变频器老化测试系统的制作方法

1.本公开涉及测试技术，更具体地，涉及一种通用型变频器老化测试系统，能够节能且广泛适用于测试各种变频器。


背景技术：

2.变频器厂家在完成变频器生产之后需要对新产品进行老化功能测试。老化功能测试包含对变频器的过压、短路及额定负载和过负载等需求进行测试，以对变频器产品的控制回路、驱动回路的功能和可靠性进行检测。通常，变频器的功率范围很宽，小到几百瓦，大到兆瓦级别；并且变频器所使用的电源种类不同，例如单相电源、三相电源，电压等级也不同，例如，220伏电压、380伏电压乃至690伏电压。
3.当前业内通常采用的测试方法是基于电机对扭或者电机飞轮的方式，其优点是贴近实际带载方式。在电机对扭方式下，电机可以达到满载，在电机与被测变频器功率适配的情况下，可以实现被测变频器的满载或者过载测试；在电机飞轮带载方式下，被测变频器较难达到稳定的满载输出，并且飞轮越大，电机由于运动惯性停止时间也会越长，影响测试效率。这两种测试方式的一个共性是被测变频器需要电机旋转拖动实际负载运转，测试过程中能量被消耗，且不产生附加价值，并且测试过程中由于电机运转，会伴随着大量的热及噪声产生。另外，由于上述的老化测试过程中运动部件多，保养周期也较频繁，成本相对较高，且难以同时满足对不同种类电源、电压等级以及不同功率范围的变频器的测试。


技术实现要素：

4.本公开提供了一种变频器老化测试系统，能够在不对硬件做改动的情况下使用该系统针对多种类的电源和电压等级以及不同功率范围的变频器进行测试，同时有效地避免测试过程中产生的噪声和能耗损失。
5.本公开的第一方面提供了一种变频器老化测试系统。所述变频器老化测试系统包括：供电模组，被配置为根据被测变频器所需的功率和/或电压向被测变频器供电；以及老化测试模组，连接在所述被测变频器的输出侧和输入侧之间，被配置为用作被测变频器的负载，并将测试过程中产生的电能返回给所述被测变频器。
6.根据本公开的实施例，所述老化测试模组包括：第一隔离升压变压器，所述第一隔离升压变压器的次级绕组连接所述被测变频器的输出侧，所述第一隔离升压变压器的初级绕组连接所述被测变频器的输入侧。
7.根据本公开的实施例，所述老化测试模组还包括：第一滤波电容，与所述第一隔离升压变压器的初级绕组并联，被配置为消除向被测变频器输出的电流中的高频谐波。
8.根据本公开的实施例，所述供电模组包括：供电变频器，用于对供电电压进行变频以输出变频电压；第二隔离升压变压器，初级绕组连接所述供电变频器的输出，次级绕组连接所述被测变频器的输入侧，以对所述供电变频器输出的变频电压进行变压，并向所述被测变频器输出变压后的测试用电压。
9.根据本公开的实施例，所述供电模组还包括：第二滤波电容，与所述第二隔离升压变压器的次级绕组并联，被配置为消除所述第二隔离升压变压器输出的电流中的高频谐波。
10.根据本公开的实施例，所述供电模组还包括：低压直流整流电路，连接在所述第二隔离升压变压器的次级绕组和所述被测变频器的直流母线之间，被配置为将所述第二隔离升压变压器输出的交流电转换为低压直流电，以对所述被测变频器进行直流供电。
11.根据本公开的实施例，所述供电模组还包括：高压直流整流电路，连接在所述第二隔离升压变压器的次级绕组和所述被测变频器的直流母线之间，被配置为将所述第二隔离升压变压器输出的交流电转换为高压直流电，以向被测变频器提供高压直流电。
12.根据本公开的实施例，所述供电模组还包括开关，分别串联在所述低压直流整流电路与所述被测变频器的直流母线和所述高压直流整流电路与所述被测变频器的直流母线之间，以接通或断开所述低压直流整流电路和所述高压直流整流电路。
13.根据本公开的实施例，所述第二隔离升压变压器包括2个电压输出抽头，分别用于输出所述被测变频器的正常工作电压和过压报警电压。
14.根据本公开的实施例，所述变频器老化测试系统还包括：短路测试模组，包括第一、第二、第三和第四接触器，所述第二、第三、第四接触器的输入端分别连接所述被测变频器的三相输出，所述第二、第三、第四接触器的输出端短接并连接第一接触器的输入端，第一接触器的输出端接地。
15.根据本公开的实施例，所述变频器老化测试系统还包括：制动测试模组，包括串联的第五接触器、第一电阻和电流传感器，所述串联的第五接触器、第一电阻和电流传感器连接在所述被测变频器的直流母线之间。
