一种变频器负载测试系统的制作方法

本实用新型涉及一种变频器负载测试系统。

背景技术：

变频器(Variable-frequency Drive，VFD)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方式来控制交流电动机的电力控制设备。随着工业自动化程度的不断提高，变频器也得到了非常广泛的应用。

为保证变频器的正常产品性能，在变频器在出厂前，需要进行负载测试。变频器做负载测试，可以采用两台异步电机对拖，通过陪试变频器向陪试电机输出预设转矩，改变陪试变频器输出转矩的大小和方向，实现主动电机的负载变化，来验证被测变频器的性能。此时，陪试变频器在转矩模式下工作，测试开始时，启动陪试变频器，随着陪试变频器输出的转矩持续增大，由于主动电机没有承受转矩，所以陪试电机没有负载，会发生空转，若陪试变频器输出的转矩过大，就会造成陪试电机失速，影响测试系统的安全稳定运行。

技术实现要素：

鉴于现有技术中存在的技术缺陷和技术弊端，本实用新型实施例提供克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种变频器负载测试系统。

作为本实用新型实施例的一个方面，涉及一种变频器负载测试系统，包括：包括：主动电机、陪试变频器、陪试电机和第一编码器；

所述主动电机适于与被测变频器电连接；

所述第一编码器分别与所述陪试变频器和所述陪试电机电连接，且所述陪试变频器与所述陪试电机电连接，以形成陪试变频器的转速反馈闭环控制回路；

所述主动电机与所述陪试电机同轴连接，在被测变频器的驱动下带动陪试电机从转速为零的使能状态变化为转速不为零的状态；

所述陪试变频器包括控制模块和电机模块，所述控制模块与所述电机模块电连接；

其中，所述控制模块在初始时向所述电机模块发出第一信号，控制所述电机模块输出使所述陪试电机处于转速为零的使能状态的启动转矩对应的电流；以及接收所述第一编码器反馈的所述陪试电机的转速数据，当所述转速不为零时，向所述电机模块发出第二信号，控制所述电机模块输出与所述陪试电机的转速的方向相反的预设最大转矩对应的电流。

