
PLC采集模拟量电压值并运算异步电机的扭矩；该扭矩等于模拟量电压值*最大扭矩量程/10V；
其中，转速的计算方法为：
扭矩转速传感器采集异步电机输出轴上的转速脉冲信号；
PLC采用定时中断计数的方式读取计数值；
PLC根据定时时间、计数值和异步电机转动一圈的脉冲数，运算得到异步电机的转速。
其中，所述磁粉制动器的输入电压由可调电源进行调节，调节后的磁粉制动器的输入电压使磁粉制动器给异步电机提供一个反向制动力矩。
其中，所述扭矩转速传感器上设有放大转换电路，扭矩信号经放大转换电路转换处理后输出电压，且PLC采集该输出电压。
其中，所述PLC上设有电压转换电路，所述电压转换电路将输出电压转换为异步电机的初始扭矩。
其中，所述异步电机的输出轴与扭矩转速传感器之间及扭矩转速传感器与磁粉制动器之间均通过联轴器连接。
本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明提供的变频器性能的测试系统及其方法，由变频器驱动异步电机，由扭矩转速传感器测试异步电机输出轴的扭矩转速，通过调节磁粉制动器的输入电压调节扭矩转速传感器的转矩信号和转速信号，通过PLC的计算最终获得异步电机的实际扭矩和实时转速；该系统扭矩转速传感器的感应和磁粉制动器的调节，使得测试变频器的扭矩转速的同时也可以算出效率值，且通过调节磁粉制动器的负载可以测试变频器在各个转速区间的转矩控制输出和不同负载情况下的转速精度。本发明具有设计合理、测试结果精确、稳定性能强、测试效率高、计算等特点。
附图说明
图1为本发明的变频器性能的测试系统的结构示意图；
图2为本发明中扭矩的计算方法；
图3为本发明中转速的计算方法。
主要元件符号说明如下：
11、异步电机 12、PLC
13、磁粉制动器 14、扭矩转速传感器
15、变频器 16、可调电源
17、触摸屏 18、联轴器
具体实施方式
为了更清楚地表述本发明，下面结合附图对本发明作进一步地描述。
请参阅图1，本发明提供的变频器性能的测试系统，包括与变频器15驱动连接的异步电机11、扭矩转速传感器14、磁粉制动器13、触摸屏17和用于处理扭矩、转速及效率值的PLC12；异步电机11与变频器15驱动连接，扭矩转速传感器14与异步电机11电连接且采集异步电机11输出轴上的扭矩信号及转速脉冲信号，磁粉制动器13与扭矩转速传感器14电连接并监控扭矩转速传感器14的扭矩信号及转速脉冲信号；PLC12的模拟量采集端口采集扭矩信号及转速脉冲信号并进行运算；触摸屏17与PLC12通信连接并显示参数指标。异步电机11的输出轴与扭矩转速传感器14之间及扭矩转速传感器14与磁粉制动器13之间均通过联轴器18连接；
其中，扭矩的计算方法为：扭矩转速传感器14采集异步电机11输出轴上的扭矩信号并转换为输出电压，输出电压对应有相应的最大扭矩量程；调节磁粉制动器13的输入电压，扭矩转速传感器14产生一模拟量电压值；PLC12采集模拟量电压值并运算异步电机11的扭矩；该扭矩等于模拟量电压值*最大扭矩量程/10V。其中，转速的计算方法为：扭矩转速传感器14采集异步电机11输出轴上的转速脉冲信号；PLC12采用定时中断计数的方式读取计数值；PLC12根据定时时间、计数值和异步电机转动一圈的脉冲数，运算得到异步电机11的转速。
相较于现有技术，本发明提供的变频器性能的测试系统，由变频器15驱动异步电机11，由扭矩转速传感器14测试异步电机11输出轴的扭矩转速，通过调节磁粉制动器13的输入电压调节扭矩转速传感器14的转矩信号和转速信号，通过PLC12的计算最终获得异步电机11的实际扭矩和实时转速；该系统扭矩转速传感器14的感应和磁粉制动器13的调节，且通过调节磁粉制动器13的负载可以测试变频器15在各个转速区间的转矩控制输出和不同负载情况下的转速精度。本发明具有设计合理、测试结果精确、稳定性能强及测试效率高等特点。
在本实施例中，系统还包括用于调节磁粉制动器13输出负载大小的可调电源16，可调电源16与磁粉制动器13电连接，且运行后调节磁粉制动器13的输入电压使磁粉制动器13给异步电机11提供一个反向制动力矩。可调电源16的电压为24V，也可以根据实际情况改变可调电源16的电压。
在本实施例中，扭矩转速传感器14上设有放大转换电路，扭矩信号经放大转换电路转换处理后输出电压，PLC12的模拟量采集端口采集该输出电压。PLC12上设有电压转换电路，电压转换电路将输出电压转换为异步电机11的初始扭矩。将初始扭矩与计算得到的实际扭矩进行比较，可以清楚的知道该变频器15工作性能的稳定性。