16.根据本公开的实施例，所述变频器老化测试系统还包括：放电测试模组，包括串联的第六接触器、第二电阻和电压传感器，所述串联的第六接触器、第二电阻和电压传感器连接在所述被测变频器的直流母线之间。
17.根据本公开实施例的变频器老化测试系统，在利用低压直流整流电路提供的低压直流电激活被测变频器，使之处于正常工作状态之后，供电模组的第二开关接通，向被测变频器提供测试用电压。老化测试模组的第一开关接通，在被测变频器的输入侧和输出侧之间连接的第一隔离升压变压器即为测试系统中的最终负载。被测变频器输出到第一隔离升压变压器的电流通过第一隔离升压变压器的绕组回流到被测变频器。由于变压器的自身特性，变压器主要损耗在于铁损和铜损，因此转换效率极高，整个老化测试系统对能量消耗极低，从而实现能量自回流的节能的老化测试。
18.根据本公开实施例的变频器老化测试系统，相比于传统型马达负载测试方式以及电感负载方式，结构更加简单，负载范围宽，占地空间低，噪音小，且具备节能、易于维护的特点。
19.根据本公开实施例的变频器老化测试系统，利用供电变频器内置的u/f曲线参数来调节供电变频器的输出电压，输出电压经过第二隔离升压变压器升压后能够提供满足被测变频器要求的交流电源。供电变频器能够输出不同的输出电压，从而变频器老化测试系统可以适应不同电压等级的被测变频器。
附图说明
20.为了更完整地理解本公开及其优势，现在将参考结合附图的以下描述，其中：
21.图1示出了根据本公开实施例的变频器老化测试系统的结构示意图；
22.图2示出了根据本公开实施例的变频器老化测试系统的具体结构示意图；
23.图3示出了第一隔离升压变压器t3的绕制以及参数的示例的示意图；以及
24.图4示出了第二隔离升压变压器t2的绕制以及参数的示例的示意图。
具体实施方式
25.以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。
26.在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。这里使用的词语“一”、“一个(种)”和“该”等也应包括“多个”、“多种”的意思，除非上下文另外明确指出。此外，在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。
27.在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。
28.附图中示出了一些方框图和/或流程图。应理解，方框图和/或流程图中的一些方框或其组合可以由计算机程序指令来实现。这些计算机程序指令可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器，从而这些指令在由该处理器执行时可以创建用于实现这些方框图和/或流程图中所说明的功能/操作的装置。
29.变频器是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率的方式来控制电动机的电力控制设备。在变频器出厂前，通常需要对其进行老化功能测试。
30.图1示出了根据本公开实施例的变频器老化测试系统100的结构示意图。如图所示，根据本公开实施例的变频器老化测试系统100可以包括：供电模组110，被配置为根据被测变频器(dut)所需的功率和/或电压向被测变频器dut供电；以及老化测试模组120，连接在被测变频器的输出侧和输入侧之间，被配置为用作被测变频器dut的负载，并将测试过程中产生的电能返回给被测变频器dut。
31.根据本公开的实施例，老化测试模组120连接在被测变频器的输出侧，用作被测变频器的负载。老化测试模组120的输出侧连接被测变频器的输入侧，用于向被测变频器输出测试过程中产生的电能。由于测试过程中产生的电能经由老化测试模组120重新输入被测变频器，实现了能量回流，减少了老化测试系统对能量的消耗。
32.图2示出了根据本公开实施例的变频器老化测试系统200的具体结构示意图。如图2所示，根据本公开实施例的变频器老化测试系统200可以包括：供电模组210，用于根据被测变频器(dut)所需的功率和/或电压向被测变频器dut供电；以及老化测试模组220，用作被测变频器dut的负载，并向被测变频器dut输入测试过程中产生的电能。
