專利名稱：高壓變頻器的測試系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測試技術(shù)，特別是涉及一種高壓變頻器的測試系統(tǒng)。
技術(shù)背景當(dāng)前開發(fā)高壓變頻器的過程中，主要的測試方法是通過定做低壓小樣 機(jī)，然后進(jìn)行相關(guān)測試，觀測樣機(jī)的輸出電壓及電流等相關(guān)量，以達(dá)到測試 目的。但是，直接采用小樣機(jī)的測試方法雖然使用380V低壓輸入，但仍很難 確保系統(tǒng)的安全及周邊人員的安全，特別是在PWM(Pulse Width Modulation, 脈寬調(diào)制)控制算法等存在嚴(yán)重缺陷，以及功率單元保護(hù)不夠的情況下，容 易出現(xiàn)因短路、過壓、過熱等故障引起的爆炸；同時(shí)因?yàn)檠邪l(fā)、測試人員因 為要避免這類嚴(yán)重后果，不得不增加安全檢測、操作甚至審批等諸多環(huán)節(jié)， 影響測試效率；此外，即使不出現(xiàn)嚴(yán)重后果，因?yàn)榉磸?fù)啟動(dòng)系統(tǒng)及長時(shí)間工 作，都會消耗大量能源。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種高壓變 頻器的測試系統(tǒng)，其能夠在弱電環(huán)境下，直接檢測高壓變頻器控制算法及效 果，以進(jìn)一步確保安全，提高測試效率，減低能耗。本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案來解決上述技術(shù)問題的* 一種高壓變頻器的 測試系統(tǒng)，其特征在于，其包括PWM波檢測模塊，該模塊實(shí)時(shí)采集高壓變頻器的各路PWM波，并確 定每相疊加的電壓；數(shù)據(jù)處理模塊，其根據(jù)疊加后的電壓，實(shí)時(shí)計(jì)算出電壓的頻率、有效值、平均值；人機(jī)界面模塊，其將疊加的電壓波形以及電壓頻率、有效值和平均值實(shí) 時(shí)顯示出來；外圍接口模塊，PWM波檢測模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、人機(jī)界面通過外圍 接口模塊與外圍設(shè)備相連。優(yōu)選地，所述PWM波檢測模塊采用現(xiàn)場可編程門陣列芯片、復(fù)雜可編 程器件芯片、微控制器芯片和數(shù)字信號處理器芯片中的一種。優(yōu)選地，所述數(shù)據(jù)處理模塊采用現(xiàn)場可編程門陣列芯片、復(fù)雜可編程器 件芯片、微控制器芯片和數(shù)字信號處理器芯片中的一種。優(yōu)選地，所述現(xiàn)場可編程門陣列芯片、復(fù)雜可編程器件芯片、微控制器 芯片和數(shù)字信號處理器芯片中的一種能同時(shí)實(shí)現(xiàn)PWM波檢測模塊和數(shù)據(jù)處 理模塊的功能。優(yōu)選地，所述人機(jī)界面模塊采用工控機(jī)、帶顯示屏的嵌入系統(tǒng)設(shè)備中的 一種。優(yōu)選地，所述電壓波形以及電壓頻率、有效值和平均值通過電腦或帶顯 示屏的嵌入系統(tǒng)顯示出來。優(yōu)選地，所述外圍接口模塊包括通信接口和DA輸出接口， PWM波檢 測模塊或數(shù)據(jù)處理模塊通過通信接口與人機(jī)界面模塊連接，DA輸出接口將 PWM波檢測模塊的疊加電壓以電壓方式輸出，通過示波器直接觀測疊加電 壓。優(yōu)選地，所述DA輸出接口采用DA轉(zhuǎn)換芯片，DA轉(zhuǎn)換芯片通過串行接口或并行接口與數(shù)據(jù)處理模塊相連。優(yōu)選地，所述通信接口包括RS232接口、 RS485接口、 SPI接口、 I2C 接口和CAN接口。優(yōu)選地，所述PWM波檢測模塊與數(shù)據(jù)處理模塊通過IO并口或串行通 信接口連接。