CN206270420U - 一种变频调速器电能质量特性测试系统、测试柜 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种变频调速器电能质量特性测试系统、测试柜，所述系统包括电能质量扰动源，与被测变频调速器的输入端连接；拖动电机，与被测变频调速器的输出端连接；负载电机，其输入端与负载电机变频调速器连接，输出端与拖动电机连接；数字采集装置，用于采集并计算被测变频调速器的电能质量发射及耐受特性指标；所述测试柜包括被测变频调速器、负载电机变频调速器和测量端子排。与现有技术相比，本实用新型提供的一种变频调速器电能质量特性测试系统、测试柜，通过控制电能质量扰动源输出各类型的测试电压，可以测试被测变频调速器的各类型的电能质量发射及耐受特性指标。

Description

一种变频调速器电能质量特性测试系统、测试柜

技术领域

本实用新型涉及电气设备的自动化测试技术领域，具体涉及一种变频调速器电能质量特性测试系统、测试柜。

背景技术

变频调速器是利用电力电子器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能，来调节电机转速以达到节能降耗效果的装置，其主要包括控制电路、整流电路、直流中间电路和逆变电路。控制电路完成对主电路的控制，整流电路将交流电变换成直流电，直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波，逆变电路将直流电再逆成交流电。

目前，变频调速器接入电网时主要面临两方面的电能质量扰动挑战：

1、变频调速器主要采用电力电子设备，其在工作时会向电网注入谐波电流等电能质量扰动，造成电网中各类电气设备产生附加损耗，从而降低使用寿命。

2、变频调速器输入侧的电源发生电能质量扰动时，可能造成变频调速器非正常运行甚至停止运行，这将会严重影响电力用户的生产安全及经济性。例如当输入侧电源发生持续时间小于1min的短时供电中断或电压暂降时，变频调速器由于其直流中间电路的储能能力有限，导致所带电机转速降低甚至停运。

综上，变频调速器的电能质量特性将会对电网运行和电力用户用电产生重要影响，但是目前尚无对变频调速器电能质量特性进行有效检测的技术手段，从而降低了变频调速器运行的安全性及经济性。

实用新型内容

为了满足现有技术的需求，本实用新型提供了一种变频调速器电能质量特性测试系统、测试柜。

第一方面，本实用新型中一种变频调速器电能质量特性测试系统的技术方案是：

所述系统包括：

电能质量扰动源，与被测变频调速器的输入端连接，用于输出测试电压；

拖动电机，与被测变频调速器的输出端连接，用于驱动负载转动；

负载电机，其输入端与负载电机变频调速器和外部电源顺次连接，输出端通过联轴器与所述拖动电机连接，用于模拟所述负载；

数字采集装置，用于采集所述被测变频调速器的输入电压/电流、输出电压/电流和直流电压，以及所述拖动电机的转速和负载电机的转矩；依据采集到的数据计算被测变频调速器的电能质量发射特性指标和电能质量耐受特性指标。

第二方面，本实用新型中一种变频调速器电能质量特性测试柜的技术方案是：

所述测试柜包括设置在柜体内部的负载电机变频调速器、被测变频调速器、电流互感器、转矩转速测量显示表和测量端子排；

所述负载电机变频调速器，用于接收外部电源输出的电压源，并驱动负载电机转动；

所述被测变频调速器，用于接收电能质量扰动源输出的测试电压，并驱动拖动电机带动所述负载电机转动；

所述电流互感器，用于采集所述被测变频调速器的输入电流和输出电流；

所述转矩转速测量显示表，用于接收并显示所述拖动电机的转速和负载电机的转矩；

所述测量端子排，用于布置所述测试柜的测试端子；所述测试端子包括所述被测变频调速器的输入电压测试端子、输入电流测试端子、输出电压测试端子、输出电流测试端子和直流电压测试端子，以及所述拖动电机和负载电机的转速转矩测试端子。

与最接近的现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型提供的一种变频调速器电能质量特性测试系统，通过控制电能质量扰动源输出含各种类型电能质量扰动的测试电压，可以测试被测变频调速器的电能质量耐受特性，控制电能质量扰动源输出标准电压源，可以测试被测变频调速器在各种运行工况下的各类电能质量发射特性，同时采用拖动电机和负载电机可以模拟多种负载类型，满足各种运行工况的测试需求；

