CN102288923A - 一种变流器模块测试装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变流器模块测试装置及其方法，电源单元与充放电电路单元相连，充放电电路单元与变流器模块的输入口相连，由变流器模块测试装置的电源单元为变流器模块供电，控制脉冲单元与变流器模块的输入控制端口相连，由变流器模块测试装置的控制脉冲单元为变流器模块提供脉冲信号作为开关控制信号，电阻负载单元与变流器模块的输出口相连，由变流器模块测试装置提供电阻负载单元作为变流器模块的外接负载，在供电回路和负载回路中设置有包括电压传感器和电流传感器的传感检测单元作为状态监测。本发明所描述的装置及其方法能够有效减小现有变流器模块测试装置的体积，降低成本，同时显著地提高了测试环境的安全性。

Description

一种变流器模块测试装置及其方法

技术领域

本发明涉及一种变流器模块的测试装置及其方法，尤其是涉及一种应用于机车、动车、高铁、地铁车辆变流器模块的小体积、低成本测试装置及其方法，也可以应用于动车、机车或车辆入库检修过程中的变流器模块测试。

背景技术

变流器是一种将直流电（DC）或交流电（AC）转化为符合需求需要的交流电（AC）或直流电（DC）的电源装置。它又可以分为逆变器、DC-DC开关电源等，其电路结构一般包括变流器模块、控制单元等。变流器包括主牵引逆变器、辅助逆变器等，它们是用在机车、动车、高铁、地铁车辆上的大功率电气设备。变流器内部一般包括控制电路部分和主电路部分。变流器模块是主电路的一部分，它包括由六个开关管组成的逆变部分、由两个开关管组成的斩波部分以及支撑电容。以机车上的主牵引逆变器为例，其正常工作时，输入额定电压为DC1500V，（波动范围在DC1050V～DC1875V之间），输出为0V～1400V、800A的三相交流电。变流器模块是变流器或者说逆变器的主电路的一部分，其可以控制电路电流的通断。

变流器模块在生产出来后，需要有专用的测试装置及方法对其进行测试，测试的内容主要是其内部的开关管。同时，变流器模块随整车交付给用户使用后，在动车、机车或车辆入库检修时，用户也需要此专用的测试装置及方法来确定变流器模块的各项参数，以便判断检修后变流器模块是否合格，能否继续使用。而目前，制造单位在生产出变流器模块后，一般是将变流器模块以及控制电路部分组装到一起形成一个完整的变流器，然后按照变流器的实际工作状况，构建1∶1测试环境，即由外部提供DC1500V电源和承受1400V、600A的电阻电感负载。具体步骤是：将电源、负载与变流器连接，然后对各项电气参数进行测试。因为变流器模块属于大功率产品，制造单位对其测试采用的是1∶1的测试环境，测量过程中涉及到高电压、大电流，因此测试环境比较危险和复杂，为保证测试人员的人身安全，对防护等级要求较严格，并且成本高、体积大。

同时，对于变流器模块的使用方—用户，在机车或车辆入库检修时，虽能较容易地对变流器的机械部件进行检修维护，但是却很难有条件单独为变流器模块的电气部件测试来构建1∶1测试环境，因此在机车或车辆入库检修时期，用户很难掌握变流器模块的详细电气参数性能。

在现有技术当中，一种于2010年06月16日申请，并于2010年11月10日公开，公开号为CN101881897A的中国发明专利申请《测试治具及背光逆变器模块的测试方法》中提供了一种测试治具及背光逆变器模块的测试方法，包括本体、多个第一插座、多个第一电连接垫以及多条导线。该本体为绝缘板体,该些第一插座分别排列设置于该本体的第一侧边,该些第一电连接垫分别排列设置于与该第一侧边相对该本体的第二侧边并突出于该第二侧边,该些导线设置于该本体上并位于该些第一插座和该些第一电连接垫之间,该本体在该些导线两侧皆具有孔部,该些导线分别电性连接该些第一插座和该些第一电连接垫。其要旨在于使用测试治具对背光逆变器模块进行测试。根据该技术方案，同样也需要构建复杂的测试环境，并且并未涉及到逆变器内部单独的模块测试。

因此有必要设计一套针对变流器模块的测试装置和方法，制造单位可通过此装置及方法方便地对变流器模块各开关管进行测试，另外用户也可利用此装置和方法，在动车、机车或车辆入库检修时测试开关管的好坏，以便判断变流器模块是否正常。

