CN112034278A - 一种用于变频调速一体机的电磁信号测试平台 - Google Patents

Abstract

一种用于变频调速一体机的电磁信号测试平台，属于煤矿及矿山生产技术领域。所述用于变频调速一体机的电磁信号测试平台包括通过屏蔽墙隔开的操控室、暗室、屏蔽室一和屏蔽室二，操控室内设置有上位机、D/A转换器、显示屏和场强计，上位机分别与D/A转换器和显示屏连接；暗室内设置有变频调速一体机、EMC天线和电流探头；屏蔽室一内设置有EMI测试接收机，EMI测试接收机的输入端分别与场强计、EMC天线和电流探头连接，EMI测试接收机的输出端与上位机连接；屏蔽室二内设置有测功机和电源网络。所述用于变频调速一体机的电磁信号测试平台能够对变频调速一体机的电磁兼容性进行测试，能够判断变频调速一体机的可靠性，确保当前磁场强度不会影响工作人员的安全。

Description

一种用于变频调速一体机的电磁信号测试平台

技术领域

本发明涉及煤矿及矿山生产技术领域，特别涉及一种用于变频调速一体机的电磁信号测试平台。

背景技术

目前，矿山大型设备主要采用“高压变频器+电机”的传动方式，存在变频器体积大，防护等级低，变频器到电动机输出电缆长，对沿线其它设备存在一些干扰，无法满足煤矿与其他矿山装备作业空间和恶劣环境的要求。如果将高压变频器与电机结合为一体，可以减小输出电缆长度，但是，矿山装备现场工况恶劣，且变频器和电动机之间温度相互影响，电磁信号之间存在相互干扰与抗干扰的兼容性问题，直接影响到变频调速一体机的工作可靠性与稳定性，因此，急需变频调速一体机多源信息感知系统和综合保护装置，实现对其温度、电压、堵转等故障的实时保护和运行趋势分析，以实现极高功率密度条件下设备的安全、可靠、长寿命运行。

发明内容

为了解决现有技术存在的技术问题，本发明提供了一种用于变频调速一体机的电磁信号测试平台，对变频一体机的电磁兼容性进行测试，且能够采集变频调速一体机工作过程中的电压、转速、温度和扭矩信号，用以判断变频调速一体机的可靠性，同时确保当前磁场强度不会对工作人员的人身安全带来影响。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种用于变频调速一体机的电磁信号测试平台，包括通过屏蔽墙分隔开的操控室、暗室、屏蔽室一和屏蔽室二；

所述操控室内设置有上位机、D/A转换器、显示屏和场强计，所述上位机分别与D/A转换器和显示屏连接；

所述暗室内设置有变频调速一体机、EMC天线和电流探头，所述变频调速一体机的电机依次与电机控制器和阻抗稳定网络连接；所述变频调速一体机的电机轴依次与变速器和测功机连接；所述变频调速一体机的外壁设置有温度传感器，所述电机轴设置有测速传感器，所述温度传感器和测速传感器均分别与D/A转换器连接；

所述屏蔽室一内设置有EMI测试接收机，所述EMI测试接收机的输入端分别与场强计、EMC天线和电流探头连接，所述EMI测试接收机的输出端与上位机连接；

所述屏蔽室二内设置有测功机和电源网络，所述电源网络依次与电源滤波器和阻抗稳定网络连接；所述测功机的输出轴设置有扭矩传感器，所述电源网络设置有电压传感器，所述扭矩传感器和电压传感器均分别与D/A转换器连接。