2、本实用新型提供的一种变频调速器电能质量特性测试系统的测试柜，通过将负载电机变频调速器、被测变频调速器、电流互感器、转矩转速测量显示表、测量端子排和开关排安装在一个柜体内，可以节省各电气设备的占地面积，提高测试柜的可控性和操作灵活性。

附图说明

图1：本实用新型实施例中一种变频调速器的电能质量特性测试系统拓扑示意图；

图2：本实用新型实施例中一种变频调速器的电能质量特性测试柜示意图；

图3：本实用新型实施例中电机台架示意图；

图4：本实用新型实施例中被测变频调速器的三相输入电压波形示意图；

图5：本实用新型实施例中拖动电机转速和负载电机转矩的波形示意图；

图6：本实用新型实施例中被测变频调速器的直流电压波形示意图；

图7：本实用新型实施例中电能质量耐受曲线示意图；

其中，1：外部电源；2：电能质量扰动源；3：负载电机变频调速器；4：被测变频调速器；5：拖动电机；6：负载电机；7：联轴器；8：切换开关；9：电流互感器；10：变频器直流电压端子；11：转矩转速传感器；12：数字采集装置的数据采集部分；13：数字采集装置的数据处理和分析部分；14：背板；15：转矩转速测量显示表；16：线槽；17：测量端子排；18：电气板；19：开关排；20：直流供电电源；21：柜体；22：电压接线端子的插孔；23：电压接线端子的插针；24：电机台架；25：线槽；26：拖动电机的风扇；27：负载电机的风扇；28：上位机。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

下面分别结合附图，对本实用新型实施例提供的一种变频调速器的电能质量特性测试系统进行说明。

图1为本实用新型实施例中一种变频调速器的电能质量特性测试系统拓扑示意图，如图所示，本实施例中变频调速器的电能质量特性测试系统可以包括下述结构：

电能质量扰动源2，其与被测变频调速器4的输入端连接，用于向被测变频调速器4输出测试电压。本实施例中电能质量扰动源2可以采用常规的可编程电源，可编程电源的编程操作系统可以安装在上位机28上，通过编程设计实现电能质量扰动源2输出各种满足实际工况所需的测试电压。

拖动电机5，其输入端与被测变频调速器4的输出端连接，输出端与负载连接，用于驱动负载转动。

负载电机6，其输入端与负载电机变频调速器3和外部电源1顺次连接，输出端通过联轴器7与拖动电机5连接，用于模拟负载。本实施例中控制负载电机6以与拖动电机5方向相反的方向转动，并通过调节转矩大小实现模拟不同类型的负载。

数字采集装置，用于采集被测变频调速器4的输入电压/电流、输出电压/电流和直流电压，以及拖动电机5的转速和负载电机6的转矩；依据采集到的数据计算被测变频调速器4的电能质量发射特性指标和电能质量耐受特性指标。本实施例中数字采集装置采用常规的数据采集装置，可以包括数据采集部分12和数据处理部分13，数据采集部分12用于采集和接收数据，数据处理分析部分13接收数据采集部分传输的数据，并依据该数据计算电能质量特性指标。其中，数据处理分析部分13可以安装在PC机上。

本实施例中通过控制电能质量扰动源输出各类型的测试电压，可以测试被测变频调速器的电能质量耐受特性，控制电能质量扰动源输出标准电压，可以测试被测变频调速器在各种运行工况下的各类电能质量发射特性，同时采用拖动电机和负载电机可以模拟多种负载类型，满足各种运行工况的测试需求。

进一步地，本实施例中变频调速器的电能质量特性测试系统还可以包括下述结构。

本实施例中变频调速器的电能质量特性测试系统包括电流互感器9和转矩转速传感器11，其中：

电流互感器9，分别设置在被测变频调速器4的输入端和输出端，用于采集被测变频调速器4的三相输入电流和三相输出电流。

转矩转速传感器11，设置在拖动电机的联轴器与负载电机的联轴器之间，用于采集拖动电机的转速和负载电机的转矩。

本实施例中数字采集装置包括多个采样通道，上述采样通道分别与被测变频调速器4的输入端、输出端和直流电压端子10连接，用于采集被测变频调速器4的三相输入电压、三相输出电压和直流电压；也可以分别与电流互感器9和转矩转速传感器11连接，用于接收三相输入电流、三相输出电流、转速和转矩。