发明内容

本发明的目的是提供一种变流器模块测试装置及其方法，该装置及其方法能够有效减小现有变流器模块测试装置的体积，降低成本，同时显著地提高了测试环境的安全性。

本发明具体提供了一种变流器模块测试装置的技术实现方案，一种变流器模块测试装置，包括：电阻负载单元、充放电电路单元、电源单元、控制脉冲单元、传感检测单元，电源单元与充放电电路单元相连，充放电电路单元与变流器模块的输入口相连，由变流器模块测试装置的电源单元为变流器模块供电，控制脉冲单元与变流器模块的输入控制端口相连，由变流器模块测试装置的控制脉冲单元为变流器模块提供脉冲信号作为开关控制信号，电阻负载单元与变流器模块的输出口相连，由变流器模块测试装置提供电阻负载单元作为变流器模块的外接负载，传感检测单元包括电压传感器和电流传感器，在供电回路和负载回路中设置有电压传感器和电流传感器作为状态的监测。

作为本发明一种变流器模块测试装置技术方案的进一步改进，电源单元提供24V～110V的直流输出电压。充放电电路单元为变流器模块提供110V直流输出电压，控制脉冲单元为变流器模块提供24V的脉冲控制信号。

作为本发明一种变流器模块测试装置技术方案的进一步改进，充放电电路单元包括充电电路和放电电路，充电电路包括充电接触器和充电电阻，放电电路包括放电接触器和放电电阻。

作为本发明一种变流器模块测试装置技术方案的进一步改进，传感检测单元的电压传感器监测变流器模块输入端的电压，传感检测单元的电流传感器监测变流器模块输出端的电流。

作为本发明一种变流器模块测试装置技术方案的进一步改进，电阻负载单元进一步采用47Ω/150W的铝外壳电阻。充电接触器和放电接触器进一步采用2A/500V的接触器，放电电阻和充电电阻采用47Ω/300W的铝外壳电阻。

本发明还另外提供了一种利用上述变流器模块测试装置进行变流器模块测试的方法的技术实现方案，该方法包括以下步骤：

S101：将变流器模块测试装置与变流器模块进行电气连接；

S102：启动变流器模块测试装置，闭合充电接触器，开始对电容进行充电；

S103：读取电压传感器VH1的值，并和预设值进行比较，若电压传感器VH1的值超过预设值表示充电完成可以进行下一步，否则继续充电；

S104：开通其中一个上开关管，读取电压传感器VH1和电流传感器LH1、LH2、LH3、LH4的值；

S105：按照步骤S104依次开通其余的上开关管；

S106：保持开通其中一个上开关管，再分别开通除保持开通的上开关管所在的开关管以外其他开关管的下开关管，并分别记录电压传感器VH1和电流传感器LH1、LH2、LH3、LH4的值；

S107：按照步骤S106依次开通其他的上开关管；

S108：将在不同情况下检测到的各组数据进行分析，并判断开关管的好坏，若有不合格的开关管则判断出具体不合格的上、下开关管，并判断出该上、下开关管是短路还是断路；

S109：断开充电接触器，闭和放电接触器，对变流器模块的电容进行放电；

S110：读取电压传感器VH1的值，并和预设值进行比较，若电压传感器VH1的值小于预设值表示放电完成可以进行下一步，否则继续放电；

S111：测试结束，系统断电，拆除电气连线。

作为本发明一种变流器模块测试方法技术方案的进一步改进，步骤S107包括以下过程：

保持开通上开关管V1，再分别开通下开关管V4、V6和V8，分别读取电压传感器VH1和电流传感器LH1、LH2、LH3、LH4的值；

保持开通上开关管V3，再分别开通下开关管V2、V6和V8，分别读取电压传感器VH1和电流传感器LH1、LH2、LH3、LH4的值；

保持开通上开关管V5，再分别开通下开关管V2、V4和V8，分别读取电压传感器VH1和电流传感器LH1、LH2、LH3、LH4的值；

保持开通上开关管V7，再分别开通下开关管V4、V6和V2，分别读取电压传感器VH1和电流传感器LH1、LH2、LH3、LH4的值。

作为本发明一种变流器模块测试方法技术方案的进一步改进，在步骤S104中，若电压传感器VH1和电流传感器LH1、LH2、LH3、LH4的值不在预设范围内则表示下开关管中的一个或多个有短路现象，若电压传感器VH1和电流传感器LH1、LH2、LH3、LH4的值在预设范围内则表示正常；在步骤S106中，若电压传感器VH1和电流传感器LH1、LH2、LH3、LH4的值不在预设范围内，则表示下开关管有断路现象，若电压传感器VH1和电流传感器LH1、LH2、LH3、LH4的值在预设范围内则表示正常。