进一步的，所述变速器的输入轴通过设置有接地圈一的联轴器一与测功机的输出轴连接，所述变速器的输出轴通过设置有接地圈二的联轴器二与变频调速一体机的电机轴连接。

进一步的，所述联轴器一和联轴器二均由绝缘材料制成，避免轴电流对测试结果产生影响。

进一步的，所述变速器的输入轴通过壁板开关罩包络。

进一步的，所述用于变频调速一体机的电磁信号测试平台还设置有用于支撑变速器输入轴的基座一和用于支撑变速器输出轴的基座二。

进一步的，所述暗室内部四周设置高分子吸波材料，比如等离子材料，用于避免测试运行过程中产生的辐射频率和激励方式使屏蔽室产生谐振，大大减小测量误差。

进一步的，所述变频调速一体机包括外壳、设置于外壳顶部的变频器以及设置于外壳内部的电机和工控机，所述变频器分别与电机和工控机电连接。

进一步的，所述外壳位于电机的一侧为双层结构，所述双层结构内设置有折返式水道，所述折返式水道的一端与水泵连接，所述折返式水道的另一端与水箱连接，所述水箱和水泵串联，所述水泵与工控机连接。

进一步的，所述折返式水道的布置方式为：双层结构内部设置若干个与电机轴平行的直水道，若干个直水道通过弯水道依次连接形成折返式水道。

本发明的有益效果：

1)本发明的测试平台能够对变频调速一体机进行EMC测试，EMC测试对变频调速一体机电磁场干扰的大小与抗干扰能力进行测试，判断当前变频调速一体机工作的可靠性，同时也采集当前磁场的强度，确保当前磁场强度不会对工作人员的人身安全带来影响；

2)本发明的测试平台能够对变频调速一体机进行保护及显示功能测试，通过采集电压、转速和温度信号，并通过上位机内的计算机程序判断当前采集的信号是否与正常工作所需信号相符，并且要对显示模块进行检测保证变频调速一体机能够将当前情况及时向外界反馈，避免变频调速一体机运行过程中存在安全隐患；

3)本发明的变频调速一体机实现了机、电一体化，变频输出电缆长度近似为零，最大限度地减小了对其它设备的干扰，大幅度提高了大型装备电力传动的效率，颠覆了传统的电力传动方式。

本发明的其他特征和优点将在下面的具体实施方式中部分予以详细说明。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种用于变频调速一体机的电磁信号测试平台的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的变频调速一体机的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的扭矩、温度、电压和转速的控制程序框图。

说明书附图中的附图标记包括：

1-暗室；2-屏蔽室一；3-屏蔽室二；4-操控室；5-屏蔽墙一；6-屏蔽墙二；7-屏蔽墙三；8-测功机；9-扭矩传感器；10-接地圈一；11-联轴器一；12-基座一；13-测试台一；14-壁板开关罩；15-基座二；16-变速器；17-联轴器二；18-接地圈二；19-测试台二；20-磁吸式温度传感器；21-脉冲式测速传感器；22-变频调速一体机；23-导线；24-高分子吸波材料；25-电机控制器；26-阻抗稳定网络；27-测试桌；28-电源滤波器；29-霍尔电压传感器；30-电源网络；31-EMC天线；32-电流探头；33-场强计；34-EMI测试接收机；35-D/A转换器；36-上位机；37-显示屏；38-变频器；39-电机；40-外壳；41-折返式水道；42-水泵；43-水箱；44-工控机。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“竖向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“一”、“二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

为了解决现有技术存在的问题，如图1至图3所示，本发明提供了一种用于变频调速一体机22的电磁信号测试平台，包括通过屏蔽墙分隔开的操控室4、暗室1、屏蔽室一2和屏蔽室二3；

操控室4内设置有上位机36、D/A转换器35、显示屏37和场强计33，上位机36分别与D/A转换器35和显示屏37连接；

暗室1内设置有变频调速一体机22、EMC天线31和电流探头32，变频调速一体机22的电机39依次与电机控制器25和阻抗稳定网络26连接；变频调速一体机22的电机39轴依次与变速器16和测功机8连接；变频调速一体机22的外壁设置有温度传感器，电机39轴设置有测速传感器，温度传感器和测速传感器均分别与D/A转换器35连接；

屏蔽室一2内设置有EMI测试接收机34，EMI测试接收机34的输入端分别与场强计33、EMC天线31和电流探头32连接，EMI测试接收机34的输出端与上位机36连接；

