一种新型电机变频器开源实时测试平台

摘要

一种新型电机变频器开源实时测试平台，包括实时实时仿真控制器，实时仿真控制器通过以太网与PC机相连接，实时仿真控制器通过以太网、RS485或CAN与被测变频器相连接，被测变频器的交流RST入口与380V三相电相接，被测变频器的直流端口与开源DCAC双向变流器的直流端口相连接，开源DCAC双向变流器通过滤波器与被测变频器的UVW输出端口相连接，被测变频器的PG卡与实时仿真控制器相连接；开源DCAC双向变流器与实时仿真控制器信号连接。本发明克服了现有技术的不足，用于测试电机变频器在不同类型、不同功率的电机在面临不同工况下的转矩转速输出控制性能。

说明书

技术领域

本发明涉及变频器测试技术领域，具体涉及一种新型电机变频器开源实时测试平台。

背景技术

随着工业化、电气化和自动化的不断推进，电机在交通、开采、建筑、纺织等行业起到了关键的作用。而在不同的应用场景下对电机有着不同类型、不同功率、不同工况适应的需求，而最为常用的电机类型是异步电机和永磁同步电机，因而变频器厂家也常以这两种类型为主来进行设备开发与推广。随着设备的应用场合的日益细分，工业产品也有了更高的质量要求，因而变频器在出厂时有了更为严苛的测试需求，不仅要对产品所覆盖的电机类型在功率段内的所有功率进行测试，而且要对带载的工况进行模拟，从而能更好地展现出设备质量，为特定用户提供更优质的服务。

一种最为常见的测试设备是以电机对拖平台为主要形式，该种形式可以测试变频器在真实电流下的工作状态，但具有以下缺陷：（1）该设备具有一定程度的机械安全隐患；（2）由于系统复杂，维修较为困难；（3）难以进行故障模拟；（4）搭建完成的台架其待测电机类型、功率和参数是不可改变的；（5）只能使用电机、惯量盘或磁滞制动器来模拟一些普通类型的负载，很难模拟多自由度的负载类型。与此同时，在开发控制器时，采用信号级的测试方法不仅可以模拟驱动器、电机和任意负载，而且电机的类型、功率和参数也完全可配，同时也没有安全隐患，维修方便；但这种方式由于是信号级的，故不能测试真实电流下的工作状态，这对于变频器的驱动部分是不能测试的。而采用一种功率级的测试方式，通过去除机械部件，不仅避免了机械安全隐患，降低了维修难度，而且通过信息级对电流控制的方式使得在可测试真实电流的状态下对任意负载特征、系统故障和待测电机类型、功率、参数进行模拟。

随着新型电机及特种工况的应用，被测电机类型和应用的工况要求日益丰富，而在现有的功率级的变频器测试设备中，大都采用了基于DSP/FPGA底层开发及上位机通讯操控的方式，该种方式在开发过程中，往往需要向厂家提出定制需求才能完成。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种新型电机变频器开源实时测试平台，克服了现有技术的不足，设计合理，用于测试电机变频器在不同类型、不同功率的电机在面临不同工况下的转矩转速输出控制性能。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种新型电机变频器开源实时测试平台，包括实时实时仿真控制器，所述实时仿真控制器通过以太网与PC机相连接，所述实时仿真控制器通过以太网、RS485或CAN与被测变频器相连接，所述被测变频器的交流RST入口与380V三相电相接，所述被测变频器的直流端口与开源DCAC双向变流器的直流端口相连接，所述开源DCAC双向变流器通过滤波器与被测变频器的UVW输出端口相连接，所述被测变频器的PG卡与实时仿真控制器相连接；所述开源DCAC双向变流器与实时仿真控制器信号连接。

