一种变频器及电机测验系统、测验方法及安装方法与流程

本发明涉及交流异步变频器和三相异步电机性能测验技术领域，尤其涉及一种能量可回收再利用的变频器及三相异步电机测验系统、测验方法及安装方法。

背景技术：

现有的变频器或电机测验系统与方法主要有以下三种：

一是直接带着电机负载进行各项功能的测验，即变频器通过外部电网供电，输出三相接电机，通过改变变频器参数，观察电机转动等各功能是否正常。这中测试方法是最普通的，无法读取电机和变频器的输出参数，负载不可变。

二是目前国内变频器和电机负载测试系统使用较普遍的是传统的励磁调试，相比于能量可回收系统，传统励磁电机的测验系统更加的耗能，而且励磁部分容易发热损坏需要周期性维护更换。

三是采用异步电机对抱的方法，通过系统电机和被测电机共轴，以及系统变频器和被测变频器共直流母线的方式，虽然达到了能量回收和对被测变频器和电机负载可调参数可读取存储等功能，但是其由一个弊端就，被测变频器和系统变频器设定的初始参数需一致，电机的转向相反，运行到设定的频率后通过改变系统变频器的参数频率对被测变频器和电机加载，也就是说变频器和电机在启动加速和减速停止过程中由于设定加减速时间相同，频率相同，所以在启动加速和减速停止过程不可加载测试，只是一个空载测试，对于变频器测试而言低频负载加速启动，和低频负载减速停止是变频器最重要的性能体现。

技术实现要素：

本发明针对上述现有技术的不足，提供了一种改进的变频器或电机测验系统，是在传统系统中改变系统变频器和电机，采用永磁同步变频器和永磁同步电机，通过变频器参数设置恒转矩模式，使得系统变频器和电机在整个测试过程中都对被测变频器和电机有一个恒定转矩的负载力，更加贴合实际生产和使用环境，再接入能量回馈单元反馈系统，使变频器测验时所产生的能量部分反馈电网，再次利用，减小外部电网对于测试系统的输入能量，从而达到节能、环保的目的。

为了实现上述目的，本发明采用了以下的技术方案：

一种变频器及电机测验系统，包括控制柜、异步电机驱动变频器、能量回馈单元、永磁同步电机驱动变频器、被测电压电流传感器、系统电压电流传感器和试验台架，所述试验台架包括安装底座、三相交流异步电机、永磁同步电机、扭矩传感器、联轴器、减速器和升降活动式电机安装支架，三相交流异步电机、扭矩传感器、减速器、永磁同步电机均固定在安装底座，且三相交流异步电机、永磁同步电机分别与安装底座之间设有升降活动式电机安装支架，三相交流异步电机、扭矩传感器、减速器、永磁同步电机的轴同心并通过联轴器相连，异步电机驱动变频器和永磁同步电机驱动变频器由控制柜供电并控制，控制柜由电网供电380v接于其输入端，异步电机驱动变频器的输出端接三相交流异步电机，永磁同步电机驱动变频器的输出端接永磁同步电机，永磁同步电机驱动变频器的p、n输入端接能量回馈单元的p、n输入端，能量回馈单元的输出端接电网380v，所述被测电压电流传感器设置在三相交流异步电机与控制柜之间、所述系统电压电流传感器设置在永磁同步电机与控制柜之间。

作为优选方案：所述控制柜采用卧式机柜结构，内部设有控制线路，所述控制柜的台面上还设有测试夹具、动扭测控仪、15寸触摸屏工业控制计算机、显示仪表和开关按钮。

作为优选方案：所述联轴器采用刚柔结合连接器，包括法兰、轴套和缓冲橡胶，所述三相交流异步电机与永磁同步电机的输出轴采用软连接的方式。

作为优选方案：所述安装底座为一钢板制成的平台，安装底座上设有t型槽，安装底座的平面度小于0.05mm，安装底座的重量大于三相交流异步电机、永磁同步电机、扭矩传感器、联轴器、减速器和升降活动式电机安装支架的总重量的2倍。

