CN206775374U - 电压源型变频器检测系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种电压源型变频器检测系统，属于电路检测技术领域。所述电压源型变频器检测系统包括：电压调节单元，用于调节输入到所述变频器的输入电压的大小；检测单元，连接所述变频器的输出端，用于检测所述变频器的输出电压；控制单元，用于控制输入到所述变频器的触发脉冲的触发频率和脉冲宽度，以触发所述变频器工作；以及处理单元，用于根据所述输入电压、所述触发脉冲的触发频率和所述脉冲宽度计算所述变频器的理论输出电压，并将所检测的所述输出电压与所述理论输出电压比较，当所检测的所述输出电压与所述理论输出电压的差值超过设定值时，确定所述变频器故障。通过隔离高压、外加电压对变频器进行检测，提高检测效率和安全性。
Description
技术领域
本实用新型涉及电路检测技术领域，具体地涉及一种电压源型变频器检测系统。
背景技术
在全球低碳减排日益迫切的趋势下，减少工业生产过程中的能耗被认为是当前最为根本的途径，亟待充分开发并利用一切具有节能潜力的生产环节来实现真正意义上的节约能源。高压变频器的成功开发及推广应用对工业企业落实节能降耗具有重要的意义。
高压变频器的常规检测技术是首先将高压变频器的输出电缆从负载侧断开，高压变频器的输入电缆保持与高压电源的连接，将高压侧开关合上，利用高压厂用电源为变频器提供电源，分部完成单体检测和整组检测。当变频器发生重故障时会将高压侧开关跳开，其最大的缺陷是倘若未能一次性将所有故障都排除，则会造成高压侧开关的多次跳闸，对高压电源系统造成冲击影响，同时高压电源的多次突变也会对变频器本身造成不利影响。
实用新型内容
本实用新型实施例的目的是提供一种电压源型变频器检测系统，该系统通过隔离高压、外施加电压对变频器进行检测，提高检测效率和安全性。
为了实现上述目的，本实用新型实施例提供一种电压源型变频器检测系统，该系统包括：
电压调节单元，用于调节输入到所述变频器的输入电压的大小；
检测单元，连接所述变频器的输出端，用于检测所述变频器的输出电压；
控制单元，用于控制输入到所述变频器的触发脉冲的触发频率和脉冲宽度，以触发所述变频器工作；以及
处理单元25，用于根据所述输入电压、所述触发脉冲的触发频率和所述脉冲宽度计算所述变频器的理论输出电压，并将所检测的所述输出电压与所述理论输出电压比较，当所检测的所述输出电压与所述理论输出电压的差值超过设定值时，确定所述变频器故障。
可选的，所述变频器包括功率单元，用于根据所述触发脉冲导通或关断，以使得所述输入电压到所述输出电压的连接的导通或断开；
其中所述输入电压接入所述变频器的功率单元的输入端，所述检测单元连接所述变频器的功率单元的输出端，所述控制单元连接所述功率单元的控制端。
可选的，所述检测单元为示波器。
可选的，所述变频器的输入端包括一组移相变压器高压侧和两组分别与其耦合的移相变压器低压侧，且所述两组移相变压器低压侧耦合，其中，所述输入电源经所述两组移相变压器低压侧中的一组连接所述电压调节单元，所述两组移相变压器低压侧中的另一组接入所述功率单元。
可选的，连接所述电压调节单元的一组移相变压器低压侧为星形绕组，连接所述功率单元的一组移相变压器低压侧为延边三角形绕组。
可选的，该系统还包括：
旁路装置，连接高压电源和高压电机，以使得在该旁路装置导通的情况下，所述变频器短路。
可选的，所述旁路装置包括：连接所述高压电源和所述高压电机的第一开关。
可选的，所述旁路装置还包括：连接所述高压电源和所述变频器的输入端的第二开关。
可选的，所述旁路装置还包括：连接所述变频器的输出端和所述高压电机的第三开关。
可选的，其中，所述第二开关并联在所述变频器的两端，所述第二开关置于所述第一开关与所述变频器的输入端的连接点和所述变频器的输入端之间；所述第二开关置于所述第一开关与所述变频器的输出端的连接点和所述变频器的输出端之间。