本發(fā)明的積極進(jìn)步效果在于-(l)本發(fā)明更加安全設(shè)備工作電壓為5V，因此對操作人員及被測設(shè) 備都更加安全；(2) 本發(fā)明能耗降低設(shè)備工作電壓為5V，因此耗能遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于每個(gè)功 率單元需要380V交流供電的小樣機(jī)；(3) 本發(fā)明操作更加方便設(shè)備5V供電后，就可直接運(yùn)行，不要像小 樣機(jī)先后檢測功率單元，連接示波器、380V上電等一系列動(dòng)作；(4) 本發(fā)明測試效率提高除操作上帶來一列系簡便外，也不需要為測試進(jìn)行過多準(zhǔn)備，此外，系統(tǒng)還可以快速反復(fù)啟動(dòng)測試，大幅度提高測試效率；(5) 本發(fā)明測試更直觀友好的人機(jī)界面可以更加直觀地觀測各類測試數(shù)據(jù)及波形。


圖1為本發(fā)明高壓變頻器的測試系統(tǒng)的原理框圖。圖2為本發(fā)明第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)框圖。 圖3為本發(fā)明第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)框圖。 圖4為本發(fā)明第三實(shí)施例的結(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖給出本發(fā)明較佳實(shí)施例，以詳細(xì)說明本發(fā)明的技術(shù)方案。 本發(fā)明高壓變頻器的測試系統(tǒng)應(yīng)用對象為高壓變頻器，該高壓變頻器為 功率單元串聯(lián)式高壓變頻器，該類高壓變頻器通過控制各功率單元上的上下 橋IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor,絕緣三雙極型功率管)的關(guān)斷導(dǎo)通實(shí)現(xiàn)電壓輸出，在各級聯(lián)電壓疊加的綜合作用下，產(chǎn)生一定電壓與頻率的 交流輸出。測試系統(tǒng)將高壓變頻器每相上控制上下橋的IGBT信號作為輸出，從而可以實(shí)時(shí)推算出每相的電壓疊加波形，并可計(jì)算出電壓平均值、有效值 及頻率；測試系統(tǒng)可通過DA實(shí)時(shí)輸出每相的電壓波形，同時(shí)可實(shí)時(shí)將瞬時(shí) 電壓、電壓平均值、有效值以及頻率通過各種通信傳遞給PC或人機(jī)界面模 塊。如圖1所示，本測試系統(tǒng)主要由四大模塊組成PWM波檢測模塊、數(shù) 據(jù)處理模塊、人機(jī)界面模塊及外圍接口模塊。PWM檢測模塊實(shí)時(shí)采集高壓變頻器的各路PWM波，從而確定每相疊加的電壓，其可通過FPGA (Field Programmable Gate Array,現(xiàn)場可編程門陣列)芯片或CPLD (Complex Programmable Logic Device,復(fù)雜可編程器件)芯片或MCU(Micro Controller Unit,微控制器)芯片或DSP (Digital Signal Processor,數(shù)字信號處理器)芯 片等實(shí)現(xiàn)；數(shù)據(jù)處理模塊根據(jù)疊加后的電壓，實(shí)時(shí)計(jì)算出電壓的頻率、有效 值、平均值等，其可通過MCU芯片或DSP芯片或FPGA芯片或CPLD芯片 等實(shí)現(xiàn)；人機(jī)界面模塊將疊加的電壓波形以及計(jì)算出的電壓頻率、有效值、 平均值等實(shí)時(shí)顯示出來，其可通過PC (電腦)或帶顯示屏的嵌入系統(tǒng)等實(shí) 現(xiàn)；外圍接口模塊提供一些通用接口， PWM波檢測模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、 人機(jī)界面通過外圍接口模塊與外圍設(shè)備相連，外圍接口模塊包括通信接口、 DA (數(shù)字/模擬)輸出接口等，通信接口包括RS232接口 (一種串行數(shù)據(jù)通 信的接口標(biāo)準(zhǔn))、RS485接口 ( 一種串行數(shù)據(jù)通信的接口標(biāo)準(zhǔn))、SPI接口 ( Serial Peripheral Interface,串行外圍設(shè)備接口 )、I2C接口 (Inter—Integrated Circuit ， 集成電路間互連總線)和CAN (Controller Area Network,控制器局域網(wǎng)) 接口等，DA輸出接口將PWM檢測結(jié)果等電壓數(shù)值以電壓方式輸出，測試 人員通過示波器就能直接觀測疊加電壓。先介紹一般高壓變頻器從生成PWM信號到連入IGBT柵極，所經(jīng)歷的 5個(gè)階段，如表l所示表1高壓變頻器PWM波經(jīng)歷的5個(gè)階段A相PWM (1)進(jìn)行相移，為每1 級聯(lián)分出左右2 路PWM (2)通過編碼，合并成 l路 (3)解碼出左右2路 PWM (4)取反分成4路 PWM，分別控制 4個(gè)IGBT (5)PWM LPWM LPWM L WM LPWMAPWMA'PWM RMiPWM RPWM R'PWM R以A相為例，簡略介紹PWM波的5個(gè)階段1) 高壓變頻器的DSP生成A相的PWM波；2) 將PWM波通過移相，為每1級聯(lián)生成左右兩路PWM波(PWM—L 波、PWM一R波)；3) 將PWM_L波和PWM—R波編碼，合并成1路PWM波，以便光纖 傳遞給功率單元；4) 功率單元將經(jīng)編碼1路光纖信號還原成PWM—L波和PWM一R波；5) 根據(jù)PWM一L、 PWM—R生成4路PWM波(PWM一L波、 PWM—L 波、PWM一R波、 PWM—R波，其中" "表示取反，如 PWMJ^表示PWM一L 的取反)，分別連入IGBT的柵極。根據(jù)測試需求，可選擇將表l中(2) (5)的任一階段的PWM信號連入本 發(fā)明的PWM檢測模塊，作為該模塊的輸入；PWM檢測模塊與數(shù)據(jù)處理模 塊之間主要是將PWM檢測檢測結(jié)果數(shù)據(jù)傳遞的關(guān)系，因此，如果兩個(gè)模塊 是分立的兩個(gè)芯片，則可以通過IO并口或串行通信接口連接并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳 遞，如果兩模塊集成在一個(gè)芯片中實(shí)現(xiàn)，就是簡單的RAM (Random Access Memory,隨機(jī)存儲器)讀取過程；人機(jī)界面模塊負(fù)責(zé)將PWM檢測結(jié)果以 及依據(jù)此計(jì)算出的相關(guān)數(shù)值以各種方式實(shí)時(shí)顯示出來， 一般與數(shù)據(jù)處理模塊 相連，特殊情況也可與PWM檢測模塊直接相連(如要求實(shí)時(shí)性極高的顯示 檢測結(jié)果)，可禾ll用Uart (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter,通用 異步收發(fā)傳輸器)通信接口或相關(guān)方式進(jìn)行連接；外圍接口模塊包括通信接 口和DA輸出接口，該模塊與數(shù)據(jù)處理模塊相連， 一般這兩個(gè)模塊是通過一 個(gè)芯片實(shí)現(xiàn)，此外，對于DA輸出接口，也可通過利用DA轉(zhuǎn)換芯片實(shí)現(xiàn)， 根據(jù)所選DA轉(zhuǎn)換芯片可以通過串行接口或并行接口與數(shù)據(jù)處理模塊相連。實(shí)施例1如圖2所示，本實(shí)施例通過選用一塊高性能的FPGA芯片(ProASIC3 系列的A3P030型)同時(shí)實(shí)現(xiàn)PWM檢測模塊和數(shù)據(jù)處理模塊的功能，選用 工控機(jī)或帶顯示屏的嵌入系統(tǒng)設(shè)備實(shí)現(xiàn)人機(jī)界面模塊的功能，選用DA轉(zhuǎn)換 芯片實(shí)現(xiàn)DA輸出接口的功能。