本发明的第二个目的是提供一种基于上述的变频器及电机测验系统的测验方法，包括如下步骤：

a）、开启测验系统，设置异步电机驱动变频器的频率、加减速时间，设定永磁同步电机驱动变频器为恒转矩模式，并设定异步电机驱动变频器所需测试转矩值，设定需要测试参数：包括电流、电压、转速、转矩、输入功率、输出功率或效率的上限报警点，启动三相交流异步电机与永磁同步电机同步旋转；达到异步电机驱动变频器的设定频率；

b）、缓慢增加或者降低永磁同步电机驱动变频器的转矩参数，即降低永磁同步电机的同步转速，而异步电机驱动变频器的频率保持不变，永磁同步电机驱动变频器设定的转矩越大，产生的能量越大，通过永磁同步电机驱动变频器内部逆变单元提升直流母线p、n的直流电压，而永磁同步电机驱动变频器的p、n输入端又和能量回馈单元的p、n输入端并联，使得永磁同步电机驱动变频器测试时，即在发电状态下，产生的回收能量流到能量回馈单元，能量回馈单元设定直流母线电压值，当高于这个设定值时，能量回馈单元处于工作状态，将高于这设定值的能量转化为三相交流电通过输出端和电网相连并回馈给电网，而控制柜的电源是电网供电，故形成一个能量内部流动的环路，减小外部电网的供能。

作为优选方案：在步骤b）中，由于三相交流异步电机转速大于永磁同步电机转速，两个电机转轴之间产生扭矩，通过三相交流异步电机与永磁同步电机输出端的扭矩传感器来读取当前扭矩，降低永磁同步电机驱动变频器频率相当于给异步电机驱动变频器加负载，当频率下降时，异步电机驱动变频器电流上升，缓慢降低永磁同步电机驱动变频器频率使电流上升至异步电机驱动变频器保护电流时，此时扭矩最大，通过扭矩传感器读取数值，从而测试出异步电机驱动变频器的最大扭矩。

本发明的第三个目的是提供一种基于上述的变频器及电机测验系统的安装方法：将安装底座摆放于水平地面上，然后将三相交流异步电机、永磁同步电机摆放在安装底座上，先使三相交流异步电机的输出端通过软连接方式连接到扭矩传感器，再使扭矩传感器的另一端也通过软连接方式连接到减速器，减速器的另一端也通过软连接方式连接到永磁同步电机的输出端，在连接时，不断调整安装在三相交流异步电机、永磁同步电机下面的升降活动式电机安装支架，保证三相交流异步电机、永磁同步电机、扭矩传感器、减速器的轴的高度保持一致，然后再将各部件按照设计连接在一起。

作为优选方案：在安装底座上预留三相交流异步电机、永磁同步电机的螺丝孔，并事先经过精确测量，使三相交流异步电机、永磁同步电机的输出端保持在同一直线上。

本发明采用了上述技术方案的本发明的原理及有益效果是：

本发明通过异步电机驱动变频器驱动三相交流异步电机，永磁同步电机驱动变频器驱动永磁同步电机，在变频器测验过程中，缓慢降低永磁同步电机驱动变频器的频率，即降低转速，此时由于三相交流异步电机转速大于永磁同步电机，相当于三相交流异步电机做功，永磁同步电机发电。

而永磁同步电机驱动变频器通过直流母线p、n端反馈给异步电机驱动变频器，使得异步电机驱动变频器测验的时候，有部分能量反馈回来再次利用，减小外部电网的供能，起到节能环保的作用。

再进一步说，当永磁同步电机驱动变频器频率下降时，异步电机驱动变频器电流上升，缓慢降低永磁同步电机驱动变频器频率使电流上升至异步电机驱动变频器保护电流时，此时扭矩最大，通过扭矩传感器读取数值，从而可以测试出异步电机驱动变频器的最大扭矩。