通过上述技术方案，通过电压调节单元调节输入到变频器的电压的大小，由控制单元控制输入到变频器的触发脉冲的脉冲宽度和触发频率，已得到经由变频器整流、逆变后输出的不同的输出电压，根据输入电压、脉冲宽度和触发频率计算变频器的理论输出电压，将该理论输出电压与检测单元检测到的输出电压比较，当二者的差值超过设定值时，确定变频器出现故障，导致输出电压异常，以便于检修维护，保证电路运行安全，通过隔离高压电，外加输入电压的检测方式，保证电路安全和提高检测效率。
本实用新型实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本实用新型实施例，但并不构成对本实用新型实施例的限制。在附图中：
图1是本实用新型一种实施方式的电压源型变频器检测系统结构示意图；
图2是本实用新型另一种实施方式的电压源型变频器检测系统结构示意图；
图3是本实用新型一种实施方式的电压源型变频器检测系统与变频器接线图；
图4A是本实用新型一种实施方式的电压源型变频器检测系统的旁路装置与变频器连接示意图；
图4B是本实用新型另一种实施方式的电压源型变频器检测系统的旁路装置与变频器连接示意图；
图4C是本实用新型另一种实施方式的电压源型变频器检测系统的旁路装置与变频器连接示意图；
图4D是本实用新型另一种实施方式的电压源型变频器检测系统的旁路装置与变频器连接示意图；
图5是本实用新型另一种实施方式的电压源型变频器检测系统结构示意图；
图6是本实用新型一种实施方式的变频器功率单元连接示意图；
图7是本实用新型一种实施方式的电压源型变频器检测系统连接示意图；
图8是本实用新型另一种实施方式的电压源型变频器检测系统连接示意图；
图9是本实用新型一种实施方式的电压源型变频器检测系统示波器示出输出电压波形图。
附图标记说明
1 高压侧开关 2 第二开关
4 高压电机 5 第三开关
6 第一开关 7 移相变压器高压侧电缆
8 移相变压器高压侧绕组 9 移相变压器低压侧绕组A
10 功率单元输入电缆 11 移相变压器低压侧绕组B
12 空气开关A 13 电压调节单元
14 空气开关B 15 A相功率单元输出串联母排
16 B相功率单元输出串联母排 17 C相功率单元输出串联母排
18 中性点母线 19 功率单元
22 检测单元 23 旁路装置
24 控制单元 25 处理单元
26 变频器 131 调压器
221 示波器 241 触发器
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型实施例，并不用于限制本实用新型实施例。
变频器的故障分析
当变频器出现故障后，需要尽快定位故障元件并采取有效的措施，但是由于故障形式的多元化，多次的故障会对高压电源系统的稳定性带来一定的安全威胁。变频器的故障分别“重故障”和“轻故障”两种，其中“重故障”出现后会立即停机，并切断高压输入电源；“轻故障”不会影响到变频器的正常运行，但是应该及时处理，以免演变为重故障。
回路故障
有应用案例表明，如果不相邻功率单元输入电缆出现连接交叉错误，变频器启动后会导致输出短路，此时变频器无法正确判断输入电源回路错误的功率单元，会引起处于中间位置的无异常功率单元报故障，而处于后面的功率单元由于控制单元已关断输出而报不出故障，由此会造成对故障的误判断。
通讯故障
变频器的控制单元和功率单元的信号传输是通过通讯光纤进行的，包括上行光纤和下行光纤，如果上行光纤、下行光纤或两端的发送、接收部分有故障时，变频器会报出哪个通道故障，但是无法区分是哪个元件的问题。
过载、过流故障
变频器的输入、输出均有电流检测，当控制单元检测到输入或输出电流达到过载、过流定值时会重故障停机，一般情况下是由于信号干扰、电流检测元件故障、电机过载(流)引起保护元件动作。但另外一种情况就是其中有一个或多个功率单元输出电压较低或无输出，对于这种情况变频器无法判断出特性欠佳的功率单元，并且也难以通过常规检查手段查出。
