CN104034981A - 一种变频器自循环老化测试***及测试方法 - Google Patents

一种变频器自循环老化测试***及测试方法 Download PDF

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黄洪剑
刘春龙
陈安辉
石岩峰
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Abstract

本发明公开了一种变频器自循环老化测试***及测试方法，该方案由交流电网，升压变压器、被测变频器，并网电抗器，并网开关构成测试环境，再由嵌入在被测变频器控制电路的并网控制模块，控制被测变频器交流输出端在并网运行前主动输出检测脉冲群，通过检测流过并网电抗器的电流响应识别当前电网电压相序和相位，然后进行电网电压追踪并进行电流矢量控制并网输出，并网输出电能通过升压变压器回馈至被测变频器的整流输入端，最后通过控制并网输出电流幅值实现变频器自循环全功率老化测试。本发明在不增加通用变频器产品硬件配置条件下，实现变频器自循环全功率老化测试，具有配置简单，操作方便，模拟条件真实，老化节能高效的优点。

Description

一种变频器自循环老化测试***及测试方法
技术领域
本发明涉及变频器老化测试技术，尤其涉及一种变频器自循环老化测试技术。
背景技术
全功率老化测试是变频器出厂前可靠性测试中非常重要的一环，出于节能考虑，目前采用较多的全功率老化电路主要分为如下几类：
申请号CN200710123594.5的中国发明专利给出了一类直-交逆变器的电阻电抗负载老化测试电路，通过控制母线电容和电抗负载中的无功功率实现受控的能量循环往复，但因为输出大部分为无功功率，对变频器的输入整流桥将无法提供全功率老化条件，且仍存在较大的电阻负载有功损耗，效率较低。
申请号CN201220260394.0的中国发明专利给出了一类电动机-发电机组结构老化测试电路，可以将被测变频器输出的电能通过电能-机械能-电能的方式部分回馈至电网，优点为所用负载为实际负载，测试条件真实；缺点是中间环节较多，***结构复杂，机械***和电能变送装置损耗较大，***效率不高。
申请号CN201210407764.3的中国发明专利给出了一类高压变频器通过并网电抗器并网回馈的老化测试电路，具有较高的***效率，但需外加采样电路及控制单元，输出电流控制算法过于复杂，且因无法实现不控整流-逆变***能量循环流动而无法用于输入侧不控整流的变频器。
申请号CN201310325114.9的中国发明专利给出了一类变流器或变频器自循环全功率老化测试电路，由直流电网提供母线电压工作点及有功损耗补充，通过升压变压器控制能量由输出端向输入端循环流动，被测变频器控制电路内嵌老化测试模块，无需外加硬件采样电路，测试***结构相对简单，效率较高；但仅能通过控制输出调制比调节输出电流幅值大小，实际使用中需反复调试直至输出电流幅值满足测试条件，耗时费力；且对于输入侧不控整流的变频器，其输出电流波形不是正弦量，而是不控整流的输入脉动电流，不能很好的模拟实际使用负载工况。
发明内容
针对上述现有主要节能型变频器老化测试电路中存在的或配置复杂或操作不便或效率较低或模拟条件不真实的缺陷，本发明的目的之一在于提供一种配置简单，操作方便，模拟条件真实，老化节能高效的变频器自循环老化测试***。
本发明的目的之二在于提供一种基于上述老化测试***的变频器自循环老化测试方法。
为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：
一种变频器自循环老化测试***，所述老化测试***包括：一交流电网，一升压变压器，一被测变频器，一并网电抗器；
所述老化测试***还包括一并网开关以及设置在被测变频器控制电路中的并网控制模块，所述升压变压器、并网电抗器以及并网开关相互连接形成***测试电路，设置有并网控制模块的被测变频器通过该***测试电路连接到交流电网，并由并网控制模块控制形成自循环老化测试回路。
在该测试***的优选方案中，所述老化测试***中交流电网经由升压变压器连接至被测变频器的整流输入端，被测变频器的交流输出端依次经由并网电抗器及并网开关连接至交流电网。
