变频器负载测试系统和变频器负载测试方法与流程

本发明实施例涉及变频器测试领域，特别涉及变频器负载测试系统和变频器负载测试方法。

背景技术：

目前，电机在工业生产中应用越来越广泛，通过变频器驱动控制，不仅能够改善电机运行性能，降低能耗，提高系统效率。而且根据不同的应用场合，配置不同电压等级的机器，通过不同的控制模式，完成对电机的驱动控制，使系统工作在最理想的状态。为了更好地适应市场逐年扩大的需求，国内的各研发/生产企业不断增加投入扩大生产。同时，这也对在大规模量化生产阶段，各企业负载测试能力提出更高的要求。

各变频器生产制造公司都根据自己的需求和能力建设试验台，常见的三类变频器功率试验方法：等效法、模拟法和电机对拖法。本申请发明人发现：等效法采用电抗器来代替电机负载，该方法的优点是：占地小、安装操作简便、加载方便，同时缺点也很明显：能耗大、散热差、负载大小不可调节等，所以实际作为负载使用情况比较少。电机模拟法和电机对拖法按照分类，被统称为电机传动测试平台。电机传动测试平台，包含模拟法和机组对拖法，即拖动电机进行加载测试，有多种测试方案供选择，例如：滑差电机励磁加载、磁粉制动器加载、拖动直流发电机励磁加载、电机对拖加载测试等方案。这些方案有些耗能很大，有些则不适用于大功率变频系统测试。所以，以上电机传动测试方案都有一些优劣势，劣势使这些测试方案应用受到很大的局限。

另外，在测试数据采集阶段，现有一般采用人力数据采集的方式，采集电压电流时，需要断电后外接测试装置进行测试，不然会有人身安全隐患，不仅速度慢，而且效率低。

另外，作为变频器研发生产厂家，通常都同时生产多种系统电压级别的产品，假设为不同的电压等级全部配置电机测试台，电源容量、成本投入和占地面积都将非常惊人。对于大功率和超大功率变频驱动器，需要一种能够适应不同电压等级，能量消耗少，占地面积相对较小的负载测试系统。现有测试系统基本具有庞大而复杂的结构、设备数量多、单套成本很高且操作复杂等问题，给调试和维护带来一定的困难。

技术实现要素：

本发明实施方式的目的在于提供一种变频器负载测试系统和变频器负载测试方法，使得在变频器负载测试过程中无需使用电机等大型器件，降低硬件成本、减少硬件的体积，更能节省功耗。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种变频器负载测试系统，包括：主控制器、波形转换电路和隔离变压器；所述待测变频器的一端接供电电网，另一端接所述波形转换电路，所述波形转换电路的另一端连接所述隔离变压器；所述主控制器用于控制所述波形转换电路对所述待测变频器输出的电能进行波形转换，使转换后的波形与所述供电电网匹配，所述隔离变压器用于将进行波形转换后的电能反馈至所述供电电网。

本发明的实施方式还提供了一种变频器负载测试方法，应用与上述的变频器负载测试系统，所述变频器负载测试方法包括：采集特定位置的三相电压和三相电流；处理并获得待测变频器的测试结果。

本发明实施方式相对于现有技术而言，主要区别及效果在于：利用波形转换电路和隔离变压器，使得待测变频器形成电能反馈回路，在测试过程中，仅消耗小部分能量，大部分能量得以回馈电网，大大节省电能。同时，无需使用现有测试中的电机等大型器件，不仅节省功耗，还降低硬件成本以及减少硬件的体积，减小测试时的空间需求，降低测试成本。可见，本申请发明人提供了一种新的变频器负载测试方式，克服了现有技术中的思维惯性，获得了更低成本、低能耗的变频器负载测试系统和测试方法。

作为进一步改进，还包括：第一预充电控制柜，所述第一预充电控制柜连接于所述供电电网和所述待测变频器之间。利用第一预充电控制柜，在系统上电前预先充电，减少上电过程中充电电流对供电电网和变频器的双向影响。

作为进一步改进，还包括：第二预充电控制柜，所述第二预充电控制柜连接于所述波形转换电路和所述隔离变压器之间。利用第二预充电控制柜，实现变频器和滤波单元的独立上电，便于实现分段测试，提升操作安全。

作为进一步改进，还包括：数据采集盒，所述数据采集盒设置于所述变频器负载测试系统的特定位置，连接至上位机；所述数据采集盒用于采集三相电压和三相电流，供所述上位机处理并获得所述待测变频器的负载测试结果。利用数据采集盒自动进行数据记录，减少人力投入，且使得状态数据记录更为快速简便。

作为进一步改进，所述特定位置为所述供电电网的输出端、所述波形转换电路的输入端、所述隔离变压器的输入端或所述隔离变压器的输出端。限定这些特定位置，使得测得的数据可以更为准确地反应变频器的负载测试结果。

作为进一步改进，所述采集盒的数量大于或等于2，任意两个所述采集盒所设置的位置不同。设定多个位置获取测试数据，使得测试结果更为准确。

作为进一步改进，所述波形转换电路为滤波器。利用滤波器实现波形转换，易实现成本低。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1是根据本发明第一实施方式中的变频器负载测试系统的结构示意图；

