变频电机系统测试问题及解决方案

《变频电机系统测试问题及解决方案》由会员分享，可在线阅读，更多相关《变频电机系统测试问题及解决方案（9页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、系 统 测 试 问 题 及 解 决 方 案1 引 言随 着 节 能 被 越 来 越 重 视 ， 变 频 和 电 机 作 为 节 能 重 要 方 法 ， 变 频 和 电 机的 技 术 也 得 到 了 日 新 月 异 的 发 展 。 由 此 而 引 发 的 测 试 问 题 也 日 益 增 多 ，时 刻 挑 战 测 试 仪 器 的 测 试 能 力 极 限 。 如 变 频 电 机 的 启 动 频 率 越 来 越 低 ，有 些 行 业 启 动 频 率 甚 至 达 到 了 0.7赫 兹 ； 测 试 系 统 更 加 复 杂 ， 同 时 需要 测 试 六 相 、 九 相 甚 至 更 多 的 测 试 回 路 等

2、 。 本 文 以 变 频 空 调 为 例 ， 针对 测 试 中 遇 到 的 问 题 ， 使 用 YOKOGAWA超 高 速 存 储 记 录 仪 DL850给 出解 决 方 案 。2 系 统 的 构 成变 频 空 调 的 系 统 结 构 图 如 下 ， 从 变 频 空 调 的 系 统 框 图 可 以 看 出 ， 系 统中 有 三 个 独 立 功 能 的 变 频 部 分 和 三 个 独 立 的 电 机 。 变 频 器 分 别 调 控 压缩 机 、 室 内 机 、 室 外 机 。3 变 频 系 统 测 试 中 遇 到 的 问 题 :变 频 空 调 的 工 作 频 率 一 般 为 10Hz150Hz

3、(某 知 名 空 调 厂 家 宣 布 其 变频 空 调 采 用 新 一 代 G10 变 频 引 擎 、 最 低 运 行 频 率 低 至 1 赫 兹 )， 而 启动 频 率 一 般 从 5Hz启 动 ， 甚 至 1Hz。 测 试 时 需 要 观 测 各 种 电 气 参 数 和机 械 参 数 。 随 着 系 统 的 功 能 复 杂 度 的 提 高 ， 使 用 统 测 试 手 段 暴 露 出 的测 试 难 题 很 多 。 比 如 ， 示 波 器 的 通 道 不 隔 离 ， 不 能 直 接 测 量 变 频 器 输出 的 浮 地 高 压 信 号 ； 示 波 器 的 AD只 有 8 BIT， 幅 值 测

4、试 精 度 太 低 ；存 储 深 度 不 够 ， 难 以 观 测 电 机 的 从 5Hz150Hz的 连 续 工 作 过 程 ； 测 量通 道 只 有 4通 道 （ 世 界 唯 一 8 通 道 示 波 器 YOKOGAWA7480） ， 对 拥 有多 个 变 频 输 出 和 电 机 的 系 统 ， 无 法 同 时 评 价 ， 对 整 个 系 统 的 性 能 无 法准 确 测 量 ； 整 个 系 统 的 功 率 、 效 率 等 无 法 同 步 评 价 ； 系 统 长 时 间 的 可靠 性 测 试 ， 无 法 完 整 记 录 测 试 过 程 及 异 常 情 况 ； 机 械 信 号 、 电 相 角

5、、角 度 、 位 移 等 信 号 难 以 完 整 分 析 等 等 问 题 ， 已 经 经 常 困 扰 测 试 及 研 发工 程 师 。4解 决 方 案 :YOKOGAWA作 为 行 业 内 专 业 的 测 试 仪 器 供 应 商 ， 针 对 以 上 问 题 ， 给 出专 业 的 解 决 方 案 。 使 用 一 台 DL850（ DL850V） 可 以 轻 松 应 对 以 上 问 题 。DL850/DL850V支 持 最 大 100MS/s的 采 样 速 率 ， 支 持 最 多 128个 通 道 ，最 大 存 储 深 度 可 达 2GW， 多 达 15种 丰 富 的 插 入 式 模 块 可 以