通过实施上述本发明一种变流器模块测试装置及其方法的技术方案，可以达到如下技术效果：

（1）本发明提供了一种针对变流器模块测试的装置及方法，利用此装置及方法能快速的实现对变流器模块中的开关管（IGBT，Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管，一种复合全控型电压驱动式电力电子器件）测量；

（2）本发明利用DC24V～DC110V之间的任意一个值的低电压电源代替变流器模块实际运行时的DC1050V～DC1875V网压，从而避免构建较复杂的高电压、大电流外围测试环境，提高了测试环境的安全性，大大降低了测试成本和测试空间；

（3）本发明不仅可供变流器模块的制造部门使用，同时可供机务段或车辆段使用，方便机务段或车辆段动态的掌握变流器模块的状况。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明变流器模块测试装置一种具体实施方式的系统结构功能框图；

图2是本发明变流器模块测试装置一种具体实施方式的测试过程电气连接图；

图3是本发明变流器模块测试方法一种具体实施方式的测试程序流程图；

其中：1-变流器模块测试装置，2-电阻负载单元，3-充放电电路单元，4-电源单元，5-控制脉冲单元，6-传感检测单元, 11-变流器模块，12-输出口，13-输入口，14-输入控制端口，KM1-充电接触器，KM2-放电接触器，R1、R2、R3、R4-电阻，R5-放电电阻，R6-充电电阻，C1-电容，VH1-电压传感器，LH1、LH2、LH3、LH4-电流传感器,V1、V3、V5、V7-上开关管，V2、V4、V6、V8-下开关管。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如附图1、附图2和附图3所示，给出了本发明一种变流器模块测试装置及其方法应用于机车变流器模块测试的具体实施例，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示的一种变流器模块测试装置的具体实施方式，包括：电阻负载单元2、充放电电路单元3、电源单元4、控制脉冲单元5、传感检测单元6，电源单元4与充放电电路单元3相连，充放电电路单元3与变流器模块11的输入口13相连，由变流器模块测试装置1的电源单元4为变流器模块11供电，控制脉冲单元5与变流器模块11的输入控制端口14相连，由变流器模块测试装置1的控制脉冲单元5为变流器模块11提供脉冲信号作为开关控制信号，电阻负载单元2与变流器模块11的输出口12相连，由变流器模块测试装置1提供电阻负载单元2作为变流器模块11的外接负载，传感检测单元6进一步包括电压传感器和电流传感器，在供电回路和负载回路中设置有电压传感器和电流传感器作为状态的监测。

如图2所示，变流器模块测试装置1包含电阻负载单元2，充放电电路单元3，电源单元4，控制脉冲单元5，传感检测单元6，在图2中为实线方框内的部分。其中，电阻负载单元2使用的是小功率的电阻，一般采用星形接法和三角形接法，在图2中为R1～R4。具体实施时，R1～R4进一步为47Ω/150W的铝外壳电阻。充放电电路单元3可以完成对变流器模块中的大电容充电。通过充电电路可以避免造成变流器上电时过大的电流冲击，通过放电电路可以避免变流器测试完成后还带电，消除安全隐患。在图2中包括KM1、KM2、R5、R6，其中KM1和R6组成充电电路，KM2和R5组成放电电路。具体实施时，KM1、KM2进一步为2A/500V的接触器，R5、R6进一步为47Ω/300W的铝外壳电阻。110V的电源单元4，其输出电压为DC110V，功率约300W。控制脉冲单元5输出电压为0到24V的方波脉冲，用来控制变流器模块中开关管（一般使用的是IGBT）的开通与关断。由变流器模块测试装置发出的八路控制脉冲分别送到开关管的控制极，如图2中的a1、a2、b1、b2、c1、c2、d1、d2信号端。传感检测单元6可以检测到充放电电路单元和负载单元电路的电压和电流情况。其包括如图2所示的VH1、LH1、LH2、LH3、LH4，其中VH1为电压传感器，监测变流器模块输入端的电压；LH1～LH4为电流传感器，监测变流器模块输出端的电流。变流器模块11包括输出口12，输入口13，输入控制端口14，在图2中为虚线方框部分。输出口12为变流器模块主电路对外输出口，一般包括三相逆变器输出和一路斩波输出。输入口13为变流器模块主电路对外输入口，一般为一路单相直流电。输入控制端口14是变流器模块的开关管的控制输入端。