屏蔽室二3内设置有测功机8和电源网络30，电源网络30依次与电源滤波器28和阻抗稳定网络26连接；测功机8的输出轴设置有扭矩传感器9，电源网络30设置有电压传感器，扭矩传感器9和电压传感器均分别与D/A转换器35连接。

如图1所示，暗室1、屏蔽室一2、屏蔽室二3和操控室4之间通过屏蔽墙隔开，其中，暗室1和屏蔽室一2之间通过屏蔽墙一5隔开，屏蔽室二3和操控室4之间通过屏蔽墙三7隔开，暗室1和屏蔽室一2与屏蔽室二3和操控室4之间通过屏蔽墙二6隔开。暗室1中设置有测试台二19，变频调速一体机22放置在测试台二19上，测试台二19采用金属材料并且接地，将干扰电流导向大地。测试台二19上有基座二15，用于支撑变速器16输出轴；变频调速一体机22电机39轴上装有脉冲式测速传感器21，用以测量变频调速一体机22电机39轴的转速，将数据通过导线23与D/A转换器35连接，并传输至上位机36，通过上位机36将数据投放至显示屏37，实时监测电机39轴的转速，具体的，上位机36内预置转速的合理区间范围，当转速位于合理区间内，显示屏37上显示转速数据正常；当转速不在合理区间范围内或发生堵转(电机39转速为0但仍然输出扭矩)等故障时，显示屏37显示转速数据异常，操作人员采取相应的紧急措施，对平台进行操控，对变频调速一体机22实时保护，预置转速的合理区间范围时，可设置为0-电机39最大转速之间。磁吸式温度传感器20吸附在变频调速一体机22的外壁表面，测量一体机机体表面的温度，磁吸式温度传感器20通过导线23与D/A转换器35连接，将温度数据传输至上位机36，上位机36将实时温度数据传输至显示屏37，上位机36内预置温度的合理区间范围，当温度位于合理区间内，显示屏37上显示温度数据正常，当温度不在合理区间范围内，显示屏37显示温度数据异常，此时人工干预操作，预置温度的合理区间范围时，可设置为温度不得高于当前室温+50摄氏度；阻抗稳定网络26输出端与电机控制器25输入端连接，电机控制器25与变频调速一体机22的电机39部分连接，控制其稳定运行，阻抗稳定网络26与电机控制器25均放置在测试桌27上。屏蔽室二3中设置有测试台一13，测试台一13采用金属材料接地，其上设有基座一12，测功机8放置在测试台一13上，测功机8输出轴与扭矩传感器9连接，扭矩传感器9通过导线23与D/A转换器35连接，经模数转换后传输至上位机36，上位机36将实时扭矩数据传输至显示屏37，以便于测试工况的监测和控制，保证加载扭矩在合理区间内，具体的，上位机36内预置扭矩的合理区间范围，当扭矩位于合理区间内，显示屏37上显示扭矩数据正常；当扭矩不在合理区间范围内，显示屏37显示扭矩数据异常；扭矩传感器9与联轴器一11连接，联轴器一11与变速器16输入轴连接，并通过基座一12进行支撑；联轴器一11上装有接地圈一10，变速器16输入轴通过壁板开关罩14包络，均为避免轴电流对测试结果产生影响；变速器16输出轴通过装有接地圈二18的联轴器二17与变频调速一体机22的电机39轴连接；通过对变速器16档位进行调节，分别模拟变频调速一体机22的大扭矩和高转速的不同工况。

作为优选，变速器16的输入轴通过设置有接地圈一10的联轴器一11与测功机8的输出轴连接，变速器16的输出轴通过设置有接地圈二18的联轴器二17与变频调速一体机22的电机39轴连接；联轴器一11和联轴器二17均由绝缘材料制成，避免轴电流对测试结果产生影响；变速器16的输入轴通过壁板开关罩14包络；用于变频调速一体机22的电磁信号测试平台还设置有用于支撑变速器16输入轴的基座一12和用于支撑变速器16输出轴的基座二15。