6、满 足 高速 、 高 压 、 多 点 等 各 种 测 试 要 求 ， 同 时 DL850V 具 有 监 测 CAN 通 信 数据 的 变 化 趋 势 等 功 能 。 下 面 主 要 介 绍 在 变 频 空 调 测 试 中 具 体 应 用 。4.1调 制 高 速 信 号 测 试由 于 近 期 的 开 关 频 率 超 过 100Hz， 要 捕 捉 这 样 的 开 关 波 形 。 需 要 更 高的 采 样 率 和 更 长 的 内 存 ， 而 DL850具 有 100M 的 采 样 模 块 ， 从 下 图 可以 看 出 ， DL850清 楚 捕 获 了 IGBT管 的 控 制 信 号 ， 即 使 其

7、上 升 沿 的 振荡 过 程 也 能 很 精 确 的 捕 捉 。 即 使 同 时 观 测 六 通 道 ， 每 个 通 道 也 达 250MS的 存 储 空 间 ， 可 以 连 续 观 测 变 频 器 5 150赫 兹 的 启 动 工 作 过 程 ， 而使 用 一 般 的 示 波 器 根 本 无 法 完 成 。4.2 浮 地 高 压 信 号 精 确 测 量从 下 图 可 以 看 出 ， 变 频 器 的 输 出 是 高 压 、 浮 地 、 高 速 信 号 。 而 DL850通 道 间 是 绝 缘 的 、 测 试 浮 地 高 压 信 号 ， 无 需 差 分 探 头 ， 直 接 输 入 ； 而且 具

8、有 16BIT的 A/D， 幅 值 测 试 精 度 大 幅 提 高 ； 宽 带 宽 、 高 耐 压 、 高频 共 模 电 压 抑 制 比 (CMMR)高 的 特 点 ， 使 得 测 试 效 果 即 兼 顾 了 波 形 观 测又 使 得 幅 值 测 量 更 加 精 确 ， 同 时 避 免 了 使 用 差 分 探 头 等 问 题 。4.3空 调 启 动 特 性 测 试空 调 研 发 时 ， 为 了 更 好 的 观 测 变 频 空 调 的 启 动 过 程 ， 虽 然 其 他 仪 器 可以 使 用 滚 屏 模 式 ， 但 是 波 形 无 法 展 开 ， 放 大 ， 最 主 要 是 内 存 太 小 （

9、相对 测 试 需 求 ） ， 通 过 滚 屏 模 式 看 似 增 加 了 观 测 时 间 ， 采 样 率 一 定 下 降 ，波 形 失 真 就 不 可 避 免 ； 而 使 用 内 存 具 有 2GB 的 DL850， 可 以 轻 松 捕 获从 5赫 兹 到 150 赫 兹 的 完 整 启 动 波 形 ， 通 过 两 个 放 大 窗 口 ， 能 够 清 晰 、准 确 、 不 失 真 的 分 析 每 个 周 期 的 电 压 、 电 流 、 功 率 信 号 。4.4异 常 及 可 靠 性 测 试空 调 系 统 由 于 各 种 原 因 ， 会 出 现 不 能 正 常 启 动 、 电 流 过 大 等 可

10、 靠 性 问题 。 由 于 故 障 的 不 可 预 知 及 难 以 复 现 等 特 点 。 常 规 测 试 时 ， 使 用 仪 器的 触 发 功 能 ， 来 捕 获 异 常 信 号 。 但 是 只 捕 获 了 满 足 触 发 的 信 号 ， 不 符合 触 发 的 信 号 被 抛 弃 ， 使 整 个 测 试 过 程 不 够 完 整 ， 难 以 全 面 分 析 问 题原 因 。 DL850独 有 的 双 捕 获 功 能 ， 可 以 完 整 记 录 整 个 测 试 过 程 ， 在 系统 正 常 工 作 的 情 况 下 ， 通 过 低 速 测 试 、 记 录 波 形 ， 一 旦 异 常 出 现 ， 自

11、动 提 高 采 样 率 ， 使 得 测 试 过 程 中 正 常 和 异 常 信 号 被 完 整 记 录 ， 方 便 全面 分 析 故 障 原 因 。4.5输 出 信 号 基 波 分 离 及 FFT在 变 频 测 试 中 ， 变 频 器 输 出 的 基 波 信 号 特 性 非 常 重 要 ， 为 了 分 离 出 基波 信 号 ， 一 般 方 法 都 是 在 仪 器 输 入 信 号 通 道 增 加 低 通 滤 波 器 ， 但 是 这样 就 不 能 同 时 观 测 被 测 信 号 和 基 波 信 号 了 。 DL850有 独 立 与 测 量 通 道的 16个 DSP 运 算 通 道 ， 通 过 设