在一个实施例中，可以是，所述陪试变频器还包括与所述电机模块电连接的电源模块；

所述电机模块将所述电源模块输入的直流电流逆变为交流电流，并输出；以及将所述陪试电机转动得到的交流电流整流为直流电流，并输出到所述电源模块。

在一个实施例中，可以是，所述电源模块将输入的交流电流整流为直流电流，并输出到所述电机模块；以及将所述电机模块输入的直流电流逆变为交流电流，并回馈到供电网络。

在一个实施例中，可以是，所述电源模块为主动型电源模块ALM。

在一个实施例中，可以是，所述的变频器负载测试系统，还包括与所述控制模块连接的上位机，所述上位机将所述陪试变频器的预设最大转矩的参数信息发送到所述控制模块；

所述预设最大转矩包括，正向预设最大转矩和/或反向预设最大转矩。

在一个实施例中，可以是，所述的变频器负载测试系统，还包括PLC控制模块，所述上位机通过所述PLC控制模块与所述控制模块电连接。

在一个实施例中，可以是，所述PLC控制模块与所述上位机通过串行接口连接，与所述控制模块通过过程现场总线PROFIBUS连接。

在一个实施例中，可以是，所述PLC控制模块包括至少两个PLC控制器，所述至少两个PLC控制器之间采用信息传递接口MPI连接。

在一个实施例中，可以是，所述的变频器负载测试系统，还包括联轴器，所述主动电机的转轴与所述陪试电机的转轴通过所述联轴器连接。

在一个实施例中，可以是，所述的变频器负载测试系统，还包括第二编码器，所述第二编码器分别与所述陪试变频器和所述主动电机连接。

在一个实施例中，可以是，所述主动电机和所述陪试电机为额定功率相同的三相异步电机。

在一个实施例中，可以是，所述陪试电机的额定功率大于所述陪试变频器的最大输出功率。

本实用新型实施例至少实现了如下技术效果：

1、本实用新型实施例提供的变频器负载测试系统，当变频器负载测试系统启动时，首先启动陪试变频器，使陪试变频器的控制模块向电机模块发送第一信号，控制电机模块输出电流，向陪试电机加载转矩，使陪试电机在初始时处于转速为零的使能状态，即陪试变频器工作在速度模式，且驱动陪试电机的转速为零。由于第一编码器分别与陪试变频器和陪试电机电连接，形成转速反馈闭环控制回路，在系统启动的过程中，陪试变频器根据第一编码器的速度反馈，使陪试单机保持转速为零，这样能够避免启动时因陪试电机空载而出现电机失速现象，系统启动平稳，从而保证系统安全运行。

2、本实用新型实施例提供的变频器负载测试系统工作时，先启动陪试变频器，再启动被测变频器，向主动电机加载转矩，主动电机转动，同时带动陪试电机转动，此时第一编码器反馈的陪试电机转速不为零，使陪试变频器的控制模块向电机模块发送第二信号，控制电机模块输出电流，向陪试电机加载与转速的方向相反的预设最大转矩，使被测变频器刚好达到在输出额定电流条件下驱动主动电机转动，实现被测变频器的负载精确控制，保证测试精度和测试效率。

3、本实用新型实施例提供的变频器负载测试系统，陪试电机在主动电机带动下转动发电，陪试电机作为发电机发出的电能通过陪试变频器回馈到供电网络，实现能量反馈，减少了变频器负载测试系统的能量损耗，节约电能。

4、本实用新型实施例提供的变频器负载测试系统中，通过上位机向陪试变频器发送预设最大转矩的参数信息，控制陪试变频器的正向预设最大转矩和反向预设最大转矩，通过调整向陪试变频器发送的预设最大转矩的参数信息，可以实现不同负载大小的被测变频器的负载测试，适用于不同规格的被测变频器的负载测试。

5、本实用新型实施例提供的变频器负载测试系统中，PLC控制模块与上位机通过串行接口连接，与控制模块通过过程现场总线PROFIBUS连接。由上位机通过发串口指令，经PLC控制模块触发数据传输，将陪试变频器的预设最大转矩的参数信息发送到控制模块，上位机与控制模块进行通讯的时间短、响应速度快。

6、本实用新型实施例提供的变频器负载测试系统中，PLC控制模块包括至少两个PLC控制器，采用信息传递接口MPI连接，来实现上位机与控制模块的通讯，相对于直接采用在上位机安装专用软件模拟端口与控制模块连接的方式，成本更低，连接简单，便于实现。

本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所记载的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1为本实用新型实施例提供的一种变频器负载测试系统的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的另一种变频器负载测试系统的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的第三种变频器负载测试系统的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的第四种变频器负载测试系统的结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的第五种变频器负载测试系统的结构示意图；

