高低壓變頻器自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的應(yīng)用

伍沛凌

（江西氣體壓縮機(jī)有限公司，贛州 341000）

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高低壓變頻器自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的應(yīng)用

伍沛凌

（江西氣體壓縮機(jī)有限公司，贛州 341000）

摘 要：變頻器測(cè)試系統(tǒng)是高低壓性能檢測(cè)的關(guān)鍵。高低壓變頻測(cè)試系統(tǒng)主要包括高壓變頻測(cè)試和低壓變頻測(cè)試。針對(duì)不同種變頻器的測(cè)試，高低壓變頻器測(cè)試系統(tǒng)都需要完成測(cè)試任務(wù)。因此，本文提出了一種高低壓變頻自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，在分析結(jié)構(gòu)組成的基礎(chǔ)上，探究其在具體產(chǎn)品測(cè)試中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：高壓 低壓 變頻器 自動(dòng)測(cè)試 測(cè)試系統(tǒng)

隨著現(xiàn)代化建設(shè)進(jìn)度的加快，人們對(duì)工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化控制提出了較高要求，而很多工業(yè)生產(chǎn)過程都需要應(yīng)用變頻器實(shí)現(xiàn)精確控制，促使變頻器在國內(nèi)獲得了廣泛應(yīng)用。變頻器生產(chǎn)過程中，為了提高生產(chǎn)質(zhì)量，需要應(yīng)用可靠的自多測(cè)試系統(tǒng)。根據(jù)目前的工業(yè)發(fā)展?fàn)顩r來看，很多變頻器自多測(cè)試系統(tǒng)仍然應(yīng)用手動(dòng)控制的方法，作業(yè)效率較低，測(cè)試結(jié)果精確性不高。因此，對(duì)智能化變頻器測(cè)試系統(tǒng)的研究和應(yīng)用成為變頻器領(lǐng)域的重點(diǎn)工作。

1 變頻器和變頻器測(cè)試系統(tǒng)

變頻器（Variable-frequency Drive，VFD）將變頻技術(shù)和微電子技術(shù)結(jié)合起來，通過對(duì)設(shè)備工作電源頻率的控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備工作方式的控制。變頻器主要包括整流（交流變直流）模塊、濾波模塊、逆變（直流變交流）模塊、制動(dòng)模塊、驅(qū)動(dòng)模塊和檢測(cè)模塊。

變頻器通過改變電力設(shè)備的電源頻率，對(duì)電源電壓進(jìn)行控制。可以結(jié)合電動(dòng)機(jī)等設(shè)備的實(shí)際需求，提供對(duì)應(yīng)強(qiáng)度的電源電壓，實(shí)現(xiàn)節(jié)能、平滑調(diào)速的目的。另外，變頻器在應(yīng)用過程中也表現(xiàn)出優(yōu)越的保護(hù)性能，如過流保護(hù)、過壓保護(hù)、過載保護(hù)等。隨著工業(yè)自動(dòng)化程度的提高，變頻器的應(yīng)用越來越廣泛。

變頻器生產(chǎn)結(jié)束后，需要應(yīng)用可靠的檢測(cè)手段判斷產(chǎn)品質(zhì)量，于是變頻器自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)可以結(jié)合用戶的需求規(guī)劃測(cè)試方案。本文提出的自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)采用國際先進(jìn)技術(shù)和虛擬儀器，可以和計(jì)算機(jī)可靠交流，適應(yīng)于變頻器多種使用功能的測(cè)試，測(cè)試效率高，投資成本低，在產(chǎn)品質(zhì)量控制方面具有較高的性價(jià)比。

2 高低壓變頻器測(cè)試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

高低變頻器測(cè)試系統(tǒng)中包含測(cè)量控制柜、主回路接線盒、控制接線盒、輸入輸出切換柜、高壓開關(guān)柜、電源變壓器和監(jiān)視器。高低壓變頻器測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 高低壓變頻器測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.1 測(cè)量控制柜

測(cè)量控制系統(tǒng)是高低壓變頻器自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)的重要部分，可以實(shí)現(xiàn)多種操作控制，同時(shí)可以將測(cè)試結(jié)果展示給用戶。測(cè)量控制系統(tǒng)中主要包含操作模塊、工控一體機(jī)、PLC模塊、型號(hào)分配模塊、三相智能電量測(cè)試模塊、三相PWM專用測(cè)試系統(tǒng)。