33.根据本公开的一个实施例，老化测试模组220可以包括：第一隔离升压变压器t3，第一隔离升压变压器t3的次级绕组连接被测变频器的输出侧，第一隔离升压变压器t3的初
级绕组连接被测变频器的输入侧。根据本公开的实施例，第一隔离升压变压器t3用作被测变频器dut的负载，同时将测试过程中产生的电能返回给被测变频器dut。
34.图3示出了第一隔离升压变压器t3的绕制以及参数的示例的示意图。第一隔离升压变压器t3的不同电压输出(例如图3所示的450v、550v、590v)可以适应不同电压等级的被测变频器。第一隔离升压变压器t3用于确保对被测变频器的测试能够覆盖被测变频器的正常老化及过载测试，并且确保测试过程中被测变频器的供电电压(即第一隔离升压变压器t3的初级绕组的电压)是在允许范围内，而被测变频器的输出电流能够覆盖被测变频器的老化测试的电流输出要求以及过载测试的电流指标(即第一隔离升压变压器的次级绕组流过的电流)。同时还需要满足在被测变频器的测试过程中实际输出电流与目标电流一致，且抖动小。
35.如图3所示，第一隔离升压变压器t3的各个抽头10-15、20-25、30-35、40-45可以连接温度传感器，以感测第一隔离升压变压器t3的各个绕组的温度，在温度过高时及时调整电压，以便保证整个测试系统的稳定运行。
36.根据本公开的一个实施例，老化测试模组220还可以包括：第一滤波电容c2，与第一隔离升压变压器t3的初级绕组并联，被配置为消除流入被测变频器的电流中的高频谐波。第一滤波电容c2与第一隔离升压变压器t3的初级绕组并联，形成lc低通滤波，从而滤除流入被测变频器的电流中的高频谐波，使得经第一隔离升压变压器t3变压、且滤除高频谐波后的电能连接到线路l1/2/3，进而通过线路l1/2/3回馈到被测变频器dut，实现能量的回流。
37.如图2所示，老化测试模组220还可以包括：du/dt滤波器u4，连接在被测变频器的输出侧与第一隔离升压变压器t3的次级绕组之间，主要是针对小功率的第一隔离升压变压器t3(即，被测变频器的容量与第一隔离升压变压器t3的标称容量相比较大)，用于消除被测变频器输出的输出纹波，以提高流过第一隔离升压变压器t3的有效电流。
38.根据本公开的一个实施例，老化测试模组220还可以包括：开关km6、km7和km8，它们串联在被测变频器dut的输入、第一隔离升压变压器t3与被测变频器dut的输出形成的回路上，用于在闭合时形成老化测试的闭环回路。
39.如图2所示，在实际应用中，老化测试模组220还可以包括例如用于监测老化测试过程的元件，例如用于感测线路中的电流的电流传感器ct2、ct3，用于感测线路中的电压的电压传感器vt2，以及用于接入第一滤波电容器c2的开关km9、用于接入du/dt滤波器u4的开关km8和km10等。
40.根据本公开的一个实施例，供电模组210可以包括交流供电电路，包括：供电变频器u1，用于对供电电压进行变频以输出变频电压；第二隔离升压变压器t2，初级绕组连接供电变频器u1的输出，次级绕组通过线路l1/2/3连接被测变频器的输入侧，以对供电变频器u1输出的变频电压进行变压，并向被测变频器输出变压后的测试用电压，以给被测变频器供电。
41.根据本公开的实施例，利用供电变频器u1内置的u/f曲线参数来调节供电变频器u1的输出电压，输出电压经过第二隔离升压变压器t2升压后能够提供满足被测变频器要求的交流电源。供电变频器能够输出不同的输出电压，从而变频器老化测试系统可以适应不同电压等级的被测变频器，而且放松了对第二隔离升压变压器t2的升压要求。图4示出了第
二隔离升压变压器t2的绕制以及参数的示例的示意图。如图4所示，第二隔离升压变压器t2包括2个电压输出抽头，分别用于输出被测变频器的正常工作电压(例如图4所示的480v)和过压报警电压(例如图4所示的690v)。作为图2所示的系统的一个示例，理论上假如保护电路f2输出侧提供的电网电压在400vac，则经过供电变频器u1后的电压可调节范围可以是0vac～400vac，由于第二隔离升压变压器t2是隔离升压型变压器，图4所示示例中其绕组比为690
÷
400＝1.725，即实际输出电压可以覆盖到三相0vac～690vac的被测变频器。在实际应用中变压器的绕组比取决于被测变频器的供电电压的要求。
42.供电变频器u1可根据需要选择标准变频器，该变频器的功率选择大致在最大被测变频器功率的30％即可，即被测变频器最大功率在315kw时，供电模组中的供电变频器u1的功率选择为90kw即可满足测试要求。