图6为本实用新型实施例提供的第六种变频器负载测试系统的结构示意图；

图7为本实用新型实施例提供的变频器负载测试系统的上位机与S7-200S MART PLC控制器串口通讯配置示意图；

图8为本实用新型实施例提供的S7-300 PLC控制器控制S120变频器输出预设最大转矩的程序块示意图。

附图标记说明：

1 被测变频器；

2 主动电机；

3 陪试变频器；

301 控制模块；

302 电机模块；

303 电源模块；

4 陪试电机；

5 第一编码器；

6 上位机；

7 PLC控制模块；

701 第一PLC控制器；

702 第二PLC控制器；

8 联轴器；

9 第二编码器。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

下面分别对本实用新型实施例提供的一种变频器负载测试系统的各种具体实施方式进行详细的说明。

参照图1，本实用新型实施例提供一种变频器负载测试系统，包括：主动电机2、陪试变频器3、陪试电机4和第一编码器5；

所述主动电机2适于与被测变频器1电连接；

所述第一编码器5分别与所述陪试变频器3和所述陪试电机4连接，且所述陪试变频器3与所述陪试电机4电连接，以形成陪试变频器3的转速反馈闭环控制回路；

所述主动电机2与所述陪试电机4同轴连接，在被测变频器1的驱动下带动陪试电机4从转速为零的使能状态变化为转速不为零的状态；

所述陪试变频器3包括控制模块301和电机模块302，所述控制模块301与所述电机模块302电连接；

其中，所述控制模块301在初始时向所述电机模块302发出第一信号，控制所述电机模块302输出使所述陪试电机4处于转速为零的使能状态的启动转矩对应的电流；以及接收所述第一编码器5反馈的所述陪试电机4的转速数据，当所述转速不为零时，向所述电机模块302发出第二信号，控制所述电机模块302输出与所述陪试电机4的转速的方向相反的预设最大转矩对应的电流。

本实用新型实施例提供的变频器负载测试系统，当变频器负载测试系统启动时，首先启动陪试变频器，使陪试变频器的控制模块向电机模块发送第一信号，控制电机模块输出电流，向陪试电机加载转矩，使陪试电机在初始时处于转速为零的使能状态，即陪试变频器工作在速度模式，且驱动陪试电机的转速为零。由于第一编码器分别与陪试变频器和陪试电机电连接，形成转速反馈闭环控制回路，在系统启动的过程中，陪试变频器根据第一编码器的速度反馈，使陪试单机保持转速为零，这样能够避免启动时因陪试电机空载而出现电机失速现象，系统启动平稳，从而保证系统安全运行。

本实用新型实施例提供的变频器负载测试系统工作时，先启动陪试变频器，再启动被测变频器，向主动电机加载转矩，主动电机转动，同时带动陪试电机转动，此时第一编码器反馈的陪试电机转速不为零，使陪试变频器的控制模块向电机模块发送第二信号，控制电机模块输出电流，向陪试电机加载与转速的方向相反的预设最大转矩，使被测变频器刚好达到在输出额定电流条件下驱动主动电机转动，实现被测变频器的负载精确控制，保证测试精度和测试效率。

参照图2，在一个实施例中，所述陪试变频器3还包括与所述电机模块302电连接的电源模块303；所述电机模块302将所述电源模块303输入的直流电流逆变为交流电流，并输出；以及将所述陪试电机4转动得到的交流电流整流为直流电流，并输出到电源模块303。

在一个实施例中，所述电源模块303将输入的交流电流整流为直流电流，并输出到所述电机模块302；以及将所述电机模块302输入的直流电流逆变为交流电流，并回馈到供电网络。

本实用新型实施例提供的变频器负载测试系统，陪试电机4在主动电机2带动下转动发电，陪试电机4作为发电机发出的电能通过陪试变频器3回馈到供电网络，实现能量反馈，减少了变频器负载测试系统的能量损耗，节约电能。

参照图3，在一个实施例中，所述的变频器负载测试系统，还包括与所述控制模块301连接的上位机6，所述上位机6将所述陪试变频器3的预设最大转矩的参数信息发送到所述控制模块301。

在一个具体实施例中，所述预设最大转矩，仅包括正向预设最大转矩、或者仅包括反向预设最大转矩，也可以包括正向预设最大转矩和反向预设最大转矩。

本实用新型实施例提供的变频器负载测试系统，通过上位机6向所述陪试变频器3发送预设最大转矩的参数信息，控制陪试变频器3的正向预设最大转矩和/或反向预设最大转矩，通过调整向所述陪试变频器3发送的预设最大转矩的参数信息，可以实现不同负载大小的被测变频器1的负载测试，适用于不同规格的被测变频器1的负载测试。

参照图4，在一个实施例中，所述的变频器负载测试系统，还包括可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，PLC)控制模块7，所述上位机6通过所述PLC控制模块7与所述控制模块301电连接。本实用新型实施例中，所述上位机6通过所述PLC控制模块7实现与所述控制模块301的通讯连接，将上位机6发送的预设最大转矩的参数信息传递到所述控制模块301。