进一步地，本实施例中变频调速器的电能质量特性测试系统还可以包括下述结构。

本实施例中被测变频调速器4的数量为多个，其中，

上述多个被测变频调速器4的输入端均与电能质量扰动源2连接，输出端分别通过一个切换开关8与拖动电机5连接。

本实施例中测试系统包含多个被测变频调速器，且通过设置切换开关可以实现对多个被测变频调速器分别进行电能质量特性测试。

进一步地，本实施例中变频调速器的电能质量特性测试系统还可以包括下述结构。

本实施例中测试系系统还包括电机台架24。

图3为本实用新型实施例中电机台架示意图，如图所示，拖动电机5及其风扇26、负载电机6及其风扇27均设置在电机台架24上，拖动电机5和负载电机6通过联轴器7连接，转矩转速传感器11设置在二者的联轴器7之间。其中线槽26，用于铺设各类电气连线。

本实施例中通过电机台架固定拖动电机5和负载电机6，可以保证拖动电机5和负载电机6稳定运行，进而准确模拟各类负载。

下面对本实施例中数字采集装置计算电能质量特性指标进行说明。

(1)电能质量发射特性指标

数字采集装置采集被测变频调速器的输入电压/电流和输出电压/电流，依据采集到的数据计算谐波电流含量、负序电流含量、谐波电压、三相电压不平衡度和闪变值。

(2)电能质量耐受特性指标

数字采集装置采集被测变频调速器的直流电压，以及拖动电机的转速和负载电机的转矩；依据采集到的数据确定电能质量耐受曲线，具体为：

记录被测变频调速器在测试电压驱动下由电能质量扰动量作用开始到发生非正常工作时的运行时间，及发生非正常运行时的输入电压，依据运行时间和输入电压的电压幅值绘制电能质量耐受曲线。非正常工作包括所述拖动电机的转速下降至允许值以下、负载电机的转矩下降允许值以下或所述直流电压低于直流侧低电压保护阈值。

以一个变频调速器测试状态下被测变频调速器的数据为例说明对电能质量电压耐受曲线进行说明。

图4为本实用新型实施例中被测变频调速器的三相输入电压波形示意图，如图所示，本实施例中电压暂降持续时间初始为7个周波，电压暂降幅值为64％额定电压，被测变频器直流侧电压保护阈值设定为350V。

图6为本发明实施例中被测变频调速器的直流电压波形示意图，如图所示，电压暂降0.032s后，被测变频器直流电压由500V下降至接近350V，被测变频调速器发生低电压报警，可以判断电压暂降0.032s后被测变频调速器发生非正常运行。

图5为本发明实施例中拖动电机转速和负载电机转矩的波形示意图，如图所示，电压暂降0.032s后，拖动电机转速由接近1500转速/rpm逐渐降低至0，负载电机转矩由接近800转矩/N.m逐渐降低至0，被测变频调速器非正常运行。

图7为本实用新型实施例中电能质量耐受曲线示意图，如图所示，在电压暂降持续时间为0.032s时被测变频调速器的耐受电压值为64％额定电压。电能质量耐受曲线上方代表变频调速器可维持正常运行，曲线下方代表变频调速器非正常运行，即图4中电能质量耐受曲线上的点表示在64％额定电压作用下，被测变频调速器在0.032s时将停止运行。

下面结合附图，对本实用新型实施例提供的一种变频调速器的电能质量特性测试柜进行说明。其中，

图2为本实用新型实施例中一种变频调速器的电能质量特性测试柜示意图，如图所示，本实施例中测试柜包括设置在柜体内部的负载电机变频调速器3、被测变频调速器4、电流互感器9、转矩转速测量显示表15、测量端子排17和开关排19。其中，