在该测试***的另一优选方案中，所述老化测试***中交流电网直接连接至被测变频器的整流输入端，被测变频器的交流输出端依次经由并网电抗器、升压变压器及并网开关连接至交流电网。
优选的，所述升压变压器为隔离升压变压器或自耦升压变压器。
优选的，所述被测变频器的输入、输出相数相同。
优选的，所述并网电抗器为L或LC或LCL结构的滤波电抗器。
优选的，所述并网开关在在变频器上电完成后并网开关闭合。
进一步的，所述并网开关的闭合由操作人员在变频器上电完成后手动闭合，在测试完成后手动断开。
进一步的，所述并网开关由输入电网经由延时继电器控制闭合。
进一步的，所述并网开关由变频器输出继电器节点自动控制闭合。
基于上述测试***，本发明提供一种变频器自循环老化测试方法，该方法中由并网控制模块首先控制被测变频器交流输出端在并网运行前主动输出检测脉冲群，通过检测流过并网电抗器的电流响应识别当前电网电压相序和相位；
然后，再进行电网电压追踪并进行电流矢量控制并网输出，并网输出电能通过升压变压器回馈至被测变频器的整流输入端，实现能量的自循环流动；
最后，通过控制并网输出电流幅值实现变频器自循环全功率老化测试。
在测试方法的优选方案中，所述被测变频器并网运行前主动输出的检测脉冲群为至少两个时间间隔小于电网周期的检测脉冲。
进一步的，对于单相输入的被测变频器，其并网运行前主动输出的检测脉冲为输出零电压。
进一步的，对于三相输入的被测变频器，其并网运行前主动输出的检测脉冲为三相逆变桥上桥同时导通或下桥同时导通或两种导通状态各持续相等的时间。
进一步的，所述方法中首先基于电流响应正比于电网电压，计算得到当前电网相位，再根据检测脉冲群检测相位的变化方向判断得到当前电网的相序。
进一步的，所述并网控制模块使用电网模型参考自适应观测器进行电网电压追踪，该观测器和电流矢量控制器一起实现变频器无电压传感器并网控制。
本发明提供的变频器自循环全功率老化测试方案，在具体实施时配置简单，仅需外配升压变压器、并网电抗器及并网开关；通过被测变频器内嵌并网控制模块自动完成并网自循环老化过程，无需外部控制，操作方便；被测变频器输出电流为正弦电流，输入电流为实际并网整流电流，模拟条件真实；自循环全功率并网老化，电网仅提供无功补偿和***损耗，节能高效。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。
图1a为本发明实施例1测试***构成示意图；
图1b为本发明实施例2测试***构成示意图；
图2为本发明实施例老化***控制流程图；
图3为本发明实施例并网控制原理图。
主要附图标记说明：
1—升压变压器；
2—被测变频器；
3—并网电抗器；
4—并网开关；
Ls—并网电感值；
eg—电网电压幅值；
—电网角频率估算值；
—电网相位估算值。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
实例1
参见图1a，其所示为本实例中用于变频器自循环老化测试的测试***。由图可知，该测试***主要由一交流电网，一升压变压器1，一被测变频器2，一并网电抗器3，一并网开关4连接构成。
该***中，被测变频器2的整流输入端通过升压变压器1连接到交流电网，而交流输出端依次通过并网电抗器3以及并网开关4连接到交流电网，由此构成相应的测试环境。
在本实例中，交流电网为三相交流电网，具体为380V/50Hz市电。
升压变压器1为隔离升压变压器或自耦升压变压器，具体采用1:1.15隔离升压变压器。
并网电抗器3为L或LC或LCL结构的滤波电抗器，具体采用三相电感型滤波电抗器。
并网开关4使用空气断路器，在***上电前处于断开状态，避免上电过程中经由被测变频器的交流输出端对被测变频器进行充电，上电完成后手动闭合并网开关，在自循环回路电流异常时可以进行过流跳脱保护。
对于并网开关4的闭合，还可由输入电网经由延时继电器控制闭合或者由变频器输出继电器节点自动控制闭合。