图2是根据本发明第一实施方式中的另一变频器负载测试系统的结构示意图；

图3是根据本发明第一实施方式中的变频器负载测试系统的等效电路图；

图4是根据本发明第二实施方式中的变频器负载测试系统的结构示意图；

图5是根据本发明第四实施方式中的变频器负载测试方法的流程图；

图6是根据本发明第四实施方式中的变频器负载测试方法中的数据采集方法对应的逻辑示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。

本发明的第一实施方式涉及一种变频器负载测试系统。本实施方式以待测变频器为四象限变频器为例进行说明，其结构示意图如图1所示，具体包括：主控制器、波形转换电路和隔离变压器。

其中，待测变频器的一端接供电电网，另一端接波形转换电路，波形转换电路的另一端连接隔离变压器。

主控制器用于控制波形转换电路对待测变频器输出的电能进行波形转换，使转换后的波形与供电电网匹配，隔离变压器用于将进行波形转换后的电能反馈至供电电网。具体的说，本实施方式中的波形转换电路可以是滤波器，滤波器可以为了对回馈电压电流进行滤波，在能量回馈过程中尽可能减小对电网的影响。AC-DC和DC-AC的能量变换分别由待测变频器内部的整流柜和逆变柜实现。值得一提的是，在负载测试系统中，逆变柜需要与整流柜使用相同的算法控制，同时增加电网相位检测，目的是实现将直流母线的能量回馈至电网。同时，增加滤波单元也可以让逆变的交流电更加稳定，波形更加正弦。

本实施方式中变频器负载测试系统内增加隔离变压器可以让系统满足多个工作电压级别，同时主控制器也可便捷地调节能量回馈方向，这样就可以使系统更容易实现能量定向循环。当系统运行时，能量在系统和电网内循环，电网仅向测试系统提供很小一部分损耗能量，实现驱动器的负载测试。

本申请发明人发现，变频器是一种AC-DC-AC或者AC-AC拓扑模式，测试时实际需要待测变频器实现满载，相当于使其输出一定的电流和电压，现有使待测变频器驱动电机等进行调速控制的电气设备。测试工程师通过负载测试平台给待测变频器加载，负载大小通过输出电压和电流即可计算出此时的输出功率大小。本申请发明人发现，只需设计出一种变频器负载测试系统，让待测变频器得以输出一定的电压和可调电流，同样可以实现对变频器的负载测试，所以本申请发明人另辟蹊径，采用能量反馈的方式，通过将待测变频器的输出电能回接回供电电网，实现待测变频器输出一定的电压和电流，而且这个过程中，待测变频器本身仅消耗小部分电能，供电电网输出的大部分电能都被回收，所以在实现负载测试的过程中，不仅节省硬件，减少测试场地，还能降低能耗。

本实施方式中的变频器负载测试系统如图2所示，还包括：第一预充电控制柜和第二预充电控制柜，第一预充电控制柜连接于供电电网和待测变频器之间，第二预充电控制柜连接于波形转换电路(滤波器)和隔离变压器之间。同时，主控制器也可设于第二预充电控制柜中，进一步整合设备。

对本实施方式中的第一预充电控制柜分析如下，其包括：控制器、主断路器和预充电控制电路，还可能包括二次回路控制电路。其中，主断路器受控制器控制，控制测试系统的通断电。由于系统庞大，上电瞬间冲击电流很大，增加预充电控制回路。当主断路器吸合前，预充电回路负责交流电上电前系统的预充电，减少上电过程中充电电流对电网、待测变频器中电容的冲击作用。

关于第二预充电控制柜，因为滤波器内部和待测变频器直接相连，为了让系统实现分段调试和操作安全，在滤波器后再增加一组预充电柜，可以实现待测变频器和滤波器的独立上电，即使误操作，在待测机上电前合闸此预充电柜，对系统和操作人员也是安全的，避免误操作对人身和设备的危害。

值得一提的是，本实施方式中的测试系统内可以通过增加不同功能作用的部件，让系统满足多个工作电压级别条件，同时也可以实现能量回馈。测试系统的等效电路图如图3所示，其中主控器可以控制能量按照供电电网→待测变频器→滤波器→隔离变压器→供电电网这一路径定向循环，电网仅向测试系统提供很小一部分能量损耗，同时可实现多电压等级产品的测试，从而用较小的功耗实现变频器的大功率测试。且基于PWM整流技术的控制优势，通过控制输出电压和电流的夹角可实现对功率因数的调整，从而模拟不同工况条件下功率因数各异的负载测试。

本实施方式相对于现有技术而言，主要区别及其效果在于：利用波形转换电路和隔离变压器，使得待测变频器形成电能反馈回路，在测试过程中，仅消耗小部分能量，大部分能量得以回馈电网，大大节省电能。同时，无需使用现有测试中的电机等大型器件，不仅节省功耗，还降低硬件成本以及减少硬件的体积，减小测试时的空间需求，降低测试成本。可见，本申请发明人提供了一种新的变频器负载测试系统，克服了现有技术中的思维惯性，获得了更低成本、低能耗的变频器负载测试系统，供测试时获得所需的测试数据。同时，该测试系统损耗小、适用范围广、便于调试和维护，与多套电机传动测试平台总占地面积相比，该测试系统占地面积比较少，对电网的容量要求低。另外，本测试系统可以实现大功率变频器在不同工况下的测试。