12、置 二 阶 低 通 滤 波 器 ， 轻 松 实 现 基 波 信号 与 被 测 信 号 分 离 ， 并 实 现 了 基 波 信 号 与 被 测 信 号 同 时 观 测 ， 测 量 参数 自 动 测 量 、 运 算 等 功 能 ， 具 体 如 下 图 所 示 。 当 然 ， 系 统 配 置 的 有FFT功 能 ， 对 于 频 谱 等 相 关 分 析 也 很 方 便 。4.6系 统 整 体 功 率 、 效 率 评 价空 调 系 统 测 试 时 ， 单 独 测 试 单 个 变 频 器 与 电 机 的 效 率 等 参 数 使 用WT3000/WT1800， 精 度 非 常 高 ， 而 且 功 能 强 大

13、 。 但 是 遇 到 整 个 系 统 联合 调 试 时 ， 变 频 器 、 压 缩 机 、 室 内 机 、 室 外 机 等 同 时 运 行 ， 就 可 以 用两 台 WT3000/WT1800 同 步 测 量 ， 实 现 目 前 业 内 最 高 精 度 的 测 量 。 如 果对 测 试 精 度 要 求 不 是 特 别 高 时 ， 就 可 以 使 用 一 台 DL850， 完 成 多 达 16路 信 号 的 系 统 测 试 。 系 统 的 电 压 、 电 流 、 功 率 、 效 率 等 参 数 测 量 值 、波 形 及 变 化 趋 势 等 都 可 实 时 显 示 。 下 图 是 实 现 原 理

14、。另 外 ， 变 频 空 调 有 时 只 要 对 特 定 温 度 条 件 、 或 特 定 运 行 频 率 环 境 才 做以 上 测 试 ， 可 以 通 过 温 度 、 频 率 等 输 入 信 号 作 为 触 发 ， 开 启 或 关 闭 特定 的 测 试 。4.7电 机 参 数 测 试变 频 空 调 的 压 缩 机 研 发 ， 需 要 测 试 测 试 来 自 扭 矩 传 感 器 及 编 码 器 的 信号 ， 通 过 DL850可 以 测 量 出 机 械 功 ， 扭 矩 、 转 速 、 电 相 角 ， 针 对 于 精密 机 床 等 用 的 步 进 电 机 ， 还 需 要 测 量 角 度 、 位 移

15、 等 信 号 。下 图 示 例 为 通 过 测 量 编 码 器 的 A相 、 B 相 、 Z 相 及 变 频 器 的 三 相 电 流信 号 ， 使 用 光 标 功 能 ， 实 现 电 机 相 位 角 测 量 。如 果 测 试 电 流 信 号 中 含 有 谐 波 ， 电 流 信 号 必 然 产 生 畸 变 ， 电 角 度 的 测量 就 可 以 通 过 FFT变 换 获 取 电 流 的 基 波 成 分 ， 然 后 通 过 DSP实 时 计 算示 波 器 运 算 模 块+ - ACQ 内 存触 发 电 路1 6 Ch插 入模 块 DSP 1 6 Ch1 6 Ch1 6 Ch出 电 流 与 旋 转 角

16、 度 之 间 的 相 差 ， 通 过 如 下 趋 势 图 显 示 出 来 。4.8其 他 行 业 应 用 :变 频 与 电 机 的 结 合 ， 成 为 当 今 节 能 的 重 要 方 法 。 典 型 的 如 电 动 汽 车 因为 有 四 驱 动 力 （ 两 台 变 频 其 和 两 台 驱 动 电 机 ） 和 空 调 系 统 ， 同 步 测 试信 号 多 达 16路 ， 同 时 需 要 测 量 CAN总 线 信 号 ； 地 铁 、 高 铁 因 为 有 变频 系 统 及 逆 变 系 统 ， 也 需 要 同 步 测 试 14路 电 气 模 拟 信 号 及 多 路 高 压逻 辑 信 号 （ DL850有 逻 辑 模 块 ） ； 六 相 、 九 相 变 频 电 机 也 有 多 路 信 号需 要 测 试 。 以 上 测 试 中 不 只 测 试 电 压 、 电 流 等 信 号 的 波 形 、 参 数 ； 而且 还 要 通 过 电 压 、 电 流 参 数 ， 给 出 系 统 的 功 率 、 能 耗 、 效 率 等 测 量 值