负载电机变频调速器3，用于接收外部电源输出的标准电源，并驱动负载电机转动。

被测变频调速器4，用于接收电能质量扰动源输出的测试电压，并驱动拖动电机带动负载电机转动。

电流互感器4，用于采集被测变频调速器4的输入电流和输出电流。

转矩转速测量显示表15，用于接收并显示拖动电机的转速和负载电机的转矩。本实施例中可以在拖动电机与负载电机之间设置转矩转速传感器，用于检测拖动电机的转速和负载电机的转矩，转矩转速测量显示表15接收并显示转矩转速传感器输出的转速和转矩值。

测量端子排17，用于向数字采集装置输出被测变频调速器4的输入电压/电流、输出电压/电流和直流电压，以及拖动电机的转速和负载电机的转矩，本实施例中数字采集装置依据采集到的数据计算被测变频调速器的电能质量发射特性指标和电能质量耐受特性指标。

开关排19，用于排布测试柜的控制开关和保护开关。

本实施例中负载电机变频调速器3和被测变频调速器4均挂装在测试柜的背板14上，电流互感器9、转矩转速测量显示表15及其直流供电电源20、测量端子排17和开关排19均固定在测试柜的电气板18上。通过将负载电机变频调速器、被测变频调速器、电流互感器、转矩转速测量显示表、测量端子排和开关排安装在一个柜体21内，可以节省各电气设备的占地面积，提高测试柜的可控性和操作灵活性。

进一步地，本实施例中测试柜还可以包括下述结构。

本实施例中测试柜还包括切换开关8，被测变频调速器4的数量为多个，切换开关8与的多个被测变频调速器4一一对应。其中，

切换开关8包括输入电压接线端子和输出电压接线端子，分别用于连接被测变频调速器4的输入电压端子和输出电压端子，如图2所示，左侧的电压接线端子为输入电压接线端子，右侧的电压接线端子为输出电压接线端子。本实施例中输入电压接线端子和输出电压接线端子均采用四孔插头，包括电压接线端子的插孔22和电压接线端子的插针23。

进一步地，本实施例中控制开关和保护开关可以包括下述各类开关。

(1)保护开关

包括拖动电机熔断器和负载电机熔断器。

(2)控制开关：

外部电源断路器，用于导通/断开负载电机变频调速器与外部电源的连接。

负载电机断路器，用于导通/断开负载电机变频调速器与负载电机的连接。

拖动电机断路器，用于导通/断开被测变频调速器与拖动电机的连接。

电能质量扰动源断路器，用于导通/断开被测变频调速器与电能质量扰动源的连接。

电机风扇断路器，用于导通/断开负载电机与其风扇的连接，及拖动电机与其风扇的连接。

直流电源断路器，用于导通/断开转矩转速测量显示表与其直流供电电源的连接。

柜体插座和照明断路器，用于导通/断开测试柜内电源插座和照明设备所在的电路。

进一步地，本实施例中测量端子排可以包括下述各类测试端子。

本实施例中测量端子排，用于排布测试柜的测试端子，包括被测变频调速器的输入电压测试端子、输入电流测试端子、输出电压测试端子、输出电流测试端子和直流电压测试端子，以及拖动电机和负载电机的转速转矩测试端子。

本实用新型提供的变频调速器电能质量特性测试系统、测试柜，可以实现变频调速器的电能质量特性测试，为电力系统的供用电双方选取适于实际工况需求的变频调速器提供了可靠的依据，同时也有助于变频调速器的生产商检测其产品性能，从而进一步提高产品性能。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种变频调速器的电能质量特性测试系统，其特征在于，所述系统包括：

电能质量扰动源，与被测变频调速器的输入端连接，用于输出测试电压；

拖动电机，与被测变频调速器的输出端连接，用于驱动负载转动；

负载电机，其输入端与负载电机变频调速器和外部电源顺次连接，输出端通过联轴器与所述拖动电机连接，用于模拟所述负载；

数字采集装置，用于采集所述被测变频调速器的输入电压/电流、输出电压/电流和直流电压，以及所述拖动电机的转速和负载电机的转矩；依据采集到的数据计算被测变频调速器的电能质量发射特性指标和电能质量耐受特性指标。