本实用新型针对变频器发生难以判断的故障时，提供一种在确保高压厂用电系统和变频器自身的安全可靠性的情况下，对变频器进行检测的系统。
图1是本实用新型一种实施方式的电压源型变频器检测系统结构示意图。如图1所示的本实用新型一种实施方式的电压源型变频器检测系统，包括：电压调节单元13，用于调节输入到所述变频器26的输入电压的大小；检测单元22，连接所述变频器26的输出端，用于检测所述变频器26的输出电压；控制单元24，用于控制输入到所述变频器26的触发脉冲的触发频率和脉冲宽度，以触发所述变频器26工作；以及处理单元，用于根据所述输入电压、所述触发脉冲的触发频率和所述脉冲宽度计算所述变频器26的理论输出电压，并将所检测的所述输出电压与所述理论输出电压比较，当所检测的所述输出电压与所述理论输出电压的差值超过设定值时，确定所述变频器26故障。
上述方案中，通过电压调节单元13调节输入到变频器26的电压的大小，由控制单元24控制输入到变频器26的触发脉冲的脉冲宽度和触发频率，已得到经由变频器26整流、逆变后输出的不同的输出电压，根据输入电压、脉冲宽度和触发频率计算变频器26的理论输出电压，将该理论输出电压与检测单元22检测到的输出电压比较，当二者的差值超过设定值时，确定变频器26出现故障，导致输出电压异常，以便于检修维护，保证电路运行安全，通过隔离高压电源，外加输入电压的检测方式，保证电路安全和提高检测效率。
图2是本实用新型另一种实施方式的电压源型变频器检测系统结构示意图。如图2所示的本实用新型一种实施方式的电压源型变频器检测系统，所述变频器26包括功率单元19，用于根据所述触发脉冲导通或关断，以使得所述输入电压到所述输出电压的连接的导通或断开；
其中所述输入电压接入所述变频器26的功率单元19的输入端，所述检测单元22连接所述变频器26的功率单元19的输出端，所述控制单元24连接所述功率单元19的控制端。
上述方案中，所述检测单元22为示波器。
通过上述方案，功率单元19通过控制单元24的触发脉冲对输入电压进行脉冲调制，由示波器得到经脉冲调制后的输入电压，得到输出电压的PWM波形，由示波器示出，根据示出波形得到输出电压。
图3是本实用新型一种实施方式的电压源型变频器检测系统与变频器26接线图。如图3所示，所述变频器26的输入端包括一组移相变压器高压侧和两组分别与其耦合的移相变压器低压侧，且所述两组移相变压器低压侧耦合，其中，所述输入电源经所述两组移相变压器低压侧中的一组连接所述电压调节单元13，所述两组移相变压器低压侧中的另一组接入所述功率单元19。
作为示例，连接所述电压调节单元13的一组移相变压器低压侧为星形绕组，连接所述功率单元19的一组移相变压器低压侧为延边三角形绕组。
如图3所示，移相变压器为Y/△/Yn接线方式，移相变压器高压侧绕组8采用星形绕组，移相变压器低压侧绕组A9采用延边三角形联接，每相分为6个不同的相位组，互差10°电角度；移相变压器低压侧绕组B11采用星形绕组，额定输出电压380V，例如可以同时为控制单元24提供输入电压。
图4A是本实用新型一种实施方式的电压源型变频器检测系统的旁路装置23与变频器26连接示意图。如图4A所示的本实用新型一种实施方式的电压源型变频器检测系统，还包括：
旁路装置23，连接高压电源和高压电机4，以使得在该旁路装置23导通的情况下，所述变频器26短路。
上述方案中，通过旁路装置23连接高压电源和高压电机4等负载，以使变频器26断开与高压电源和负载如高压电机4的连接，从而接入上述任一种实施方式的检测系统。将高压电源与变频器26隔离，另外施加电压进行检测，在不暂停负载如高压电机4的工作状态的情况下，对变频器26进行检测，保证负载如高压电机4的运行效率。
图4B是本实用新型另一种实施方式的电压源型变频器检测系统的旁路装置23与变频器26连接示意图。如图4B所示，所述旁路装置23还包括：连接所述高压电源和所述高压电机4的第一开关6。