43.根据本公开的一个实施例，供电模组210的交流供电电路还包括：第二滤波电容c1，与第二隔离升压变压器t2的次级绕组并联，被配置为消除第二隔离升压变压器t2输出的电流中的高频谐波。第二滤波电容c1与第二隔离升压变压器t2的次级绕组并联，形成lc低通滤波，从而滤除第二隔离升压变压器t2输出的电流中的高频谐波，使得经第二隔离升压变压器t2变压、且滤除高频谐波后的电源输入被测变频器以便为被测变频器提供动力。
44.根据本公开的一个实施例，供电模组210的交流供电电路还可以包括：第二开关km1，串联在第二隔离升压变压器t2的次级绕组与被测变频器的输入侧之间。
45.根据本公开的一个实施例，供电模组210还可以包括：低压直流整流电路u2，连接在第二隔离升压变压器t2的次级绕组和所述被测变频器的直流母线之间，被配置为将第二隔离升压变压器t2输出的交流电转换为低压直流电，以对被测变频器进行直流供电。
46.根据本公开的一个实施例，供电模组210还可以包括：高压直流整流电路u3，连接在第二隔离升压变压器t2的次级绕组和被测变频器的直流母线之间，被配置为将第二隔离升压变压器t2输出的交流电转换为高压直流电，以向被测变频器输出高压直流电。
47.根据本公开的一个实施例，供电模组210还可以包括开关km3，串联在低压直流整流电路u2与被测变频器的直流母线之间，以接通或断开低压直流整流电路u2。供电模组210还可以包括开关km5，串联在高压直流整流电路u3与被测变频器的直流母线之间，以接通或断开高压直流整流电路u3。
48.如图2所示，在实际应用中，供电模组210还可以包括例如用于监测供电电源以在被测变频器的工作范围内的元件，例如用于感测低压直流整流电路u2输出的电流的电流传感器ct1、用于感测低压直流整流电路u2和高压直流整流电路u3输出的电压的电压传感器vt1，以及保护电路f2～f6、开关km2、km4、隔离开关q1。保护电路f2用于在供电变频器u1以及下游侧的电路异常时对主供电电路进行保护。保护电路f3用于在低压直流整流电路u2以及下游侧的电路异常时对供电变频器u1进行保护。保护电路f4用于在对被测变频器进行异常测试时对低压直流整流电路u2进行保护。保护电路f5用于在高压直流整流电路u3以及下游侧的电路异常时对供电变频器u1进行保护。保护电路f6用于在对被测变频器进行异常测试时对高压直流整流电路u3进行保护。隔离开关q1用于接通或断开主测试电路。在对被测变频器做过压测试时，km1、km2和km3断开、km4和km5接通，可以将被测变频器的母线电压切换到由高压直流整流电路u3供电，第二隔离升压变压器t2的过压报警电压输出抽头接入电路。由于高压直流整流电路u3有更高的动态电压调节范围，较小的被测变频器u1输出电压
的调节即可使u3输出的电压值进入过压报警的触发范围，由此对被测变频器进行过压测试。
49.图2还示出了，变频器老化测试系统200还包括：短路测试模组230，用于对被测变频器进行短路测试；制动测试模组240，用于检测被测变频器的制动功能；以及放电测试模组250，用于释放被测变频器直流母线中的残余电压。
50.如图2所示，短路测试模组230可以包括：第一接触器km11、第二接触器km12、第三接触器km13和第四接触器km14，所述第二接触器km12、第三接触器km13、第四接触器km14的输入端分别连接被测变频器的三相输出，第二接触器km12、第三接触器km13、第四接触器km14的输出端短接并连接第一接触器km11的输入端，第一接触器km11的输出端接地。第二接触器km12、第三接触器km13、第四接触器km14任意两个接通即可实现被测变频器的两两相间的短路，第二接触器km12、第三接触器km13、第四接触器km14中任意一个和第一接触器km11同时接通时，km6接通，km7断开，km1接通，被测变频器通过供电模组210的交流供电电路提供的交流电供电，即可实现相应相与地间的短路。根据本公开实施例的短路测试模组230能够满足被测变频器的所有相-相间以及相-地间的短路测试需求。