2.如权利要求1所述的一种变频调速器的电能质量特性测试系统，其特征在于，

所述系统还包括电流互感器和转矩转速传感器；

所述电流互感器，分别设置在所述被测变频调速器的输入端和输出端，用于采集被测变频调速器的三相输入电流和三相输出电流；

所述转矩转速传感器，设置在所述拖动电机的联轴器与负载电机的联轴器之间，用于采集拖动电机的转速和负载电机的转矩。

3.如权利要求2所述的一种变频调速器的电能质量特性测试系统，其特征在于，

所述数字采集装置包括多个采样通道；

所述的多个采样通道分别与所述被测变频调速器的输入端、输出端和直流端子连接，用于采集被测变频调速器的三相输入电压、三相输出电压和直流电压；以及分别与所述电流互感器和转矩转速传感器连接，用于接收所述三相输入电流、三相输出电流、转速和转矩。

4.如权利要求1所述的一种变频调速器的电能质量特性测试系统，其特征在于，

所述被测变频调速器的数量为多个；

所述的多个被测变频调速器的输入端均与所述电能质量扰动源连接，输出端分别通过一个切换开关与所述拖动电机连接。

5.如权利要求1所述的一种变频调速器的电能质量特性测试系统，其特征在于，

所述系统还包括电机台架；

所述拖动电机与负载电机设置在所述电机台架上。

6.一种变频调速器的电能质量特性测试柜，其特征在于，所述测试柜包括设置在柜体内部的负载电机变频调速器、被测变频调速器、电流互感器、转矩转速测量显示表和测量端子排；

所述负载电机变频调速器，用于接收外部电源输出的电压源，并驱动负载电机转动；

所述被测变频调速器，用于接收电能质量扰动源输出的测试电压，并驱动拖动电机带动所述负载电机转动；

所述电流互感器，用于采集所述被测变频调速器的输入电流和输出电流；

所述转矩转速测量显示表，用于接收并显示所述拖动电机的转速和负载电机的转矩；

所述测量端子排，用于布置所述测试柜的测试端子；所述测试端子包括所述被测变频调速器的输入电压测试端子、输入电流测试端子、输出电压测试端子、输出电流测试端子和直流电压测试端子，以及所述拖动电机和负载电机的转速转矩测试端子。

7.如权利要求6所述的一种变频调速器的电能质量特性测试柜，其特征在于，

所述被测变频调速器的数量为多个；

所述测试柜还包括切换开关，其与所述的多个被测变频调速器一一对应；

所述切换开关包括输入电压接线端子和输出电压接线端子，分别用于连接所述被测变频调速器的输入电压端子和输出电压端子。

8.如权利要求6所述的一种变频调速器的电能质量特性测试柜，其特征在于，

所述测试柜还包括开关排，用于布置所述测试柜的保护开关和控制开关；

所述保护开关包括拖动电机熔断器和负载电机熔断器；

所述控制开关包括：

外部电源断路器，用于导通/断开所述负载电机变频调速器与外部电源；

负载电机断路器，用于导通/断开所述负载电机变频调速器与负载电机；

拖动电机断路器，用于导通/断开所述被测变频调速器与拖动电机；

电能质量扰动源断路器，用于导通/断开所述被测变频调速器与电能质量扰动源；

电机风扇断路器，用于导通/断开所述负载电机与其风扇，以及所述拖动电机与其风扇；

直流电源断路器，用于导通/断开所述转矩转速测量显示表与其直流供电电源；

柜体插座和照明断路器，用于导通/断开所述测试柜内电源插座和照明设备所在的电路。

9.如权利要求6所述的一种变频调速器的电能质量特性测试柜，其特征在于，

所述测试端子与数字采集装置连接，所述数字采集装置依据采集到的数据计算被测变频调速器的电能质量发射特性指标和电能质量耐受特性指标。

10.如权利要求6-9任一项所述的一种变频调速器的电能质量特性测试柜，其特征在于，负载电机变频调速器和被测变频调速器均挂装在所述测试柜的背板上；

电流互感器、转矩转速测量显示表及其直流供电电源、测量端子排和开关排均固定在所述测试柜的电气板上。