请进一步参阅图2-3，本发明提供一种变频器性能的测试方法，扭矩转速传感器采集异步电机输出轴上的扭矩信号及转速脉冲信号，PLC处理扭矩信号及转速脉冲信号并转换为扭矩和转速；
其中，扭矩的计算方法为：
扭矩转速传感器采集异步电机输出轴上的扭矩信号并转换为输出电压，输出电压对应有相应的最大扭矩量程；
调节磁粉制动器的输入电压，扭矩转速传感器产生一模拟量电压值；
PLC采集模拟量电压值并运算异步电机的扭矩；该扭矩等于模拟量电压值*最大扭矩量程/10；磁粉制动器的输入电压由可调电源进行调节，调节后的磁粉制动器的输入电压使磁粉制动器给异步电机提供一个反向制动力矩，扭矩转速传感器上设有放大转换电路，扭矩信号经放大转换电路转换处理后输出电压，且PLC采集该输出电压， PLC上设有电压转换电路，电压转换电路将输出电压转换为异步电机的初始扭矩。该转矩具体的方式为：通过扭矩转速传感器采集扭矩信号经过放大转换电路输出电压0V-10 V，0 V到10 V电压有对应的扭矩转速传感器的0（牛.米）到最大扭矩量程，通过PLC的模拟量采集端口将采集的输出电压进行转换运算，测算出当前初始扭矩。运行后调节磁粉制动器输入电压使磁粉制动器给异步电机提供一个反向制动力矩，磁粉制动器的反向制动力矩与磁粉制动器输入电压成正比关系，在固定的输入电压下可以获得一个稳定的转矩负载。异步电机轴上扭矩等于扭矩转速传感器输出的扭矩等于模拟量电压值*最大扭矩量程/10V。
其中，转速的计算方法为：
扭矩转速传感器采集异步电机输出轴上的转速脉冲信号；
PLC采用定时中断计数的方式读取计数值；
PLC根据定时时间、计数值和异步电机转动一圈的脉冲数，运算得到异步电机的转速。具体的计算方式为：通过扭矩转速传感器采集转速脉冲信号，PLC通过采用定时中断计数的方式定时读取计数值，同时将计数器清零，将读取的计数值除以定时时间和异步电机转动一圈的脉冲数可得出一个值。该值即为异步电机的实时转速。
本发明通过上述计算出的实际扭转和实时转速，可计算出该变频器的效率值：将获得的实际转矩乘以实时转速再乘一个系数，再除去9550得出的值为效率值，该系数为补偿参数，是扭矩转速传感器本身携带的。
同时PLC通过RS485通信读取变频器的输出频率、输出电压和输出电流，将读取的输出电压乘以输出电流再乘一个加权值就可以得出变频器的功率值，最后将效率值除去变频器的功率值乘以100%获得的值为效率。该加权值主要校正变频器输出电压值，根据不同输出频率乘相应的加权值，该加权值等于1.732乘以0.89乘以参数N。N是查表参数，0.75-5.5kw时候变频器在0HZ-5HZ时候N=0.90，在5HZ-20HZ时候N=0.93，在20HZ-50HZ时候N=0.96，在50HZ以上N=0.98。5.5kw以上变频器在0HZ-5HZ时候N=0.91，在5HZ-20HZ时候N=0.95，在20HZ-50HZ时候N=0.98，在50HZ以上N=1。）
触摸屏与PLC通信，触摸屏上有两个显示界面，在第一界面上显示出变频器的输出电压、输出电流、变频器效率值、电机轴转矩、电机的转速、效率值。方便时时监控变频器驱动电机的所有性能指标参数；同时触摸屏第二界面上编程以时间为x轴，转矩、转速、输出功率、变频器电压、变频器电流、效率为y轴，描绘转矩、转速、输出功率、变频器电压、变频器电流、效率随时间变化曲线。以便综合分析变频器驱动电机性能。同时触摸屏上编程将输出电压、输出电流、转矩在触摸屏上生成表格，同时触摸屏上表格可以下载打印以供参考。
本发明提供的变频器性能的测试方法，使得测试变频器的扭矩转速的同时也可以算出效率值，且通过调节磁粉制动器13的负载可以测试变频器在各个转速区间的转矩控制输出和不同负载情况下的转速精度。本方法具有自动化程度高、测试结果精确、稳定性能强及测试效率高等特点。
本发明提供的变频器性能的测试系统及其方法，结合图以下为该系统和方法的一个具体应用例：
系统由扭矩转速传感器一台，被测5.5KW矢量变频器一台，5.5KW异步电机一台，PLC与触摸屏各一个，24V最大输出电流为4A的可调电源、磁粉制动器一个。24V可调电源调节磁粉制动器输出负载的大小，变频器驱动异步电机，由异步电机的输出轴连接扭矩转速传感器再连接到磁粉制动器。通过PLC采集扭矩转速传感器的信号，测试实际转速并计算输出扭矩，从而获得异步电机的实际扭矩和实时转速；PLC同时读取变频器的参数，输出电压、输出电流、运行频率、设定扭矩等参数。