FPGA芯片實(shí)時(shí)高速檢測高壓變頻器輸出的 PWM波，確定每相疊加的數(shù)值，其原理是IGBT的導(dǎo)通關(guān)系，以第(3)階段PWM波為例，說明檢測PWM波的規(guī)則如表2:表2第(3)階段的PWM檢測結(jié)果PWM—LPWM—R輸出01110-l000110因此如果是五級聯(lián)高壓變頻器，則通過對每級聯(lián)的PWM檢測，然后疊 加出該相的輸出，每相最大疊加±5; FPGA同時(shí)依據(jù)PWM檢測結(jié)果，可方 便計(jì)算出輸出電壓的頻率和有效值等；FPGA芯片根據(jù)DA轉(zhuǎn)換芯片 (TLC5620型)的要求，將PWM檢測結(jié)果等數(shù)值以電壓方式輸出，測試人 員即可通過示波器讀出；FGPA芯片可以方便模擬RS232通信，根據(jù)約定的 協(xié)議，通過RS232接口實(shí)現(xiàn)與人機(jī)界面模塊的通信。實(shí)施例2如圖3所示，本實(shí)施例通過選用一塊帶有DA輸出接口的MCU芯片 (STM32F103RD型)同時(shí)實(shí)現(xiàn)PWM檢測模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和DA輸出 接口的功能，選用工控機(jī)實(shí)現(xiàn)人機(jī)界面模塊的功能。MCU芯片通過IO中 斷實(shí)時(shí)高速檢測高壓變頻器輸出的PWM波，確定每相疊加的數(shù)值，檢測 原理同實(shí)施例l; MCU芯片同時(shí)依據(jù)PWM檢測結(jié)果，可方便計(jì)算出輸出 電壓頻率、有效值等；此外MCU芯片將PWM檢測結(jié)果等數(shù)值通過DA輸 出接口以電壓方式輸出，測試人員即可通過示波器讀出；同時(shí)MCU芯片可 提供RS232接口、 SPI接口、 12C接口或CAN接口等多種通信接口，根據(jù) 約定的協(xié)議，實(shí)現(xiàn)與人機(jī)界面模塊的通信。實(shí)施例3如圖4所示，本實(shí)施例可以集FPGA檢測信號快速以及MCU數(shù)據(jù)處理 能力強(qiáng)的特點(diǎn)于一身。FPGA芯片選用ProASIC3系列的A3P030型芯片， 其實(shí)現(xiàn)PWM波檢測模塊的功能，即用于負(fù)責(zé)PWM波檢測，并將檢測的結(jié) 果通過并口和^C傳遞給MCU芯片，檢測原理同實(shí)施例l; MCU芯片選用STM32F103RD型芯片，其實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理模塊的功能，通過IO并口或fC接 口讀取到FPGA芯片傳遞來的PWM檢測結(jié)果，并實(shí)時(shí)計(jì)算出電壓頻率、有 效值、平均值等；同時(shí)將PWM檢測結(jié)果等數(shù)值通過DA輸出接口以電壓方 式輸出，測試人員即可通過示波器讀出；此外，MCU芯片可提供RS232接 口、 SPI接口或CAN接口等多種通信接口，根據(jù)約定的協(xié)議，實(shí)現(xiàn)與人機(jī) 界面模塊的通信。雖然以上描述了本發(fā)明的具體實(shí)施方式
，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理 解，這些僅是舉例說明，在不背離本發(fā)明的原理和實(shí)質(zhì)的前提下，可以對這 些實(shí)施方式做出多種變更或修改。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍由所附權(quán)利要求 書限定。
權(quán)利要求
1、一種高壓變頻器的測試系統(tǒng)，其特征在于，其包括PWM波檢測模塊，該模塊實(shí)時(shí)采集高壓變頻器的各路PWM波，并確定每相疊加的電壓；數(shù)據(jù)處理模塊，其根據(jù)疊加后的電壓，實(shí)時(shí)計(jì)算出電壓的頻率、有效值、平均值；人機(jī)界面模塊，其將疊加的電壓波形以及電壓頻率、有效值和平均值實(shí)時(shí)顯示出來；外圍接口模塊，PWM波檢測模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、人機(jī)界面通過外圍接口模塊與外圍設(shè)備相連。