附图说明

图1是本发明的测验系统结构示意图。

图2是本发明的试验台架的结构示意图。

图3是本发明的控制柜的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

如图1至图3所示的一种变频器及电机测验系统，包括控制柜1、异步电机驱动变频器2、能量回馈单元3、永磁同步电机驱动变频器4、被测电压电流传感器5、系统电压电流传感器6和试验台架14，所述试验台架14包括安装底座7、三相交流异步电机8、永磁同步电机9、扭矩传感器10、联轴器11、减速器12和升降活动式电机安装支架15，三相交流异步电机8、扭矩传感器10、减速器12、永磁同步电机9均固定在安装底座7，且三相交流异步电机8、永磁同步电机9分别与安装底座7之间设有升降活动式电机安装支架15，三相交流异步电机8、扭矩传感器10、减速器12、永磁同步电机9的轴同心并通过联轴器11相连，异步电机驱动变频器2和永磁同步电机驱动变频器4由控制柜1供电并控制，控制柜1由电网供电380v接于其输入端，异步电机驱动变频器2的输出端接三相交流异步电机8，永磁同步电机驱动变频器4的输出端接永磁同步电机9，永磁同步电机驱动变频器的p、n输入端接能量回馈单元3的p、n输入端，能量回馈单元3的输出端接电网380v，所述被测电压电流传感器5设置在三相交流异步电机8与控制柜1之间、所述系统电压电流传感器6设置在永磁同步电机9与控制柜1之间。

所述控制柜1采用卧式机柜结构，内部设有控制线路，所述控制柜1的台面上还设有测试夹具20、动扭测控仪16、15寸触摸屏工业控制计算机17、显示仪表18和开关按钮19。

所述联轴器11采用刚柔结合连接器，包括法兰、轴套和缓冲橡胶，从而保证测量精度。所述三相交流异步电机8与永磁同步电机9的输出轴采用软连接的方式，这样使得当电机连接处存在水平直线上的误差时可以起到缓冲作用，允许有一定的误差范围。

所述安装底座7为一钢板制成的平台，安装底座7上设有t型槽，表面光洁，安装底座7的平面度小于0.05mm，安装底座7的重量大于三相交流异步电机8、永磁同步电机9、扭矩传感器10、联轴器11、减速器12和升降活动式电机安装支架15的总重量的2倍。底座稳固，能避免过大震动。

本发明的升降活动式电机安装支架15由20-30mm钢材和m6-m30螺杆螺帽构成。升降时调节螺帽高低即可完成。测试时，一定要紧固升降活动式电机安装支架，防止过大震动。安装时，根据电机的高度，调节升降活动式电机安装支架。注意同轴度，避免传感器变形而产生附加转矩。

本发明的三相交流异步电机连接扭矩传感器，可以精确读取电机的转速和扭力，更好的控制测验变频器。本发明采用隔离式电流、电压传感器测量电机的输入电流和电压。本发明通过计算机给定电机转速，然后通过通讯设定交流异步电机驱动变频器2，从而异步电机驱动变频器2实现对三相交流异步电机8转速的控制。

一种基于上述的变频器及电机测验系统的测验方法，包括如下步骤：

a）、开启测验系统，设置异步电机驱动变频器2的频率、加减速时间，设定永磁同步电机驱动变频器4为恒转矩模式，并设定异步电机驱动变频器2所需测试转矩值，设定需要测试参数：包括电流、电压、转速、转矩、输入功率、输出功率或效率的上限报警点，启动三相交流异步电机8与永磁同步电机9同步旋转；达到异步电机驱动变频器2的设定频率；