本发明的第二实施方式涉及一种变频器负载测试系统。第二实施方式与第一实施方式相比，做了进一步改进，主要改进之处在于：在第一实施方式中，获取测试数据的工序可能还需人为完成。而在本发明第二实施方式中，利用数据采集盒自动采集并上传，实现测试结果的自动获取，减少人力成本，提高自动化程度，也能减少安全隐患。

如图4所示，本实施方式中的变频器负载测试系统在第一实施方式的基础上，新增了：数据采集盒，数据采集盒设置于变频器负载测试系统的特定位置，连接至上位机(如个人电脑PC机)；数据采集盒用于采集三相电压和三相电流，供上位机处理并获得待测变频器的负载测试结果。

具体的说，数据采集盒中可以包括采样电路和通信电路，采样电路主要包括电压采样、电流采样两个部分，采集三相电压和三相电流可以利用传感器，更具体的说，电压、电流传感器通常采用互感器、霍尔传感器、采样电阻等，主要作用为将系统各节点的电压电流变换为低压可直接检测的信号；传感器输出的小电压/电流信号经过采样电路板进行采样、滤波、整形、放大后，进入处理器进行数据记录，并将采样数据通过通讯电路上传至PC，PC端上位机软件将采集到的波形显示在操作界面上并可进行存储分析。

更具体的说，采集盒的数量可以大于或等于2，任意两个采集盒所设置的位置不同。

进一步说，本实施方式中采集盒有四个，对应的特定位置也为四个，每个采集盒设置在一个特定位置，四个特定位置分别是：供电电网的输出端(A点)、波形转换电路的输入端(B点)、隔离变压器的输入端(C点)和隔离变压器的输出端(D点)。具体的说，每个节点位置有一个信号采集盒(实际应用中还可以新增待测变频器内部的测试盒)，分别对三路电压和三路电流进行采样，通过信号采集盒与PC的通讯将数据上传；PC端上位机软件可通过通讯方式对2个控制盒进行参数读取和下载，控制运行/停止，同时能够实现系统运行中控制盒数据的读取和显示，实现整个系统数据、波形的实时显示，并且能够实现波形的记录和回放功能。

可见，本实施方式利用数据采集盒自动进行数据记录，减少人力投入，且使得状态数据记录更为快速简便。同时，设定多个位置获取测试数据，使得测试结果更为准确。另外，限定这些特定位置，使得测得的数据可以更为准确地反应变频器的负载测试结果。

本发明第三实施方式中涉及一种变频器负载测试系统。第三实施方式与第一实施方式相类似，主要区别之处在于：第一实施方式中的待测变频器为四象限变频器，而本实施方式中的待测变频器为两象限变频器。

具体的说，测试两象限变频器时，系统控制能量按照供电电网→两象限变频器→滤波器→隔离变压器→电网这一路径定向循环，在此不再具体赘述。

可见，本发明不仅适用于四象限变频器，还适用于两象限变频器，其应用广泛，便于推广。

本发明第四实施方式涉及一种变频器负载测试方法，本实施方式中的测试方法应用于第二实施方式中的变频器负载测试系统，其流程图如图5所示，包括以下步骤：

步骤501，采集特定位置的三相电压和三相电流。

具体的说，本实施方式中的测试盒的数量大于或等于2，任意两个采集盒所设置的位置不同。更具体的说，数量为四个，对应的特定位置也有四个，分别是：供电电网的输出端、波形转换电路的输入端、隔离变压器的输入端或隔离变压器的输出端。

步骤502，处理采集到的电压和电流。

具体的说，利用步骤501中每个特定位置采集到的电压和电流分别计算出输出功率。

步骤503，获得待测变频器的测试结果。

实际应用中，数据采集方法对应的软件逻辑可以如图6所示。

可见，本实施方式相对于现有技术而言，利用波形转换电路和隔离变压器，使得待测变频器形成电能反馈回路，在测试过程中，仅消耗小部分能量，大部分能量得以回馈电网，大大节省电能。同时，无需使用现有测试中的电机等大型器件，不仅节省功耗，还降低硬件成本以及减少硬件的体积，减小测试时的空间需求，降低测试成本。可见，本申请发明人提供了一种新的变频器负载测试方式，克服了现有技术中的思维惯性，获得了更低成本、低能耗的变频器负载测试方法。

不难发现，本实施方式为与第二实施方式相对应的测试方法实施例，本实施方式可与第二实施方式互相配合实施。第二实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第二实施方式中。

另外，上面各种方法的步骤划分，只是为了描述清楚，实现时可以合并为一个步骤或者对某些步骤进行拆分，分解为多个步骤，只要包括相同的逻辑关系，都在本专利的保护范围内；对算法中或者流程中添加无关紧要的修改或者引入无关紧要的设计，但不改变其算法和流程的核心设计都在该专利的保护范围内。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。