2、 如權(quán)利要求1所述的高壓變頻器的測試系統(tǒng)，其特征在于，所述PWM 波檢測模塊采用現(xiàn)場可編程門陣列芯片、復(fù)雜可編程器件芯片、微控制器芯 片和數(shù)字信號處理器芯片中的一種。
3、 如權(quán)利要求1所述的高壓變頻器的測試系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù) 據(jù)處理模塊采用現(xiàn)場可編程門陣列芯片、復(fù)雜可編程器件芯片、微控制器芯 片和數(shù)字信號處理器芯片中的一種。
4、 如權(quán)利要求2或3所述的高壓變頻器的測試系統(tǒng)，其特征在于，所 述現(xiàn)場可編程門陣列芯片、復(fù)雜可編程器件芯片、微控制器芯片和數(shù)字信號 處理器芯片中的一種能同時(shí)實(shí)現(xiàn)PWM波檢測模塊和數(shù)據(jù)處理模塊的功能。
5、 如權(quán)利要求1所述的高壓變頻器的測試系統(tǒng)，其特征在于，所述人 機(jī)界面模塊采用工控機(jī)、帶顯示屏的嵌入系統(tǒng)設(shè)備中的一種。
6、 如權(quán)利要求1所述的高壓變頻器的測試系統(tǒng)，其特征在于，所述電 壓波形以及電壓頻率、有效值和平均值通過電腦或帶顯示屏的嵌入系統(tǒng)顯示 出來。
7、 如權(quán)利要求1所述的高壓變頻器的測試系統(tǒng)，其特征在于，所述外 圍接口模塊包括通信接口和DA輸出接口 ， PWM波檢測模塊或數(shù)據(jù)處理模 塊通過通信接口與人機(jī)界面模塊連接，DA輸出接口將PWM波檢測模塊的 疊加電壓以電壓方式輸出，通過示波器直接觀測疊加電壓。
8、 如權(quán)利要求7所述的高壓變頻器的測試系統(tǒng)，其特征在于，所述DA 輸出接口采用DA轉(zhuǎn)換芯片，DA轉(zhuǎn)換芯片通過串行接口或并行接口與數(shù)據(jù) 處理模塊相連。
9、 如權(quán)利要求7所述的高壓變頻器的測試系統(tǒng)，其特征在于，所述通 信接口包括RS232接口、 RS485接口、 SPI接口、 12C接口和CAN接口。
10、 如權(quán)利要求1所述的高壓變頻器的測試系統(tǒng)，其特征在于，所述 PWM波檢測模塊與數(shù)據(jù)處理模塊通過IO并口或串行通信接口連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高壓變頻器的測試系統(tǒng)，其包括PWM波檢測模塊，該模塊實(shí)時(shí)采集高壓變頻器的各路PWM波，并確定每相疊加的電壓；數(shù)據(jù)處理模塊，其根據(jù)疊加后的電壓，實(shí)時(shí)計(jì)算出電壓的頻率、有效值、平均值；人機(jī)界面模塊，其將疊加的電壓波形以及電壓頻率、有效值和平均值實(shí)時(shí)顯示出來；外圍接口模塊，PWM波檢測模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、人機(jī)界面通過外圍接口模塊與外圍設(shè)備相連。本發(fā)明能夠在弱電環(huán)境下，直接檢測高壓變頻器控制算法及效果，以進(jìn)一步確保安全，提高測試效率，減低能耗。
文檔編號G01R19/02GK101598756SQ200910051768
公開日2009年12月9日 申請日期2009年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月22日
發(fā)明者昊 嚴(yán), 杰 何, 蕓 吳, 宋吉波, 時(shí)迎亮, 李興鶴, 謝海峰, 輝 邢 申請人:上海新時(shí)達(dá)電氣股份有限公司;上海辛格林納新時(shí)達(dá)電機(jī)有限公司