b）、缓慢增加或者降低永磁同步电机驱动变频器4的转矩参数，即降低永磁同步电机9的同步转速，而异步电机驱动变频器2的频率保持不变，永磁同步电机驱动变频器4设定的转矩越大，产生的能量越大，通过永磁同步电机驱动变频器4内部逆变单元提升直流母线p、n的直流电压，而永磁同步电机驱动变频器4的p、n输入端又和能量回馈单元3的p、n输入端并联，使得永磁同步电机驱动变频器4测试时，即在发电状态下，产生的回收能量流到能量回馈单元3，能量回馈单元3设定直流母线电压值，当高于这个设定值时，能量回馈单元3处于工作状态，将高于这设定值的能量转化为三相交流电通过输出端和电网相连并回馈给电网，而控制柜1的电源是电网供电，故形成一个能量内部流动的环路，减小外部电网的供能。

在步骤b）中，由于三相交流异步电机8转速大于永磁同步电机9转速，两个电机转轴之间产生扭矩，通过三相交流异步电机8与永磁同步电机9输出端的扭矩传感器10来读取当前扭矩，降低永磁同步电机驱动变频器4频率相当于给异步电机驱动变频器2加负载，当频率下降时，异步电机驱动变频器2电流上升，缓慢降低永磁同步电机驱动变频器4频率使电流上升至异步电机驱动变频器2保护电流时，此时扭矩最大，通过扭矩传感器10读取数值，从而测试出异步电机驱动变频器2的最大扭矩。

一种基于上述的变频器及电机测验系统的安装方法：将安装底座7摆放于水平地面上，然后将三相交流异步电机8、永磁同步电机9摆放在安装底座7上，先使三相交流异步电机8的输出端通过软连接方式连接到扭矩传感器10，再使扭矩传感器10的另一端也通过软连接方式连接到减速器12，减速器12的另一端也通过软连接方式连接到永磁同步电机9的输出端，在连接时，不断调整安装在三相交流异步电机8、永磁同步电机9下面的升降活动式电机安装支架15，保证三相交流异步电机8、永磁同步电机9、扭矩传感器10、减速器12的轴的高度保持一致，然后再将各部件按照设计连接在一起。

在安装底座7上预留三相交流异步电机8、永磁同步电机9的螺丝孔，并事先经过精确测量，使三相交流异步电机8、永磁同步电机9的输出端保持在同一直线上。

本发明的控制系统为变频器及电机性能试验设计，测量变频器及电机的电压、电流、转矩、转速、输入输出功率、效率等性能参数，通过打印机打印试验报告，绘制各种性能曲线。转矩、转速传感器测量电机的输出扭矩和转速，负载采用永磁同步电机，使用电量变送器将电压和电流信号转换为标准电压信号，由计算机13采集。可根据国标或客户需求定制输出报表和性能曲线。系统在计算机上构建所有的传感器输出信号通过各种采集卡（转矩转速功率测量卡、a/d卡）直接接入计算机，控制信号由计算机通过各种控制卡（i/o、d/a卡）直接控制机构动作。

本发明能实时采集、处理、显示、存储试验所需的转速、扭矩、电流、电压、功率、效率等值，本发明的系统能对各种电机和变频器的特点进行测试，此平台为通用型，其他设备不变更换不同的被测端三相异步电机，可测试不同品牌功率电机的各项性能数据；在其他设备不变更换不同的被测端三相交流异步变频器，可测试不同品牌功率变频器的各项性能数据及保护功能；本发明能对每个测量的参数进行上、下限报警，报警值可任意设定。

本发明可以对测试数据进行自动连续存储或者按使用者的意愿进行手动选点存储。本发明对于参数的各种设置（型号、名称、单位采集显示的精度、量程、上下限）具有记忆功能，只需设定一次即可。本发明还具有历史数据回放功能。本发明可以将试验数据及曲线导出到word或者execl中，可以通过打印机对测试结果进行数据、曲线打印。

应当指出，以上实施例仅是本发明的代表性例子。本发明还可以有许多变形。凡是依据本发明的实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均应认为属于本发明的保护范围。