在一个实施例中，可以是，所述PLC控制模块7与所述上位机6通过串行接口连接，所述PLC控制模块7与所述控制模块301通过过程现场总线(Process Field Bus，PROFIBUS)连接。

在一个实施例中，可以是，所述PLC控制模块7包括至少两个PLC控制器，所述至少两个PLC控制器之间采用信息传递接口(Message Passing Interface，MPI)连接。

参照图5，在一个实施例中，所述PLC控制模块7包括第一PLC控制器701和第二PLC控制器702，所述第一PLC控制器701和第二PLC控制器702采用信息传递接口MPI连接，所述第一PLC控制器701与所述上位机6通过串行接口连接，所述第二PLC控制器702与所述控制模块301通过过程现场总线P ROFIBUS连接。

本实用新型实施例提供的变频器负载测试系统，PLC控制模块7包括第一PLC控制器701和第二PLC控制器702，第一PLC控制器701和第二PLC控制器702采用信息传递接口MPI连接，上位机6与第一PLC控制器701串口连接，第二PLC控制器702与所控制模块301通过过程现场总线PROFIBUS连接。由上位机6发送串口指令，经PLC控制模块7触发数据传输，将陪试变频器3的预设最大转矩的参数信息发送到所述控制模块301，上位机6与控制模块301进行通讯的时间短、响应速度快。

本实用新型实施例提供的变频器负载测试系统中，PLC控制模块包括至少两个PLC控制器，采用信息传递接口MPI连接，来实现上位机6与控制模块301的通讯，相对于直接采用在上位机6安装专用软件模拟端口与控制模块301连接的方式，成本更低，连接简单，便于实现。

参照图6，在一个实施例中，主动电机2的转轴与陪试电机4的转轴通过联轴器8连接。本实用新型实施例中，主动电机2和陪试电机4采用联轴器进行机械硬链接，保证两台电机的转速同步，速度响应快。

参照图6，在一个具体实施例中，所述的变频器负载测试系统，还包括第二编码器9，所述第二编码器9分别与所述陪试变频器3和所述主动电机2连接。本实用新型实施例中，通过设置第二编码器9将主动电机2的转速反馈到陪试变频器3的控制模块301，由于主动电机2和陪试电机4同轴连接，第二编码器9反馈的转速与陪试电机4的转速相同，当第一编码器5出现故障时，就可以采用第二编码器9进行速度反馈，形成陪试变频器3的转速反馈闭环控制回路。

作为本实用新型实施例的一个具体实施方式，陪试变频器3例如可以选择西门子S120变频器，其中，S120变频器的控制模块301为CU320多轴驱动控制模块，电源模块303为主动型电源模块(Active Line Modules，ALM)；所述第一PLC控制器701可以选择例如西门子S7-200SMART PLC控制器；所述第二PLC控制器702可以选择例如西门子S7-300 PLC控制器。下面对本具体实施方式进行说明：

本具体实施方式提供的变频器负载测试系统中，主动电机2的转轴与陪试电机4的转轴通过联轴器8连接，主动电机2电连接所述被测变频器1，所述陪试电机4电连接S120变频器的电机模块302，第一编码器5分别与S120变频器和陪试电机4连接，形成S120变频器的转速反馈闭环控制回路。S120变频器的电机模块302与电源模块ALM电连接；S120变频器的控制模块CU320与电机模块302和电源模块ALM分别电连接，以控制电机模块302和电源模块ALM工作；控制模块CU320通过PROFIBUS接口与所述S7-300 PLC控制器连接，通过PROFIBUS进行通讯；S7-200SMART PLC控制器与S7-300 PLC控制器之间采用MPI方式实现通讯；S7-200SMART PLC控制器与上位机6采用串口连接。