2.2 主回路接線盒

主回路接線盒與輸入和輸出切換柜連接，同時(shí)可以將工作信號(hào)傳輸?shù)阶冾l器的主回路［1］。

2.3 控制接線盒

控制接線盒中包含多種航空接頭，插接過程十分方便，主要是將測(cè)量控制柜和變頻器連接起來，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制。

2.4 輸入、輸出切換柜

變頻器設(shè)備應(yīng)用場(chǎng)合不同，電壓等級(jí)也會(huì)有所差異，主要有10kV、6kV、1140V、660V和380V幾種。在變頻器功能測(cè)試過程中，需要結(jié)合實(shí)際質(zhì)量需求，自動(dòng)切換到相應(yīng)的電壓等級(jí)上。PLC系統(tǒng)將控制信號(hào)傳輸?shù)捷斎肭袚Q柜，自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)中相應(yīng)的接觸器可靠吸合，此時(shí)接觸器的狀態(tài)信號(hào)將會(huì)直接返回到PLC系統(tǒng)，從而保證變頻器電壓等級(jí)的自動(dòng)切換。用戶可以借助觸屏控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)缺相功能的測(cè)試。

測(cè)試系統(tǒng)中應(yīng)用的試驗(yàn)電動(dòng)機(jī)主要采用星形接法、三角形接法和雙三角形接法。PLC系統(tǒng)將控制信號(hào)傳輸?shù)捷敵銮袚Q柜，自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)中相應(yīng)的接觸器可靠吸合，接觸器的狀態(tài)信號(hào)將會(huì)直接返回到PLC系統(tǒng)中，從而保證變頻器電壓等級(jí)的自動(dòng)切換。與輸入切換柜相同，用戶可以借助觸屏控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)缺相功能或者短路功能的測(cè)試。

2.5 高壓開關(guān)柜

系統(tǒng)應(yīng)用中，將高壓開關(guān)柜連接在10kV的供電線路中，主要實(shí)現(xiàn)整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)電源的通斷控制，發(fā)揮重要的保護(hù)作用，保證供電系統(tǒng)可靠穩(wěn)定。

2.6 電源變壓器

高壓開關(guān)柜輸出10kV高壓，輸出電壓與電源變壓器相連，變壓器將高壓電轉(zhuǎn)換為6kV、3kV、660V和380V電壓，從而可以為不同電壓等級(jí)的變頻器提供電能。

2.7 監(jiān)視器

監(jiān)視器的主要功能是實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)房、高壓開關(guān)柜、輸入輸出切換柜等設(shè)備工作狀態(tài)的監(jiān)控。

3 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的主要目的是獲取變頻器信息。測(cè)試系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集模塊主要包括電流傳感器、數(shù)據(jù)采集卡、信號(hào)調(diào)理模塊、內(nèi)置信號(hào)采集模塊、數(shù)字I/O卡等。

測(cè)試過程中，主要采集以下信號(hào)：

①高壓直流信號(hào)，變頻器母線電壓；

②高壓三相交流信號(hào)，變頻器交流輸入端電壓信號(hào)，三相輸入電壓信號(hào)；

③PWM波形信號(hào)，變頻器輸出端電壓信號(hào)；

④低壓直流信號(hào)，變頻器功能端子給出的電流信號(hào)，其中包含0～10V的電壓信號(hào)，端子信號(hào)一般為0～20mA的電流信號(hào)［2］；

⑤低壓交流信號(hào)，該信號(hào)一般是指變頻器輸入端和輸出端電流輸出，需要先通過電流傳感器轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)。

在采集數(shù)字量信號(hào)的過程中，計(jì)算機(jī)可以發(fā)出數(shù)字信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)繼電器的控制。在檢測(cè)數(shù)字量狀態(tài)的過程中，可判斷繼電器的工作狀態(tài)，也可以從數(shù)字信號(hào)中獲取變頻器的工作故障。

以PCI板卡數(shù)據(jù)采集設(shè)備為例。應(yīng)用過程中，可以將被測(cè)高低壓信號(hào)隔離開，將模擬量和數(shù)字信號(hào)分開，結(jié)合實(shí)際采樣速率的要求，應(yīng)用以下幾種板卡。

PCI-6024E數(shù)據(jù)采集卡：含有10V模擬輸出信號(hào)，最大采樣點(diǎn)可以達(dá)到200k采樣點(diǎn)/秒；

PCI-6514數(shù)字I/O卡：含有32路數(shù)字輸入信號(hào)，主要包括電壓通斷信號(hào)和被測(cè)變頻器的狀態(tài)信號(hào)；