本发明具体实施方式在电源供给方面：

1、由变流器模块测试装置提供DC110V（DC24V～DC110V中间任意一个电压值都可以，本文以DC110V为例进行描述）电源给变流器模块进行供电；

2、由变流器模块测试装置提供24V的脉冲信号给变流器模块作为开关控制信号；

3、由变流器模块测试装置提供一个比较小的电阻负载作为变流器模块的外接负载；

4、在供电回路和负载回路中设置了电压传感器和电流传感器作为状态的监测。

由以上方案可知，变流器模块测试装置只需由测试装置提供一路DC24V到DC110V之间任意一种直流电压以及大约300瓦以内功率的电源，以及八路24V的脉冲控制信号，而不必构建DC1050V～DC1875V的测试电源。使用小功率电阻作为负载而不必使用大功率的阻感负载。从而简化了测试环境，节约了成本、减小了体积、降低了测试的危险性、并提高了测试的工作效率。此测试装置的体积可以减小到原来的1/5，成本减少到原来的1/10。

如图3所示的一种变流器模块测试方法的具体实施方式，包括以下步骤：

S101：将变流器模块测试装置1与变流器模块11进行电气连接；

S102：启动变流器模块测试装置1，闭合充电接触器KM1，开始对电容C1进行充电；

S103：读取电压传感器VH1的值，并和预设值进行比较，若电压传感器VH1的值超过预设值表示充电完成可以进行下一步，否则继续充电；

S104：开通其中一个上开关管，读取电压传感器VH1和电流传感器LH1、LH2、LH3、LH4的值，若电压传感器VH1和电流传感器LH1、LH2、LH3、LH4的值不在预设范围内则表示下开关管中的一个或多个有短路现象，若电压传感器VH1和电流传感器LH1、LH2、LH3、LH4的值在预设范围内则表示正常；

S105：按照步骤S104依次开通其余的上开关管；

S106：保持开通其中一个上开关管，再分别开通除保持开通的上开关管所在的开关管以外其他开关管的下开关管，并分别记录电压传感器VH1和电流传感器LH1、LH2、LH3、LH4的值，若电压传感器VH1和电流传感器LH1、LH2、LH3、LH4的值不在预设范围内，则表示下开关管有断路现象，若电压传感器VH1和电流传感器LH1、LH2、LH3、LH4的值在预设范围内则表示正常；

S107：按照步骤S106依次开通其他的上开关管；

S108：将在不同情况下检测到的各组数据进行分析，并判断开关管的好坏，若有不合格的开关管则判断出具体不合格的上、下开关管，并判断出该上、下开关管是短路还是断路；

S109：断开充电接触器KM1，闭和放电接触器KM2，对变流器模块11的电容C1进行放电；

S110：读取电压传感器VH1的值，并和预设值进行比较，若电压传感器VH1的值小于预设值表示放电完成可以进行下一步，否则继续放电；

S111：测试结束，系统断电，拆除电气连线。

其中，步骤S107进一步包括以下过程：

S201：保持开通上开关管V1，再分别开通下开关管V4、V6和V8，分别读取电压传感器VH1和电流传感器LH1、LH2、LH3、LH4的值；

S202：保持开通上开关管V3，再分别开通下开关管V2、V6和V8，分别读取电压传感器VH1和电流传感器LH1、LH2、LH3、LH4的值；

S203：保持开通上开关管V5，再分别开通下开关管V2、V4和V8，分别读取电压传感器VH1和电流传感器LH1、LH2、LH3、LH4的值；

S204：保持开通上开关管V7，再分别开通下开关管V4、V6和V2，分别读取电压传感器VH1和电流传感器LH1、LH2、LH3、LH4的值。

利用本发明提供具体实施方式提供的变流器模块测试装置及其方法能快速的实现对变流器模块中的开关管（IGBT）测量。利用DC24V～DC110V之间的任意一个值的低电压电源代替变流器模块实际运行时的DC1050V～DC1875V网压，从而避免构建较复杂的高电压、大电流外围测试环境，提高了测试环境的安全性，大大降低了测试成本和测试空间。使用小功率电阻作为负载而不必使用大功率的阻感负载，不仅可供变流器模块的制造部门使用，同时可供机务段或车辆段使用，方便机务段或车辆段动态的掌握变流器模块的状况。