优选地，所述开源DCAC双向变流器的模拟量电压信号接入到实时仿真控制器中，所述开源DCAC双向变流器的DIO信号通过信号转接板与实时仿真控制器相连接。

优选地，所述DIO信号包括PWM、故障信号和使能信号。

本发明提供了一种新型电机变频器开源实时测试平台。具备以下有益效果：采用开源DCAC双向变流器加滤波器的电气结构，提供了与被测变频器相连接的交流及直流的动力接口，相较于传统使用机械式的平台而言，不仅使得不同种工况实现成为了可能，而且提升了实验电气环境的安全性；并且在信号层面采用实时仿真控制器和信号转接板，首先，为被测变频器提供了ABZ增量式编码器、旋转编码器等常见编码器类型信号，可对编码器板卡进行测试，其次，可与所提电气结构提供PWM信号及电流采集通道，为用户自行进行拓展开发提供了接口，另外，与被测变频器进行CAN、RS及以太网通讯，不仅可以远程操作，规避人员现场风险，而且可以测试通讯板卡。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1 本发明的结构示意图；

图中标号说明：

1、实时仿真控制器；2、PC机；3、被测变频器；4、开源DCAC双向变流器；5、滤波器；6、信号转接板；7、测控软件。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。

如图1所示，一种新型电机变频器开源实时测试平台，包括实时实时仿真控制器1，所述实时仿真控制器1通过以太网与PC机2相连接，所述实时仿真控制器1通过以太网、RS485或CAN与被测变频器3相连接，所述被测变频器3的交流RST入口与380V三相电相接，所述被测变频器3的直流端口与开源DCAC双向变流器4的直流端口相连接，所述开源DCAC双向变流器4通过滤波器5与被测变频器3的UVW输出端口相连接，所述被测变频器3的PG卡与实时仿真控制器1相连接；

在本实施例中，所述开源DCAC双向变流器4的输入及输出电压电流等模拟量电压信号接入到实时仿真控制器1中，所述开源DCAC双向变流器4的PWM、故障信号和使能信号等DIO信号通过信号转接板6与实时仿真控制器1相连接。

用户在PC机2上进行图形化编程编译后获取sdf编译文件，通过以太网下载到实时仿真控制器1中，PC机2内的测控软件7可与实时仿真控制器1建立连接，加载用户下载到实时仿真控制器1中的sdf编译文件，从而可以实时地进行变频器测试；由于所提电气结构是三相输出的，因而针对于三相输出类型的被测电机变频器3均适用，也即适用于永磁同步电机、异步电机及直线电机等电机所配置的驱动器，同时通过模型编辑可以适用于上述电机的不同运行场景。

在运行时，

用户在PC机2的测控软件7上通过指令进行实验工况设定，可以实时地选择电机类型、功率及内部参数以及外部负载的实时运行工况，这些信息将被通过以太网加载到实时仿真控制器1中；用户在进行变频器控制时，可以选择V/F、FOC、DTC等变频器所开发的控制模式，并设定期望转矩和期望转速及其他控制参数的设定，这些设定将通过CAN通讯、以太网或RS485的方式由实时仿真控制器1传至被测变频器3的通讯卡进行模式设置，而通过这种方式也可以使被测变频器将转矩转速等信息上传至上位机；

在控制过程中，实时仿真控制器1根据设定的电机信息、负载信息以及交流电流进行输出电压及转速的实时调节，从而使得被测变频器可以根据接收的编码信息在不同的交流侧电势下输出频率变化、幅值变化的电流，从而完成了不同类型电机、不同功率电机及不同负载工况下的电机变频器的转速、转矩控制等功能的性能测试；

在测试使用时，被测电机的输出电流、电机反电势、转矩、转速、位置等信息均可实时的显示，被驱动电机的参数、功率及负载工况也可在界面上进行调整，从而满足实时、直观的测试需求。

