本实用新型涉及一种变频器老化检测设备，特别是具有能量回收功能并且能够满足宽范围电源和功率的变频器老化检测对扭设备。
背景技术：
变频器厂家在完成变频器生产之后需要对新产品进行老化功能测试。老化功能测试包含对变频器的过压、短路及额定负载和过负载等需求进行测试，以对变频器产品的控制回路、驱动回路的功能和可靠性进行检测。通常，变频器的功率范围很宽，小到几百瓦，大到兆瓦级别；并且变频器可能需要不同种类的电源，例如单相电源、三相电源。另外，变频器可能需要多种电压等级，例如，220伏电压、380伏电压乃至690伏电压。
当前业内大多采用变频器空载、飞轮或纯电机对扭的老化检测方法。然而，变频器空载或飞轮的检测技术所使用的电流很小，无法暴露新产品的隐藏问题；而纯电机对扭的方式，启动瞬间电流比较大，对电网可靠性要求极高，而且在检测过程中的噪声大，能耗高。
技术实现要素：
【技术问题】
本实用新型提供一种新型变频器老化检测设备，旨在实现变频器的批量自动老化检测，解决多组电源、较宽功率范围的测试需求，同时降低工厂的能耗。
【技术方案】
根据本实用新型的一个方面，提供一种变频器老化检测设备。所述变频器老化检测设备包括：电源装置，所述电源装置构造成向所述变频器老化检测设备和被测变频器供电；以及对扭装置，所述对扭装置连接到所述被测变频器，以便接收由所述被测变频器输出的电能。所述变频器老化检测设备还包括：加载及能量回收装置，所述加载及能量回收装置连接到所述电源装置和所述对扭装置，并且构造成能够向所述对扭装置平滑地输出电能；以及安全检测及控制装置，所述安全检测及控制装置构造成与所述被测变频器和所述加载及能量回收装置实时地通信，以便对整个变频器老化检测设备实时地进行安全检测及控制。
所述加载及能量回收装置构造成能够回收来自所述对扭装置的电能，并且将所回收的电能馈送到所述电源装置。
所述加载及能量回收装置包括四象限控制单元和预充电滤波装置，所述预充电滤波装置连接到所述四象限控制单元和所述电源装置以向所述四象限控制单元供电和/或回收来自所述四象限控制单元的电能。所述四象限控制单元包括：第一直流变频器，所述第一直流变频器连接到所述对扭装置并且以电流模式工作，以便向所述对扭装置输出电能和/或回收来自所述对扭装置的电能；以及第二直流变频器，所述第二直流变频器连接到所述第一直流变频器和所述预充电滤波装置并且以电压模式工作，以向所述第一直流变频器提供直流电源或者将所述第一直流变频器所回收的电能馈送到所述预充电滤波装置。
所述对扭装置可以是三相异步电机对扭装置。所述三相异步电机对扭装置包括第一台三相异步电机、第二台三相异步电机和联轴器。所述联轴器将所述第一台三相异步电机和所述第二台三相异步电机联接。所述第一台三相异步电机连接到所述被测变频器，以便接收由所述被测变频器输出的电能。所述第二台三相异步电机连接到所述第一直流变频器并且构造成以电动模式和/或发电模式工作，从而适于接收由所述第一直流变频器输出的电能和/或将自身发出的电能反馈到所述第一直流变频器。
所述安全检测及控制装置包括plc开关量监控装置和测试系统。所述测试系统、所述plc开关量监控装置、所述被测变频器和所述四象限控制单元均设置有通信端口，以便所述测试系统经由所述通信端口而分别与所述plc开关量监控装置、所述被测变频器及所述四象限控制单元进行通信。
所述测试系统和所述plc开关量监控装置均设置有profinetio工业以太网端口，所述测试系统和所述plc开关量监控装置经由所述profinetio工业以太网端口进行通信。所述测试系统和所述被测变频器均设置有符合fc协议的端口，所述测试系统和所述被测变频器经由所述符合fc协议的端口进行通信。所述测试系统和所述四象限控制单元均设置有符合modbus协议的端口，所述测试系统和所述四象限控制单元经由所述符合modbus协议的端口进行通信。
所述电源装置可以是多电源装置。所述多电源装置包括变压器和控制开关。所述多电源装置可以提供单相电或三相电。所述多电源装置可以提供多种电压等级。
