Taajuusmuuttajien suorituskyvyn automaattinen testausympäristö

Tämä insinöörityö tehtiin ABB Oy, Drivesin Product AC -tulosyksikön tuotekehitysosastolle Helsingissä. Työssä kehitettiin taajuusmuuttajien suorituskyvyn automaattinen testausympäristö. ABB:n taajuusmuuttajien suorituskykytestejä ei ole aikaisemmin automatisoitu. Testit on tehty käsin ja niiden suorittamiseen ja tulosten käsittelyyn on kulunut paljon aikaa. Automaattisella testauksella pyrittiin testien suorittamiseen ja tulosten käsittelyyn kuluvan ajan huomattavaan pienentymiseen. Työssä ei ollut tarkoituksena tehdä suorituskykytestejä vaan kehittää automaattinen testausympäristö eli suorituskykytestipenkki, jossa suorituskykytestit on mahdollista suorittaa. Työssä keskityttiin taajuusmuuttajan nopeus- ja momenttisäätäjien suorituskykyyn. Työ toteutettiin suunnittelu- ja ohjelmointityönä. Testausympäristön laitteisto perustuu ABB:n tuotekehityslaboratorioiden olemassaoleviin testipaikkoihin. Testausympäristössä käytetään taajuusmuuttajien lisäksi pääasiassa kolmivaiheisia oikosulkumoottoreita. Lisäksi laitteistoon kuuluu ACS800-sarjan taajuusmuuttaja kuormakäyttönä, momenttianturi ja takometri eli kierrosnopeusmittari. Ohjelmointi tehtiin National Instrumentsin LabVIEW-ohjelmointiympäristön versiolla 8.0. Testausympäristön käyttöliittymänä toimii saman yrityksen TestStand-testausohjelmiston versio 3.5. Testattavien taajuusmuuttajien ohjausta ja momenttianturin lukemista varten ohjelmoitiin virtuaali-instrumentteja. Virtuaali-instrumentteja kutsutaan TestStand-testisekvensseistä. Testisekvenssit luodaan TestStandin sekvenssieditorilla ja suoritetaan sekvenssieditorissa tai operaattorin käyttöliittymässä. Työn tuloksena syntyi taajuusmuuttajien suorituskyvyn automaattinen testausympäristö. Testausympäristöä voidaan hyödyntää sekä nykyisen että seuraavan sukupolven taajuusmuuttajien testauksessa. Sillä on mahdollista suorittaa yleisimmät taajuusmuuttajien suorituskykytestit, kuten nopeus- ja momenttisäätöjen staattinen ja dynaaminen tarkkuus, hyvin kattavasti. Testit voidaan automaattisesti suorittaa koko testikäytön sallimalla pyörimisnopeus- ja kuormitusalueella. Näytteenottotaajuus voi olla enintään 1 kHz luettaessa pyörimisnopeutta ACS800-sarjan taajuusmuuttajan kautta ja momenttianturia samanaikaisesti. Virtuaali-instrumenteista koostuvia testisekvenssejä voidaan vapaasti muokata ja kehittää testejä edelleen tai luoda kokonaan uusia testejä. Testausympäristö perustuu teollisuudessa yleisesti käytettyihin ohjelmistoihin ja tarjoaa hyvät mahdollisuudet jatkokehitykselle.

This graduate study was carried out for the product development department of Product AC profit centre of ABB Oy, Drives in Helsinki. The purpose of this study was to develop an automated test environment for testing the performance of frequency converters. The performance tests of ABB's frequency converters have never been automated before. The tests have been made manually and they have been very time-consuming. The objective was to substantially reduce the time needed to execute the tests and to analyze the results. The aim of this study was not to make the actual performance tests, but to develop the automated test environment, i.e. a test bench, that was to be used for the execution of the performance tests. The focus was on the performance of speed and torque controllers of the frequency converter. This study was executed as design and programming work. The hardware of the test environment is based on the existing test places of the product development laboratories at ABB. Mainly three phased asynchronous motors are used in the test environment in addition to frequency converters. Additionally, the hardware consists of an ACS800 series frequency converter as a load drive, a torque transducer and a tachometer. The programming was carried out with the LabVIEW development environment version 8.0 from National Instruments Corporation. The same company's TestStand test software version 3.5 was used as a user interface and test executive for the test environment. Virtual instruments were programmed for controlling the frequency converters and for reading the torque transducer. Virtual instruments are used in the TestStand test sequences. The test sequences are created in the TestStand's sequence editor and are executed in the sequence editor or in an operator interface. This study was successful in creating an automated test environment for testing the performance of frequency converters. The test environment can be used for testing both current and the next generation frequency converters. It is possible to execute the general performance tests of frequency converters, such as the static and dynamic performance of speed and torque controllers, extensively in the test environment. The tests can be made automatically in the whole range of speed and torque allowed by the test drive. The sampling rate can be 1 kHz at the most when reading the speed through ACS800 series frequency converter and the torque through torque transducer at the same time. The test sequences consisting of virtual instruments can be freely modified to further develop the tests or to create new tests. The test environment is based on software that is widely used in the industry. It offers good possibilities for further development.