具体的，可以是，参照图7，S7-200SMART PLC控制器的串口通讯配置示意图，将上位机6的串口初始化成自由口通讯，将上位机6与S7-200SMART PLC控制器的数据传输协议配置为串口通信协议。图7中特殊存储器(Special Memory，SM)在寄存器地址SMB130定义串口1通讯波特率为9600Bd/s，并且通信协议为自由口通信协议；在寄存器地址SMB187定义串口1通讯方式为接收方式，即采用半双工通信；在寄存器地址SMB188和SMB189分别定义发送报文的起始字符和结束字符；在寄存器地址SMB184定义发送报文的最大字符个数；在寄存器地址SMW192定义报文超时时间。上位机利用字节传送指令将数据写入到S7-200SMART PLC控制器。

参照图8，S7-300 PLC控制器控制S120变频器输出预设最大转矩的程序块示意图。图8中，EN表示程序输入使能，用于调用该程序块；REQ表示写入请求，表示当REQ＝1时，写入数据到S120变频器的控制模块CU320；IOID表示配置S7-300 PLC控制器的地址区域标识符，当配置为B#16#54时，为外设输入；LADDR定义S120变频器的电机模块的映射地址，与S120变频器的电机模块相对应；RECNUM定义S7-300 PLC控制器向S120变频器的控制模块CU320传输数据的数据记录编号；RECORD表示数据记录，定义了S7-300 PLC控制器的DB10数据块，DB10数据块里面定义了发送给变频器S120的预设最大转矩的参数信息(包括正向预设最大转矩和反向预设最大转矩的参数信息)；RET-VAL表示指令执行期间，如果出现错误，则返回值会包含相应的错误代码；BUSY表示写操作的状态，写入过程尚未完成时，BUSY为1，写入过程完成时，BUSY为0。当第一编码器5反馈的陪试电机4转速不为零时，S120变频器的控制模块CU320控制电机模块向陪试电机4输出正向预设最大转矩或反向预设最大转矩，以达到被测变频器1在输入额定电流条件下运行所需负载。

本实用新型实施例中，所述主动电机2和所述陪试电机4可采用额定功率相同的三相异步电机。所述陪试电机4的额定功率大于所述陪试变频器3的最大输出功率。使用两台三相异步电机对拖作为负载运行方式进行变频器负载测试，S120变频器工作在速度模式，并且驱动陪试电机的速度设置为零。变频器负载测试系统开始启动时，启动S120变频器先工作，陪试电机4处于转速为零的使能状态；后启动被测变频器1工作，使主动电机2转动，带动陪试电机4转动发电。第一编码器5将陪试电机4的转速反馈到S120变频器的控制模块CU320，控制模块CU320向陪试电机4输出与其转速方向相反的预设最大转矩所对应的电流，给陪试电机4加载反向转矩，使主动电机2负载加大，达到使被测变频器1在额定电流条件下工作。变频器负载测试系统开始启动时，S120变频器在初始处于转速为零的使能状态，保证在陪试电机4加转矩时，不会出现电机失速，与转矩控制模式相比，能够对电机进行速度保护。

本实用新型实施例提供的变频器负载测试系统，通过上位机6设置参数信息对陪试变频器3的最大正向和反向输出转矩进行调整，使主动电机2负载发生变化，可以适用于不同规格的被测变频器1的负载测试。S120变频器的电源模块303采用主动型电源模ALM既能够将三相交流电流整流成直流电流,也能够将回馈的直流电流回馈到电网，实现能量反馈，且主动型电源模块ALM能够对直流母线电压进行调节，所以即使电网电压波动也能保持整流后直流电流的稳定。上位机6通过S7-200SMART PLC控制器与S7-300 PLC控制器组成的MPI接口与S120变频器的控制模块CU320通讯连接，启动配置时间短、速度快；相对于直接采用在上位机6安装专用软件模拟端口与控制模块CU320连接的方式，成本更低，连接简单，便于实现。

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。