所述电源装置可以是三相交流电网。所述第二直流变频器构造成将所述第一直流变频器所回收的电能逆变成三相交流电，然后经所述预充电滤波装置回馈到所述三相交流电网。
所述预充电滤波装置包括预充电电阻器和lcl型滤波器。所述lcl型滤波器连接到所述预充电电阻器，然后，所述预充电电阻器连接到所述第二直流变频器。
所述安全检测及控制装置还可以包括安全继电器。
【技术效果】
本实用新型的变频器老化检测设备的安全检测及控制装置是一种主动式安全自检及控制装置。具体地说，通过安全继电器配合测试系统和可编程逻辑控制器(plc)开关量监控装置来实现主动式安全自检及控制。另外，通过加入该装置和加载及能量回收装置，实现了对变频器的负载进行安全的实时调节和平滑地加载，同时通过能量回收机制降低了能耗。根据本实用新型的变频器老化检测设备利用一台电机对扭装置即可实现原先多套装置的老化测试功能，同时满足不同电源的变频器的测试需求，并且平滑地加载，降低了测试噪声。
根据本实用新型的变频器老化检测设备还增加了plc开关量监控及安全功能，使得根据本实用新型的变频器老化检测设备能够自动地检测危险隐患，完善了安全保护功能。
另外，老化功能测试一般需要较长时间。根据本实用新型的变频器老化检测设备能够实现对电能到机械能再到电能的能量传递及回收。整个变频器老化检测设备仅在变频器的控制回路中消耗电能，以及在能量转换过程中消耗一些能量，其余大部分能量又以电能的形式回馈到电源装置中，因此降低了能耗。
根据本实用新型的变频器老化检测设备通过增加安全装置，能够消除自动检测过程中的安全风险；通过增加加载及能量回收装置，能够实现对宽范围电源及功率的变频器进行平滑地加载，降低了检测噪声，同时能够回收能量，从而降低了能耗。
附图说明
图1是根据本实用新型的实施例的变频器老化检测设备的构造的示意图。
具体实施方式
为了便于理解本实用新型，在下文中基于示例性实施例并结合附图来更详细地描述本实用新型。
图1是根据本实用新型的实施例的变频器老化检测设备100的构造的示意图。根据本实用新型的实施例的变频器老化检测设备100主要包括多电源装置1、三相异步电机对扭装置4、加载及能量回收装置2和安全检测及控制装置3。此外，还包括被测变频器(dut)5。
多电源装置1包括隔离变压器、控制开关等。多电源装置1能够根据被测变频器(dut)5所需的电压等级功率范围等提供多种电源选择，并实现安全保护。例如，多电源装置1可以直接是三相交流电网。
加载及能量回收装置2包括直流变频器的四象限控制单元21和预充电滤波装置22，用于平滑地加载三相异步电机对扭装置4，消除谐波，改善电源质量，减少检测过程中对电网的冲击，进行能量回收，降低能耗；同时与安全检测及控制装置3配合，实现对变频器的负载进行安全的实时调节。
安全检测及控制装置3包括plc开关量监控装置31和测试系统32，它是变频器老化检测设备100的控制核心装置。
直流变频器的四象限控制单元21包括两台直流变频器。一台直流变频器211工作在电流模式，用于提供稳定可靠的负载。另一台直流变频器212工作在电压模式，用于提供直流电源以及进行能量回收。两台直流变频器211、212可以是相同型号的变频器，例如可以是vacon公司制造的nxi系列产品。直流变频器211(电流模式)控制连接到三相异步电机；直流变频器212(电压模式)与直流变频器211(电流模式)连接并且向提供工作电源。
对扭装置4是三相异步电机对扭装置。三相异步电机对扭装置4包括三相异步变频电机41、42及高性能的联轴器43。联轴器43将三相异步电机41和三相异步电机42联接起来。三相异步电机41连接到被测变频器5，以便被接收由被测变频器(dut)5输出的电能。三相异步电机42连接到直流变频器211并且构造成以电动模式和/或发电模式工作，从而适于接收由直流变频器211输出的电能和/或将自身发出的电能反馈到直流变频器211。
另外，多电源装置1通过线路a向预充电滤波装置22供电。多电源装置1可以是三相交流电网。直流变频器212(电压模式)能够将来自直流变频器211(电流模式)的直流电逆变成三相交流电，经预充电滤波装置22和线路a回馈到三相交流电网。