变频器驱动电机在某一个频率运行，24V可调电源调节调节磁粉制动器输出负载的大小，测试变频器在不同大小负载下的转速情况，记录采集到的扭矩转速传感器的初始扭矩，将采集的初始扭矩和转速描绘表格，可以获得转速与转矩关系。
将扭矩转速传感器采集的扭矩和转速，通过公式：功率=（扭矩*转速）/9550。计算出异步电机的输出轴的实际功率，同时将计算出的实际功率除以读取的变频器输出功率可以获得基本效率；在再将扭矩转速传感器的实时转矩和转速与变频器设定的输出初始扭矩和转速计数与比较。
以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种变频器性能的测试系统，其特征在于，包括与变频器驱动连接的异步电机、扭矩转速传感器、磁粉制动器、触摸屏和用于处理扭矩、转速及效率值的PLC；所述异步电机与变频器驱动连接，所述扭矩转速传感器与异步电机电连接且采集异步电机输出轴上的扭矩信号及转速脉冲信号，所述磁粉制动器与扭矩转速传感器电连接并监控扭矩转速传感器的扭矩信号及转速脉冲信号；所述PLC的模拟量采集端口采集扭矩信号及转速脉冲信号并进行运算；所述触摸屏与PLC通信连接并显示参数指标；
其中，扭矩的计算方法为：
扭矩转速传感器采集异步电机输出轴上的扭矩信号并转换为输出电压，所述输出电压对应有相应的最大扭矩量程；
调节磁粉制动器的输入电压，扭矩转速传感器产生一模拟量电压值；
PLC采集模拟量电压值并运算异步电机的扭矩；该扭矩等于模拟量电压值*最大扭矩量程/10V；
其中，转速的计算方法为：
扭矩转速传感器采集异步电机输出轴上的转速脉冲信号；
PLC采用定时中断计数的方式读取计数值；
PLC根据定时时间、计数值和异步电机转动一圈的脉冲数，运算得到异步电机的转速。
2.根据权利要求1所述的变频器性能的测试系统，其特征在于，所述系统还包括用于调节磁粉制动器输出负载大小的可调电源，所述可调电源与磁粉制动器电连接，且运行后调节磁粉制动器的输入电压使磁粉制动器给异步电机提供一个反向制动力矩。
3.根据权利要求1所述的变频器性能的测试系统，其特征在于，所述扭矩转速传感器上设有放大转换电路，所述扭矩信号经放大转换电路转换处理后输出电压，所述PLC的模拟量采集端口采集该输出电压。
4.根据权利要求1所述的变频器性能的测试系统，其特征在于，所述PLC上设有电压转换电路，所述电压转换电路将输出电压转换为异步电机的初始扭矩。
5.根据权利要求1所述的变频器性能的测试系统，其特征在于，所述异步电机的输出轴与扭矩转速传感器之间及扭矩转速传感器与磁粉制动器之间均通过联轴器连接。
6.一种变频器性能的测试方法，其特征在于，扭矩转速传感器采集异步电机输出轴上的扭矩信号及转速脉冲信号，PLC处理扭矩信号及转速脉冲信号并转换为扭矩和转速；
其中，扭矩的计算方法为：
扭矩转速传感器采集异步电机输出轴上的扭矩信号并转换为输出电压，所述输出电压对应有相应的最大扭矩量程；
调节磁粉制动器的输入电压，扭矩转速传感器产生一模拟量电压值；
PLC采集模拟量电压值并运算异步电机的扭矩；该扭矩等于模拟量电压值*最大扭矩量程/10V；
其中，转速的计算方法为：
扭矩转速传感器采集异步电机输出轴上的转速脉冲信号；
PLC采用定时中断计数的方式读取计数值；
PLC根据定时时间、计数值和异步电机转动一圈的脉冲数，运算得到异步电机的转速。
7.根据权利要求6所述的变频器性能的测试方法，其特征在于，所述磁粉制动器的输入电压由可调电源进行调节，调节后的磁粉制动器的输入电压使磁粉制动器给异步电机提供一个反向制动力矩。
8.根据权利要求6所述的变频器性能的测试方法，其特征在于，所述扭矩转速传感器上设有放大转换电路，扭矩信号经放大转换电路转换处理后输出电压，且PLC采集该输出电压。
9.根据权利要求6所述的变频器性能的测试方法，其特征在于，所述PLC上设有电压转换电路，所述电压转换电路将输出电压转换为异步电机的初始扭矩。
10.根据权利要求6所述的变频器性能的测试方法，其特征在于，所述异步电机的输出轴与扭矩转速传感器之间及扭矩转速传感器与磁粉制动器之间均通过联轴器连接。
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