SCXI-1100模擬信號(hào)采集卡：主要采集電壓信號(hào)，電壓范圍為-10～+10V小電壓模擬信號(hào)；

SCXI-1124模擬信號(hào)輸出卡：包含-10～+10V小電壓模擬信號(hào)，有時(shí)也會(huì)有0～20mA小電流模擬信號(hào)；

SCXI-1125高電壓模擬信號(hào)采集卡：包含模擬輸入信號(hào)，主要采集0～1000V的高壓信號(hào)。

測(cè)試過程中的高壓信號(hào)一般先經(jīng)過降壓接線盒，之后通過模擬信號(hào)的數(shù)據(jù)采集卡。被測(cè)的電流信號(hào)會(huì)先經(jīng)過電流傳感器，而電壓信號(hào)與低壓信號(hào)調(diào)理模塊相連，之后將信號(hào)接入到數(shù)據(jù)采集卡中。低壓電信號(hào)直接接入到低壓調(diào)理模塊中，之后再將信號(hào)接入到數(shù)據(jù)采集卡。信號(hào)調(diào)理模塊中還會(huì)有低電壓信號(hào)和低電流信號(hào)，電壓范圍為0～10V，電流范圍為0～20mA。

應(yīng)用過程中，一般將數(shù)據(jù)采集卡安裝在計(jì)算機(jī)的PCI插槽中，接好對(duì)應(yīng)的端子，經(jīng)高壓接線盒連接到相應(yīng)的信號(hào)調(diào)理卡上。需注意的是，信號(hào)調(diào)理箱與采集卡應(yīng)用專用的數(shù)據(jù)線連接。

4 高低壓變頻器自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的應(yīng)用

高低壓變頻器自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)可以滿足380V、660V、1140V、3kV、6kV、10kV電壓等級(jí)下的變頻器測(cè)試。用戶結(jié)合人機(jī)界面現(xiàn)實(shí)，可以掌握系統(tǒng)電壓、電流、功率和溫度等參數(shù)［3］。

測(cè)試人員可以通過人機(jī)交流系統(tǒng)輸入變頻器信息，PLC系統(tǒng)以輸入的變頻器信息為依據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入輸出切換柜中接觸器的控制，從而將不同等級(jí)的電壓與對(duì)應(yīng)的電動(dòng)機(jī)匹配?？梢詰?yīng)用電源上電和變頻器上電控制，切換柜中相應(yīng)電壓等級(jí)的接觸器會(huì)動(dòng)作。對(duì)應(yīng)電壓等級(jí)的電源會(huì)在變頻器控制下接通，人機(jī)界面顯示出變頻器輸入的信號(hào)，如電壓、電流、功率等電氣參數(shù)。測(cè)試系統(tǒng)應(yīng)用帶載測(cè)試方法將電動(dòng)機(jī)和變頻器相連，之后啟動(dòng)整流穩(wěn)壓測(cè)試和逆變調(diào)速測(cè)試，同時(shí)保證變頻器正常運(yùn)轉(zhuǎn)。系統(tǒng)中的缺相測(cè)試和短路測(cè)試功能，可以在變頻器缺相或者短路狀態(tài)下進(jìn)行可靠保護(hù)。同時(shí)，高低壓變頻器中的多種保護(hù)和報(bào)警功能可以在上電和設(shè)備調(diào)試過程中進(jìn)行可靠保護(hù)，以避免出現(xiàn)較大的安全故障。

5 結(jié)束語

高低壓變頻器自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)應(yīng)用于生產(chǎn)測(cè)試中，為設(shè)備的設(shè)計(jì)和研發(fā)提供了良好的平臺(tái)。測(cè)試

系統(tǒng)投入使用后，可以提高生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量和性能檢測(cè)的精度。

參考文獻(xiàn)

［1］何為，顏學(xué)龍，李延平，等.基于虛擬儀器的牽引變頻器測(cè)試系統(tǒng)［J］.計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2013，（11）：293.

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Application of Automatic Test System of High and Low Voltage Frequency Converter

WU Peiling
（Jiangxi Gas Compressor Company Limited， Ganzhou 341000）

Abstract:Inverter test system is the key of high and low voltage performance testing. The test system of high and low voltage frequency conversion mainly includes the high voltage frequency conversion test and the low voltage frequency conversion test. According to the test of different kinds of frequency converter， the test system of high and low voltage inverter needs to complete the test task. Therefore， this paper presents a high and low voltage automatic test system， based on the analysis of the structure， to explore its application in specific product testing.

Key words:high voltage， low voltage， frequency converter，automatic test， test system