本申请通过采用开源DCAC双向变流器4加滤波器5的电气结构，提供了与被测变频器3相连接的交流及直流的动力接口，相较于传统使用机械式的平台而言，不仅使得不同种工况实现成为了可能，而且提升了实验电气环境的安全性；并且在信号层面采用实时仿真控制器1和信号转接板6，首先，为被测变频器3提供了ABZ增量式编码器、旋转编码器等常见编码器类型信号，可对编码器板卡进行测试，其次，可与所提电气结构提供PWM信号及电流采集通道，为用户自行进行拓展开发提供了接口，另外，与被测变频器进行CAN、RS485及以太网通讯，不仅可以远程操作，规避人员现场风险，而且可以测试通讯板卡。

在本实施例中，实时仿真控制器1采用一台德斯拜斯的MicroLabBox，包括GNU编译器，CDP控制开发软件包，RTICAN接口模块，RTIEthernet以太网接口模板，1302T硬件。用于采集所提电气结构中各路电压及电流传感器经由处理输出的电压信号；并采集经由信号转接板6所转接的驱动故障信号、过压信号、过流信号、过温信号，输出PWM信号及其使能信号、故障复位信号等；与被测变频器进行实时通讯；输出旋转变压器、增量式编码器、绝对编码器等变频器PG卡所需的信号；并用于与PC机2经以太网连接，使得测试软件可以实时显示各变量。

其采用的实时仿真控制方式具备DSP/FPGA的实时采集、计算和控制能力，其相对于传统需要繁琐代码编程方式，基于图形化进行编程，使用户在完成Matlab/Simulink理论仿真验证后，可在本发明的测控软件上将之快速转化，并进行实物实验及测试,有效地提升了理论验证到实物实验转化的效率。

在本实施例中，信号转接板6采用Unitech的SD800-1202，具备数字信号隔离保护功能，可兼容指定实时仿真控制器，模拟量采集信号不少于32路，输出模拟量电压信号不少于16路；PWM信号不小于24路，采用5V/20mA，死区时间约2us；数字信号/开关量输入不小于10路，5V/20mA，数字信号/开关量输入不小于10路，5V/20mA，差分信号输入不小于6对5V/20mA。以适配开源DCAC双向变流器4、滤波器5与实时仿真控制器1的信号接口形式；用于保护实时仿真控制器1的DIO数字信号通道不因与外部连接而产生损坏，避免长期的售后维修时间；并采用隔离优化等数字信号处理方式提升编码器、PWM等高精度数字信号的稳定性与抗扰性；采用定制化硬件死区设置的方式来为测控系统节省通道、减小软件死区的设定范围。

在本实施例中，开源DCAC双向变流器4采用Unitech的SD800系列，两电平三相半桥四桥臂，支持多种电机的控制和微电网控制；其中电压采样模块共7路，分为母线电压1路，入网电压采样3路，负载电压采样3路；精度1%，响应时间小于40us，频率100Hz电流采样模块(共13路)：母线电流1路，驱动器UVWN输出电流4路，入网电流采样4路，负载电流采样4路；精度1%，响应时间小于1us，频率100KHz数字量DI输入功能模块：3路高速/普通双向隔离输入，最大频率50KHZ；数字量DO输出功能模块：3路高速/普通隔离输出，最大频率50KHZ，电流3A/AC250V，1A/DC30V；保护功能：制动功能、母线过压、UVW输出电流过流、过温保护等；

在本实施例中，测控软件在功能上主要包括数据的显示、下发与存储功能。在形式上：（1）数据显示包括实时数值及实时曲线等，数值可设为表格及列表等形式，曲线可设置显示步长、不同变量对比方式、颜色线型等；（2）指令下发包括实时数值调节、曲线变量调节、触发判断式修改、曲线拖拽等形式；（3）数据存储包括测量缓存存储、Plotter显示数据存储、长时间记录器存储等形式。在操作上，可以实时更新simulink的sdf文件，连接simulink中控制器的所有中间变量，可以快速更换不同算法的sdf文件。为用户提供了二次开发的接口环境，在PC机上将二次开发接口通过曲线、数据的方式实时显示出来，同时可以实时修整控制参数和系统参数，提供了一种直观实验模式，更有利于研究人员快速发现研发过程中的问题，可有效改善传统方式实验过程不直观的现状。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。