作为优选，暗室1内部四周设置高分子吸波材料24，比如等离子材料，用于避免测试运行过程中产生的辐射频率和激励方式使屏蔽室产生谐振，大大减小测量误差。

本实施例中，场强计33、EMC天线31和电流探头32均分别通过导线23与EMI测试接收机34连接，具体的，EMI测试接收机34通过EMC天线31接收由变频调速一体机22和电机控制器25在测试实验中产生的不同频率的发射信号，用于对变频调速一体机22和电机控制器25的电磁兼容性能进行测试，EMC天线31包括EMI接收天线和EMS发射天线，EMS发射天线用于在变频调速一体机22周围一定空间内产生规定的电场或磁场，EMI接收天线主要用于测试RE辐射骚扰场强值，接收变频调速一体机22通过空间辐射发射出的骚扰信号；电流探头32用于测试导线23的骚扰，通过测量传导骚扰电流来评估，针对EMC天线31和电流探头32采集的信号，EMI测试接收机34向上位机36输出干扰信号的平均值频谱、峰值频谱和准峰值频谱；场强计33用于测量操控室4内的磁场强度，并输出至上位机36，上位机36内预置场强的合理区间范围，当场强位于合理区间内，显示屏37上显示场强数据正常；当场强不在合理区间范围内，显示屏37显示场强数据异常，此时人工干预操作，实时监测场强强度，确保不会对工作人员造成人身安全影响，预置场强的合理区间范围时，可设置为操控室4磁场强度不能超过50微特斯拉。

本实施例中，电源网络30用于电源线骚扰电压测试，电源网络30与霍尔电压传感器29连接，通过导线23与D/A转换器35连接，将电压数据传输至上位机36，上位机36将实时电压数据传输至显示屏37，上位机36内预置电压的合理区间范围，当电压位于合理区间内，显示屏37上显示电压数据正常；当电压不在合理区间范围内，显示屏37显示电压数据异常，人工干预操控，对变频调速一体机22进行保护，预置电压的合理区间范围时，可设置为电压不得高于127V交流电；电源网络30与阻抗稳定网络26之间设有电源滤波器28，抑制测试系统运行中产生的电磁噪声。

如图2所示，变频调速一体机22包括外壳40、设置于外壳40顶部的变频器38以及设置于外壳40内部的电机39和工控机44，变频器38分别与电机39和工控机44电连接；外壳40位于电机39的一侧为双层结构，双层结构内设置有折返式水道41，折返式水道41的一端与水泵42连接，折返式水道41的另一端与水箱43连接，水箱43和水泵42串联，水泵42与工控机44连接；折返式水道41的布置方式为：双层结构内部设置若干个与电机39轴平行的直水道，若干个直水道通过弯水道依次连接形成折返式水道41。

本实施例中，变频调速一体机22集成变频器38和电机39于一体，电机39和变频器38是合理匹配的，上部是变频器38，下部是嵌套于外壳40内的电机39，内部电缆连接，省去了暴露在外的连接电缆。变频器38由工控机44控制，控制变频器38对电机39进行软启动和无极调速。装配的外壳40为双层壳体，内部加工水槽，并形成折返式水道41，折返式水道41的结构是直水道沿外壳40轴线方向平行排列，每条直水道两端中的一端拐弯折回，往复多条，一直覆盖电机39外壳40。折返式水道41通过水管分别与水箱43和水泵42串联，水泵42抽取水箱43内冷却液，通过折返式水道41循环，由工控机44控制水泵42进行水冷散热工作。

本发明一种用于变频调速一体机22的电磁信号测试平台的工作原理如下：

(1)测功机8-变速器16-变频调速一体机22运转，通过模拟变频调速一体机22的两种不同的实际工况，分别对其测试，其中，测功机8-变速器16设置在低挡位时，变频一体机的测试参数的电机39转速范围是小范围，扭矩变化量的范围是大范围，即低档位小转速大扭矩工况；测功机8-变速器16高档位时，电机39转速范围是大范围，扭矩变化量范围是小范围，即高档位大转速低扭矩工况下；