预充电滤波装置22主要包括预充电电阻器和lcl型滤波器。lcl型滤波器与预充电电阻器连接后再连接直流变频器212(电压模式)。lcl滤波器可以将来自多电源装置1的交流电进行滤波，消除其中的谐波，这样，提升电源质量之后，首先经过预充电电阻器给直流变频器212(电压模式)进行充电，然后，当直流母线充电完成时，将设置在预充电滤波装置22与直流变频器212(电压模式)之间的主接触器(未在图1中示出)闭合，从而通过该滤波器提供可靠的三相电源，同时该预充电滤波装置22还对直流变频器212(电压模式)逆变成的三相交流电进行滤波，以改善交流电的质量，以便可以平顺地将能量回馈到多电源装置(三相交流电网)1中。
plc开关量监控装置31和测试系统32用于对整个变频器老化检测设备100的开关量进行实时控制及监控，同时在plc开关量监控装置31中增加安全继电器，用以对整个设备进行安全可靠的操作控制。测试系统32通过例如符合fc协议的端口与被测产品(即，被测变频器dut)5实时通信，通过例如符合modbustcp协议的端口与直流变频器211(电流模式)实时地通信，并且通过例如profinetio工业以太网b与plc开关量监控装置31实时地通信，以完成对整个变频器老化检测设备100的控制。
下面结合以上记载，描述根据本实用新型实施例的变频器老化检测设备100的老化检测过程。
首先，变频器老化检测设备100所在的平台上电，安全继电器及plc完成系统安全自检。直流变频器211(电流模式)由预充电滤波装置22中的lcl型滤波器提供电源并通过预充电电阻器进行自身充电，当直流母线充电完成时闭合主接触器，整个系统启动完成。
将被测变频器dut置于变频器老化检测设备100的测试平台(通常需要连接好测试夹具)，测试系统32通过fc协议通信确认当前被测变频器dut的型号，自动选择匹配连接多电源装置1供给的被测变频器dut的电源种类。
通过如图1所示的profinetio工业以太网b接收测试系统32的指令，plc控制其开关量的输出，同时plc开关量监控装置31对对应的输入开关量进行安全监控，实现对开关量的闭环控制；使用plc的高速指令口(未在图1中示出)接收来自设置在三相异步电机对扭装置4中的各台三相异步电机上的编码器的ab正交信号，测试软件通过以太网通信实时地对电机转速进行监测，确保被测变频器dut及电机正常运行。
在测试过程中，测试系统32经由符合modbustcp协议的端口对直流变频器的四象限控制单元21的参数进行控制和修改。具体过程如下：
a)被测变频器dut控制三相异步电机对扭装置4中的一台异步电机(例如三相异步电机41)运行；
b)通过设置直流变频器211(电流模式)的电流参数提供稳定可靠的负载，同时直流变频器211(电流模式)控制三相异步电机对扭装置中的另一台异步电机(例如三相异步电机42)运行，将三相异步电机42在发电状态下发出的三相交流电源转换成直流电源；
c)直流变频器212(电压模式)既提供能够直流电源，又能够将直流电源逆变成三相交流电，然后通过lcl型滤波器消除谐波之后反馈到三相电网中。
在完成上述被测变频器dut老化测试中的带载检测之后，将直流变频器211(电流模式)设置为转速控制模式，由此可以完成老化测试中的被测变频器dut过压功能检测。
另外，根据实际的测试需求，可以对本实用新型的变频器老化检测设备100的电路设计、检测流程进行适当的修改。
虽然在上文中参考具体的实施例对本实用新型的技术目的、技术方案和技术效果进行了详细的说明，但应该理解的是，上述实施例仅是示例性的，而不是限制性的。在本实用新型的精神和原则之内，本领域的技术人员做出的任何修改、等同替换、改进等均被包含在本实用新型的保护范围之内。
1.一种变频器老化检测设备(100)，包括：
电源装置(1)，所述电源装置构造成向所述变频器老化检测设备和被测变频器(5)供电；和
对扭装置(4)，所述对扭装置连接到所述被测变频器，以便接收由所述被测变频器输出的电能，