图4C是本实用新型另一种实施方式的电压源型变频器检测系统的旁路装置23与变频器26连接示意图。如图4C所示，所述旁路装置23还包括：连接所述高压电源和所述变频器26的输入端的第二开关2。
图4D是本实用新型另一种实施方式的电压源型变频器检测系统的旁路装置23与变频器26连接示意图。如图4D所示，所述旁路装置23还包括：连接所述变频器26的输出端和所述高压电机4的第三开关5。
其中，所述第二开关2并联在所述变频器26的两端，所述第二开关2置于所述第一开关6与所述变频器26的输入端的连接点和所述变频器26的输入端之间；所述第二开关2置于所述第一开关与所述变频器26的输出端的连接点和所述变频器26的输出端之间。
图5是本实用新型另一种实施方式的电压源型变频器检测系统结构示意图。如图5所示，在需要对变频器26进行检测维护时，接通高压侧开关1，并通过闭合旁路装置23的第一开关6，将变频器26与6kV高压电源隔离，由电压调节单元13调节电压接入交流电源AC380V，并由控制单元24控制触发脉冲的脉冲宽度和触发频率，以使经由电压调节单元13输入到变频器26的输入电压经过脉冲调制输出电压，检测单元22检测输出电压，由处理单元根据输入电压、脉冲宽度和触发频率计算理论输出电压，与检测单元22检测到的输出电压进行比较，当二者的差值超过设定值时，确定变频器26出现故障。因检测过程中，高压电源与高压电机4连通，不影响负载的正常运行，保证电网的正常运行；同时，变频器26的检测过程从高压电压隔离，提高检测的安全性和检测效率。
上述方案中，电压调节单元例如可以为调压器，检测单元22例如可以为示波器。
图6是本实用新型一种实施方式的变频器功率单元19连接示意图。如图6所示，A、B、C三相功率单元19通过移向变压器低压侧接入电网。移相变压器低压侧绕组A9采用延边三角形联接，每相分为6个不同的相位组，互差10°电角度。
图7是本实用新型一种实施方式的电压源型变频器检测系统连接示意图。如图7所示，功率单元19输入端通过功率单元19输入电缆接入输入电压，功率单元19输出端连接示波器221，以检测输出电压，功率单元19控制端连接控制单元24。
图8是本实用新型另一种实施方式的电压源型变频器检测系统连接示意图。如图8所示，功率单元19输入端通过功率单元19输入电缆和调压器131接入输入电压，功率单元19输出端连接示波器，以检测输出电压，功率单元19控制端连接的控制单元24为触发器。
上述任一种实施方式的电压源型变频器检测系统可对电压源型变频器26进行单体检测和整组检测。
单体检测
如图6中，将A、B、C相功率单元输出串联母排15、16、17和中性点母线拆开，使用AC380V电压输入的调压器131作为移相变压器低压侧绕组B11星形绕组的输入电源，变频器26的容量越大要求调压器131的容量越大(建议2000kVA以上的变频器26使用9kVA及以上的调压器)。合上空气开关A12和空气开关B14，缓慢升高调压器131输出电压由0V至380V(移相变压器高压侧绕组8额定电压为6000V)，测量每个功率单元19的输入线电压应为(实际工程应用中，对于大容量高压电机和变频器26，满载运行情况下电压会有一定的下降，移相变压器选型时Uφφ可能会略高于计算值，故Uφφ应以变压器实际变比为准)。在不具备远程操作条件的情况下，亦可选择切换至就地方式启动变频器26并进行频率调节。
使用如图7中的示波器221检测每个功率单元19的输出PWM(Pulse WidthModulation)波形，脉冲数m与IGBT(Insulated Gate Bipolar Trasistor)开关频率F、变频器26运行频率f有关，其关系是：m＝F/f(上下半波各一半)。当IGBT(Insulated GateBipolar Trasistor)开关频率为1200Hz、运行频率升至50Hz时，每个功率单元19的输出PWM(Pulse Width Modulation)波形应如图9所示，因功率单元19内部的铜排存在电感，输出电压值U0略高于输入电压，约为1.1×UΦΦ。