(2)在运转过程中，通过电源网络30、霍尔电压传感器29、电源滤波器28、阻抗稳定网络26和电机控制器25给定电压，调节电源网络30和阻抗稳定网络26，向电机39发送信号给定相应的高压或低压电压；通过EMC天线31给定磁场信号干扰，并通过EMC天线31、电流探头32和EMI测试接收机34测试电磁兼容性；

(3)如图3所示，在测试的过程中，扭矩、温度、电压、场强和转速各传感器数据传输至上位机36后，上位机36分别与对应的预置合理区间比对，当其中之一数据不在合理区间范围，显示屏37显示对应的数据异常，进而进行人工干预，对变频调速一体机22进行实时保护。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种用于变频调速一体机的电磁信号测试平台，其特征在于，包括通过屏蔽墙分隔开的操控室、暗室、屏蔽室一和屏蔽室二；

所述操控室内设置有上位机、D/A转换器、显示屏和场强计，所述上位机分别与D/A转换器和显示屏连接；

所述暗室内设置有变频调速一体机、EMC天线和电流探头，所述变频调速一体机的电机依次与电机控制器和阻抗稳定网络连接；所述变频调速一体机的电机轴依次与变速器和测功机连接；所述变频调速一体机的外壁设置有温度传感器，所述电机轴设置有测速传感器，所述温度传感器和测速传感器均分别与D/A转换器连接；

所述屏蔽室一内设置有EMI测试接收机，所述EMI测试接收机的输入端分别与场强计、EMC天线和电流探头连接，所述EMI测试接收机的输出端与上位机连接；

所述屏蔽室二内设置有测功机和电源网络，所述电源网络依次与电源滤波器和阻抗稳定网络连接；所述测功机的输出轴设置有扭矩传感器，所述电源网络设置有电压传感器，所述扭矩传感器和电压传感器均分别与D/A转换器连接。

2.根据权利要求1所述的用于变频调速一体机的电磁信号测试平台，其特征在于，所述变速器的输入轴通过设置有接地圈一的联轴器一与测功机的输出轴连接，所述变速器的输出轴通过设置有接地圈二的联轴器二与变频调速一体机的电机轴连接。

3.根据权利要求2所述的用于变频调速一体机的电磁信号测试平台，其特征在于，所述联轴器一和联轴器二均由绝缘材料制成。

4.根据权利要求2或3所述的用于变频调速一体机的电磁信号测试平台，其特征在于，所述变速器的输入轴通过壁板开关罩包络。

5.根据权利要求2或3所述的用于变频调速一体机的电磁信号测试平台，其特征在于，还设置有用于支撑变速器输入轴的基座一和用于支撑变速器输出轴的基座二。

6.根据权利要求1所述的用于变频调速一体机的电磁信号测试平台，其特征在于，所述暗室内部四周设置高分子吸波材料。

7.根据权利要求1所述的用于变频调速一体机的电磁信号测试平台，其特征在于，所述变频调速一体机包括外壳、设置于外壳顶部的变频器以及设置于外壳内部的电机和工控机，所述变频器分别与电机和工控机电连接。

8.根据权利要求7所述的用于变频调速一体机的电磁信号测试平台，其特征在于，所述外壳位于电机的一侧为双层结构，所述双层结构内设置有折返式水道，所述折返式水道的一端与水泵连接，所述折返式水道的另一端与水箱连接，所述水箱和水泵串联，所述水泵与工控机连接。

9.根据权利要求8所述的用于变频调速一体机的电磁信号测试平台，其特征在于，所述折返式水道的布置方式为：双层结构内部设置若干个与电机轴平行的直水道，若干个直水道通过弯水道依次连接形成折返式水道。

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