被测变频器2的输入、输出相数相同，可以为单相或者三相变频器。本实例中为三相变频器，三相交流输入、三相交流输出。该变频器主要包括三相整流桥、三相逆变桥、控制电路以及操作器，三相整流桥形成变频器的整流输入端，其输入整流方式为二极管不控整流；三相逆变桥连接三相整流桥，形成变频器的交流输出端；控制电路为变频器的控制中心，控制连接三相逆变桥；而操作器为变频器的外部操作部件，其连接控制电路。
在该测试***中，还在被测变频器2的控制电路中内嵌并网控制模块，由该并网控制模块控制自动完成并网自循环老化过程，无需外部控制，操作方便。
并网控制模块控制由交流电网、升压变压器1、被测变频器2、并网电抗器3以及并网开关4构成的测试环境形成自循环老化测试回路，进行自循环全功率并网老化，其中电网仅提供无功补偿和***损耗，节能高效。
本实例提供的老化测试***能够进行全功率老化测试，相同输出电流条件下老化功率更大，测试条件更严苛。
实例2
参见图1b，其所示本实例中用于变频器自循环老化测试的测试***。由图可知，该测试***与实例1中的测试***一样主要由一交流电网，一升压变压器1，一被测变频器2，一并网电抗器3，一并网开关4连接构成。
在本***中，被测变频器2的整流输入端直接连接到交流电网，而交流输出端依次通过并网电抗器3、升压变压器1以及并网开关4连接到交流电网，由此构成相应的测试环境。
除此之外，其余都与实例1中方案相同，此处不加以赘述。
在该实例中，并网控制模块控制由交流电网、升压变压器1、被测变频器2、并网电抗器3以及并网开关4构成的测试环境形成自循环老化测试回路，使得被测变频器输出电流为正弦电流，输入电流为实际并网整流电流，从而形成真实的模拟条件，进行自循环全功率并网老化，其中电网仅提供无功补偿和***损耗，节能高效。
本实例提供的老化测试***模拟真实负载条件进行老化测试，输入侧电流、直流母线电压及输出电压更接近真实负载工况。
基于上述实例提供的变频器自循环老化测试***，并网控制模块控制相关部件进行自循环全功率并网老化的具体过程如下(参见图2)：
首先，并网控制模块控制被测变频器交流输出端在并网运行前主动输出检测脉冲群；
再通过检测流过并网电抗器的电流响应识别当前电网电压相序和相位；
然后通过无电压传感器控制技术进行电网电压追踪并进行电流矢量控制并网输出，因测试***中升压变压器的存在，并网输出电能通过升压变压器回馈至被测变频器的整流输入端，实现能量的自循环流动。
最后，通过控制并网输出电流幅值实现变频器自循环全功率老化测试。
其中，被测变频器并网运行前主动输出的检测脉冲群为时间间隔二分之一电网周期的两个检测脉冲，检测脉冲为三相逆变桥上桥同时导通并持续一个PWM周期。
对于单相输入的被测变频器，其并网运行前主动输出的检测脉冲为输出零电压；对于三相输入的被测变频器，其并网运行前主动输出的检测脉冲为三相逆变桥上桥同时导通或下桥同时导通或两种导通状态各持续相等的时间。
并网控制模块在识别当前电网电压相序和相位时，并网控制模块首先在每次主动输出检测脉冲后检测三相电流峰值，通过Clark变换得到αβ坐标系下的电流分量，基于电流响应正比于电网电压，利用三角函数关系通过求解反正切计算出当前电网相位；接着在第二个检测脉冲处通过比较两次检测位置电网相位变化量判断出电网相序，随即以当前电网相位和相序方向进入并网运行。
并网控制模块通过无电压传感器控制技术进行电网电压追踪时，其使用如附图3中所示电网电压相位观测器进行电网电压追踪，该观测器和电流矢量控制器一起实现变频器无电压传感器并网控制，电网电压幅值eg，电网角频率ωg，并网电感值Ls，由操作器先行设定参数给定。电网电压相位观测器通过输出电压和输出电流及电网模型估算电网角频率和相位。
由此，实际进行变频器自循环老化测试时，首先在测试***中设定电网电压幅值(电感后级)、频率、电感值以及输出电流幅值。
接着，通过被测变频器上控制器触发内嵌在被测变频器上控制电路内的并网控制模块，进行老化控制。
再接着，并网控制模块首先根据二分之一电网周期内被测变频器输出检测脉冲计算电网相位。
再接着，并网控制模块根据检测电网相位的变化方向判断出电网相序。
最后，根据确定的电网相位和相序方向进入并网老化运行。
由上可知，具体测试过程中，老化运行的触发通过被测变频器所含操作器，通过参数设定并网输出电流幅值可以直接控制老化功率，操作方便。