其特征在于，所述变频器老化检测设备还包括：
加载及能量回收装置(2)，所述加载及能量回收装置连接到所述电源装置和所述对扭装置，并且构造成能够向所述对扭装置平滑地输出电能；以及
安全检测及控制装置(3)，所述安全检测及控制装置构造成与所述被测变频器和所述加载及能量回收装置实时地通信，以便对所述变频器老化检测设备实时地进行安全检测及控制。
2.根据权利要求1所述的变频器老化检测设备(100)，其中，所述加载及能量回收装置(2)构造成能够回收来自所述对扭装置(4)的电能，并且将所回收的电能馈送到所述电源装置(1)。
3.根据权利要求2所述的变频器老化检测设备(100)，其中，所述加载及能量回收装置(2)包括四象限控制单元(21)和预充电滤波装置(22)，所述预充电滤波装置连接到所述四象限控制单元和所述电源装置(1)以向所述四象限控制单元供电和/或回收来自所述四象限控制单元的电能，
所述四象限控制单元包括：
第一直流变频器(211)，所述第一直流变频器连接到所述对扭装置(4)并且以电流模式工作，以便向所述对扭装置输出电能和/或回收来自所述对扭装置的电能；和
第二直流变频器(212)，所述第二直流变频器连接到所述第一直流变频器和所述预充电滤波装置并且以电压模式工作，以向所述第一直流变频器提供直流电源或者将所述第一直流变频器所回收的电能馈送到所述预充电滤波装置。
4.根据权利要求3所述的变频器老化检测设备(100)，其中，所述对扭装置(4)是三相异步电机对扭装置，所述三相异步电机对扭装置包括第一三相异步电机(41)、第二三相异步电机(42)和联轴器(43)，所述联轴器将所述第一三相异步电机和所述第二三相异步电机联接，
所述第一三相异步电机连接到所述被测变频器(5)，以便接收由所述被测变频器输出的电能，
所述第二三相异步电机连接到所述第一直流变频器(211)并且构造成以电动模式和/或发电模式工作，从而适于接收由所述第一直流变频器输出的电能和/或将自身发出的电能反馈到所述第一直流变频器。
5.根据权利要求3或4所述的变频器老化检测设备(100)，其中，所述安全检测及控制装置(3)包括plc开关量监控装置(31)和测试系统(32)，
所述测试系统、所述plc开关量监控装置、所述被测变频器(5)和所述四象限控制单元(21)均设置有通信端口，以便所述测试系统经由所述通信端口而分别与所述plc开关量监控装置、所述被测变频器(5)及所述四象限控制单元(21)进行通信。
6.根据权利要求5所述的变频器老化检测设备(100)，其中，所述测试系统(32)和所述plc开关量监控装置(31)均设置有profinetio工业以太网端口，所述测试系统和所述plc开关量监控装置经由所述profinetio工业以太网端口进行通信；
所述测试系统和所述被测变频器(5)均设置有符合fc协议的端口，所述测试系统和所述被测变频器经由所述符合fc协议的端口进行通信；
所述测试系统和所述四象限控制单元(21)均设置有符合modbus协议的端口，所述测试系统和所述四象限控制单元经由所述符合modbus协议的端口进行通信。
7.根据权利要求1至4中的任何一项权利要求所述的变频器老化检测设备(100)，其中，所述电源装置(1)是多电源装置，所述多电源装置包括变压器和控制开关，
所述多电源装置构造成提供单相电或三相电，并且/或者
所述多电源装置构造成提供多种电压等级。
8.根据权利要求3或4所述的变频器老化检测设备(100)，其中，所述电源装置(1)是三相交流电网，
所述第二直流变频器(212)构造成将所述第一直流变频器(211)所回收的电能逆变成三相交流电，经所述预充电滤波装置(22)回馈到所述三相交流电网。
9.根据权利要求3所述的变频器老化检测设备(100)，其中，所述预充电滤波装置(22)包括预充电电阻器和lcl型滤波器，
所述lcl型滤波器连接到所述预充电电阻器，所述预充电电阻器连接到所述第二直流变频器(212)。
10.根据权利要求5所述的变频器老化检测设备(100)，其中，所述安全检测及控制装置(3)还包括安全继电器。
技术总结