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系统测试及解决方案

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发表于 2018-7-30 23:35:30 | 显示全部楼层 |阅读模式
  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。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10Hz~150Hz (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,幅值测试精度太低;存储深度不够,难以观测电机的从5Hz~150Hz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-YOKOGAWA 7480),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、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(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。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。

  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。

  file:///C:\DOCUME~1\ADMINI~1\LOCALS~1\Temp\ksohtml\wps27A.tmp.png

  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实时计算出电流与旋转角度之间的相差,通过如下趋势图显示出来。

  file:///C:\DOCUME~1\ADMINI~1\LOCALS~1\Temp\ksohtml\wps27B.tmp.png

  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,使用DL850,都成功的解决了测试中遇到的各种问题。

  5总结:

  变频及电机的应用非常广泛,系统构成也日趋复杂,YOKOGAWA使用高速存储记录仪DL850实现了多种参数的参量,为研发及测试人员的工作提供了便利。

  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。

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