通过本发明提供的方案，使得被测变频器输出电流为正弦波，其功率因数可以通过程序设置任意调节，通过将功率因数设置为1，输出电流幅值设定为额定输出电流，可以控制老化***进行全功率自循环老化运行，被测变频器输入侧电流为不控整流脉动电流，与实际使用情况相同，完全模拟实际运行工况。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (15)

1.一种变频器自循环老化测试***，所述老化测试***包括：一交流电网，一升压变压器，一被测变频器，一并网电抗器；其特征在于，
所述老化测试***还包括一并网开关以及设置在被测变频器控制电路中的并网控制模块，所述升压变压器、并网电抗器以及并网开关相互连接形成***测试电路，设置有并网控制模块的被测变频器通过该***测试电路连接到交流电网，并由并网控制模块控制形成自循环老化测试回路。
2.根据权利要求1所述的一种变频器自循环老化测试***，其特征在于，在该测试***的优选方案中，所述老化测试***中交流电网经由升压变压器连接至被测变频器的整流输入端，被测变频器的交流输出端依次经由并网电抗器及并网开关连接至交流电网。
3.根据权利要求1所述的一种变频器自循环老化测试***，其特征在于，所述老化测试***中交流电网直接连接至被测变频器的整流输入端，被测变频器的交流输出端依次经由并网电抗器、升压变压器及并网开关连接至交流电网。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的一种变频器自循环老化测试***，其特征在于，所述升压变压器为隔离升压变压器或自耦升压变压器。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的一种变频器自循环老化测试***，其特征在于，所述并网电抗器为L或LC或LCL结构的滤波电抗器。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的一种变频器自循环老化测试***，其特征在于，所述并网开关在在变频器上电完成后并网开关闭合。
7.根据权利要求6所述的一种变频器自循环老化测试***，其特征在于，所述并网开关的闭合由操作人员在变频器上电完成后手动闭合，在测试完成后手动断开。
8.根据权利要求6所述的一种变频器自循环老化测试***，其特征在于，所述并网开关由输入电网经由延时继电器控制闭合。
9.根据权利要求6所述的一种变频器自循环老化测试***，其特征在于，所述并网开关由变频器输出继电器节点自动控制闭合。
10.一种变频器自循环老化测试方法，其特征在于，所述方法中由并网控制模块首先控制被测变频器交流输出端在并网运行前主动输出检测脉冲群，通过检测流过并网电抗器的电流响应识别当前电网电压相序和相位；
然后，再进行电网电压追踪并进行电流矢量控制并网输出，并网输出电能通过升压变压器回馈至被测变频器的整流输入端，实现能量的自循环流动；
最后，通过控制并网输出电流幅值实现变频器自循环全功率老化测试。
11.根据权利要求10所述的一种变频器自循环老化测试方法，其特征在于，所述被测变频器并网运行前主动输出的检测脉冲群为至少两个时间间隔小于电网周期的检测脉冲。
12.根据权利要求10所述的一种变频器自循环老化测试方法，其特征在于，对于单相输入的被测变频器，其并网运行前主动输出的检测脉冲为输出零电压。
13.根据权利要求10所述的一种变频器自循环老化测试方法，其特征在于，对于三相输入的被测变频器，其并网运行前主动输出的检测脉冲为三相逆变桥上桥同时导通或下桥同时导通或两种导通状态各持续相等的时间。
14.根据权利要求10所述的一种变频器自循环老化测试方法，其特征在于，所述方法中首先基于电流响应正比于电网电压，计算得到当前电网相位，再根据检测脉冲群检测相位的变化方向判断得到当前电网的相序。
15.根据权利要求10所述的一种变频器自循环老化测试方法，其特征在于，所述并网控制模块使用电网模型参考自适应观测器进行电网电压追踪，该观测器和电流矢量控制器一起实现变频器无电压传感器并网控制。
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