当实际测量的输入线电压较UΦΦ有明显的偏差时，应全面检查各功率单元输入电缆10接线是否存在错误。
整组检测
因为移相变压器低压侧绕组A9的A、B、C相延边三角形绕组都是独立的，功率单元19的输出也是相互独立的，因此单体检测的成功只能验证各功率单元19是完好的，并不意味着整个变频器26系统是正常的。当级联数较多且相邻功率单元19的输入电源电缆接线10交叉错误连接时，输入线电压不会有太大的偏差，单体检测时由于各功率单元19是相互独立的，变频器26不会有故障报警，而功率单元19输出串联运行时会造成变频器26的输出短路故障，所以还需要恢复A、B、C相功率单元输出串联母排15、16、17和中性点母线18连接，启动变频器26并调节频率，以进行整组检测，验证包括外部回路在内的整个变频系统是否正常。变频器26输出电压为每相6个功率单元19输出电压的串联叠加，线电压为6000V。
检测结果
顺利通过单体和整组检测的变频器26可以认为正常，可以带载试运；如果在检测的过程中有故障报警，就需要进行相应的故障排查，重新进行检测，直至全部检测都通过。
特别说明
由于使用该技术进行的变频器检测是空载试验，且输入电源是从移相变压器低压侧绕组B11施加的，属于非正常运行方式，因此需要强调几点注意事项：
①此种检测技术仅适用于有变压器的电压源型高压变频器，并不适用于无变压器电压源型和电流源型。
②必须保证变频器26控制单元24检测厂用母线电源的回路是正常的，因为控制单元24只有在检测到厂用母线电源正常的情况下才可给功率单元19发出触发脉冲。
③在给移相变压器低压侧绕组B11施加电源之前，应确保其不带有任何负载(例如散热风机等)，以防调压器131副边绕组电流过大，烧坏调压器131。
④当变频器26处于工频方式，即第二开关2和第三开关5断开，而第一开关6闭合时，且高压电机4在运行中，需要采用此种方法进行检测时，要将变频器26重故障跳高压侧开关1的回路甩开，防止变频器26有故障时将运行中的高压侧开关1误分闸，造成不必要的损失。
⑤移相变压器正常运行时为降压变压器，从移相变压器低压侧绕组B11施加检测电源时变压器会以升压变压器的方式使移相变压器高压侧绕组8输出电压，因此调压器131输出需缓慢升压至380V，并实时监测变频器26的输入电压和电流(即调压器131输出电压和电流)，当输入电流随着输入电压的增大而快速增大时，说明调压器131升压太快，应停止升压，待电流回落稳定后方可继续。输入电流的大小与变频器26容量有关，容量越大电流越大。
作为示例，例如可以按照如下方法实施单体检测。
将需检测功率单元输入电缆10从移相变压器低压侧绕组A的A、B、C相拆除，将需检测功率单元19的输出串联母排拆除，即将需检测功率单元19独立出来。
采取如图8的电压源型变频器检测系统进行单个功率单元19的单体检测，使用调压器131给单个功率单元19提供输入电压，并要求调压器131输出电压值大于功率单元19的欠压定值，使用触发器241触发功率单元19导通(50Hz)，用示波器221检查功率单元19的输出PWM(Pulse Width Modulation)波形和电压值U0，功率单元19的输出同上述单体检测。
采用本实用新型实施例的电压源型变频器检测系统进行变频器26的检测，与高压电源系统隔离，操作简单，特别适用于变频器26故障检修而高压电机又需要运行的情况，此时只需将高压电机切换为旁路装置运行模式，再将变频器26从6kV高压厂用电源系统隔离就可以完成多次、全面的检测工作；同样也适用于变频器26修后的检测，在自行检测变频器26功能正常后再投入高压电源系统，对变频器26的顺利投运是非常有利的。
当处于湿度较大环境中的变频器26长时间停运时，功率单元19等电子元器件可能由于受潮而不能正常启动运行，反复使用其中的单体检测技术能使受损的功率单元19等逐步恢复正常性能。