51.如图2所示，制动测试模组240可以包括：串联的第五接触器km15、第一电阻r1和电流传感器ct3，所述串联的第五接触器km15、第一电阻r1和电流传感器ct3连接在被测变频器的直流母线之间。在测量带制动功能的被测变频器dut时，供电模组210的高压直流整流电路u3接通，向被测变频器的直流母线输入高压直流电，从而触发被测变频器的制动功能打开。此时第五接触器km15接通，过高的能量可通过第五接触器km15流入第一电阻r1而被释放。通过电流传感器ct3测量第一电阻r1上的电流或根据电流来计算功率损耗，即可检测出被测变频器的制动性能。根据本公开的实施例，第一电阻r1的阻值大小和数量可以根据实际需求而定。
52.如图2所示，放电测试模组250可以包括：串联的第六接触器km16、第二电阻r2和电压传感器vt3，所述串联的第六接触器km16、第二电阻r2和电压传感器vt3连接在被测变频器的直流母线之间。在接收到断电请求后，断开供电模组210与被测变频器之间的连接，例如被测变频器供电侧的开关km1、km3、km5断开，第二电阻r2通过第六接触器km16与被测变频器的直流母线接通，通过电压传感器vt3实时读取直流母线的电压，保证被测变频器的母线残余电压在安全要求内，才能够将被测变频器放出测试柜。
53.如图2所示，被测变频器dut被放置在测试柜内，测试柜用于为被测变频器dut提供一个密闭空间，保证被测变频器能够在要求的环境下完成各种功能测试。
54.如图2所示，根据本公开实施例的变频器老化测试系统200还可以包括：控制回路供电模组260，包括保护电路f1和隔离控制变压器t1等，用于向控制单元提供所需容量的控制电压，并确保与供电电源(通常是电网)的兼容性和隔离，以保护人员；以及控制单元270，作为变频器老化测试系统200的控制中心，用于提供变频器老化测试系统200实现安全运行所需要的安全控制回路、数据采集、远程io、总线通信的整合与控制等。在图2中保护电路f1被示出为保护熔断器。
55.在利用根据本公开的变频器老化测试系统进行老化测试时，首先激活被测变频器。在被测变频器处于正常工作状态之后，接入连接在被测变频器的输入侧和输出侧之间的第一隔离升压变压器，然后将被测变频器设定为u/f输出模式。
56.根据本公开的实施例，可以通过供电变频器对供电电压进行变频以输出变频电压；通过第二隔离升压变压器对所述供电变频器输出的变频电压进行变压；以及通过低压直流整流电路对变压后的电压进行直流转换，转换后的直流电输入被测变频器的直流母线，以激活被测变频器。
57.由于被测变频器的输入侧与输出侧u/v/w三相端子通过第一隔离升压变压器t3串接构成闭环电流回路，通过测试程序将被测变频器设定为u/f输出模式，这样输入侧的电压会随着被测变频器输出的频率的微调而变化，随着频率的逐步增加，被测变频器的供电将会从直流母线汲取能量过渡到从输出侧取电(由于第一隔离升压变压器t3的能量返回)。此时即可完成被测变频器的能量的自回流循环。由于在整个测试过程中被测变频器和变压器有阻性特性，会消耗一部分能量，最明显的表现就是被测变频器的母线电压会被拉低。但是由于整个测试过程中通过低压直流整流电路转换的低压直流电的接入，被测变频器始终可以处在正常工作电压范围，保证了老化测试的稳定运行。另外通过微调被测变频器的u/f曲线参数即可实现调整被测变频器的负载(即第一隔离升压变压器t)的输入与输出电流大小，使之稳定运行在老化测试要求的电流下，从而实现被测变频器的指定负载、满载或者过载测试的目的，满足产品老化要求。通常满载测试情况下，直流电只需要提供被测变频器约10％左右的能量消耗即可。从而极大地减小了对电网能耗需求，实现节能的目的。
58.本领域技术人员可以理解，本公开的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合或/或结合，即使这样的组合或结合没有明确记载于本公开中。特别地，在不脱离本公开精神和教导的情况下，本公开的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合和/或结合。所有这些组合和/或结合均落入本公开的范围。
59.尽管已经参照本公开的特定示例性实施例示出并描述了本公开，但是本领域技术人员应该理解，在不背离所附权利要求及其等同物限定的本公开的精神和范围的情况下，可以对本公开进行形式和细节上的多种改变。因此，本公开的范围不应该限于上述实施例，而是应该不仅由所附权利要求来进行确定，还由所附权利要求的等同物来进行限定。