对于国内市场应用的电压源型高压变频器26，结构原理基本相同，这种特殊的检测技术使用灵活，基本不受运行方式影响，对高压电源系统无任何不利影响。
以上结合附图详细描述了本实用新型例的可选实施方式，但是，本实用新型实施例并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型实施例的技术构思范围内，可以对本实用新型实施例的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本实用新型实施例的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本实用新型实施例对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本实用新型实施例的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本实用新型实施例的思想，其同样应当视为本实用新型实施例所公开的内容。
Claims (10)
1.一种电压源型变频器检测系统，其特征在于，该系统包括：
电压调节单元，用于调节输入到所述变频器的输入电压的大小；
检测单元，连接所述变频器的输出端，用于检测所述变频器的输出电压；
控制单元，用于控制输入到所述变频器的触发脉冲的触发频率和脉冲宽度，以触发所述变频器工作；以及
处理单元，用于根据所述输入电压、所述触发脉冲的触发频率和所述脉冲宽度计算所述变频器的理论输出电压，并将所检测的所述输出电压与所述理论输出电压比较，当所检测的所述输出电压与所述理论输出电压的差值超过设定值时，确定所述变频器故障。
2.根据权利要求1所述的检测系统，其特征在于，其中，所述变频器包括功率单元，用于根据所述触发脉冲导通或关断，以使得所述输入电压到所述输出电压的连接的导通或断开；
其中所述输入电压接入所述变频器的功率单元的输入端，所述检测单元连接所述变频器的功率单元的输出端，所述控制单元连接所述功率单元的控制端。
3.根据权利要求2所述的检测系统，其特征在于，所述检测单元为示波器。
4.根据权利要求3所述的检测系统，其特征在于，所述变频器的输入端包括一组移相变压器高压侧和两组分别与其耦合的移相变压器低压侧，且所述两组移相变压器低压侧耦合，其中，所述输入电源经所述两组移相变压器低压侧中的一组连接所述电压调节单元，所述两组移相变压器低压侧中的另一组接入所述功率单元。
5.根据权利要求4所述的检测系统，其特征在于，连接所述电压调节单元的一组移相变压器低压侧为星形绕组，连接所述功率单元的一组移相变压器低压侧为延边三角形绕组。
6.根据权利要求1所述的检测系统，其特征在于，该系统还包括：
旁路装置，连接高压电源和高压电机，以使得在该旁路装置导通的情况下，所述变频器短路。
7.根据权利要求6所述的检测系统，其特征在于，所述旁路装置包括：
连接所述高压电源和所述高压电机的第一开关。
8.根据权利要求7所述的检测系统，其特征在于，所述旁路装置还包括：
连接所述高压电源和所述变频器的输入端的第二开关。
9.根据权利要求8所述的检测系统，其特征在于，所述旁路装置还包括：
连接所述变频器的输出端和所述高压电机的第三开关。
10.根据权利要求8所述的检测系统，其特征在于，其中，所述第二开关并联在所述变频器的两端，所述第二开关置于所述第一开关与所述变频器的输入端的连接点和所述变频器的输入端之间；所述第二开关置于所述第一开关与所述变频器的输出端的连接点和所述变频器的输出端之间。
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| CN115267411A (zh) * | 2022-06-16 | 2022-11-01 | 石家庄开宇工控设备有限公司 | 一种变频器测试系统及变频器测试方法 |
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