需要特别说明的是，作为一种具体的实施方式，本发明以具有上下共四对IGBT开关管的变流器模块进行了详细的描述。但是，依据本发明的技术实质可以对包括任意数量开关管的变流器模块进行测试。因此，本发明要求保护的范围包括但不限于本发明具体实施方式中所描述的实施方案。同时，在本发明变流器模块测试方法的具体实施方式中，以一种具体的开关管开通顺序为例说明了对变流器模块开关管的测试过程，在此也不应当理解为是对本发明保护范围的一种限制。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。 

Claims (10)

1.一种变流器模块测试装置，其特征在于：所述的变流器模块测试装置（1）包括电阻负载单元（2）、充放电电路单元（3）、电源单元（4）、控制脉冲单元（5）、传感检测单元（6），电源单元（4）与充放电电路单元（3）相连，充放电电路单元（3）与变流器模块（11）的输入口（13）相连，由变流器模块测试装置（1）的电源单元（4）为变流器模块（11）供电，控制脉冲单元（5）与变流器模块（11）的输入控制端口（14）相连，由变流器模块测试装置（1）的控制脉冲单元（5）为变流器模块（11）提供脉冲信号作为开关控制信号，电阻负载单元（2）与变流器模块（11）的输出口（12）相连，由变流器模块测试装置（1）提供电阻负载单元（2）作为变流器模块（11）的外接负载，传感检测单元（6）包括电压传感器和电流传感器，在供电回路和负载回路中设置有电压传感器和电流传感器作为状态的监测。

2.根据权利要求1所述的一种变流器模块测试装置，其特征在于：所述的电源单元（4）提供24V～110V的直流输出电压。

3.根据权利要求1或2所述的一种变流器模块测试装置，其特征在于：所述的充放电电路单元（3）为变流器模块（11）提供110V直流输出电压，所述的控制脉冲单元（5）为变流器模块（11）提供24V的脉冲控制信号。

4.根据权利要求3所述的一种变流器模块测试装置，其特征在于：所述的充放电电路单元（3）包括充电电路和放电电路，充电电路包括充电接触器（KM1）和充电电阻（R6），放电电路包括放电接触器（KM2）和放电电阻（R5）。

5.根据权利要求3所述的一种变流器模块测试装置，其特征在于：所述传感检测单元（6）的电压传感器（VH1）监测变流器模块（11）输入端的电压，所述传感检测单元（6）的电流传感器（LH1、LH2、LH3、LH4）监测变流器模块（11）输出端的电流。

6.根据权利要求3所述的一种变流器模块测试装置，其特征在于：所述电阻负载单元（2）采用47Ω/150W的铝外壳电阻。

7.根据权利要求3所述的一种变流器模块测试装置，其特征在于：所述充电接触器（KM1）和放电接触器（KM2）采用2A/500V的接触器，所述放电电阻（R5）和充电电阻（R6）采用47Ω/300W的铝外壳电阻。

8.一种利用权利要求1所述的一种变流器模块测试装置进行变流器模块测试的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S101：将变流器模块测试装置（1）与变流器模块（11）进行电气连接；

S102：启动变流器模块测试装置（1），闭合充电接触器（KM1），开始对电容（C1）进行充电；

S103：读取电压传感器（VH1）的值，并和预设值进行比较，若电压传感器（VH1）的值超过预设值表示充电完成可以进行下一步，否则继续充电；

S104：开通其中一个上开关管，读取电压传感器（VH1）和电流传感器（LH1、LH2、LH3、LH4）的值；

S105：按照步骤S104依次开通其余的上开关管；

S106：保持开通其中一个上开关管，再分别开通除保持开通的上开关管所在的开关管以外其他开关管的下开关管，并分别记录电压传感器（VH1）和电流传感器（LH1、LH2、LH3、LH4）的值；

S107：按照步骤S106依次开通其他的上开关管；

S108：将在不同情况下检测到的各组数据进行分析，并判断开关管的好坏，若有不合格的开关管则判断出具体不合格的上、下开关管，并判断出该上、下开关管是短路还是断路；

S109：断开充电接触器（KM1），闭和放电接触器（KM2），对变流器模块（11）的电容（C1）进行放电；

S110：读取电压传感器（VH1）的值，并和预设值进行比较，若电压传感器（VH1）的值小于预设值表示放电完成可以进行下一步，否则继续放电；

S111：测试结束，系统断电，拆除电气连线。

9.根据权利要求8所述的一种变流器模块测试方法，其特征在于：所述的步骤S107包括以下过程：

S201：保持开通上开关管V1，再分别开通下开关管V4、V6和V8，分别读取电压传感器（VH1）和电流传感器（LH1、LH2、LH3、LH4）的值；

S202：保持开通上开关管V3，再分别开通下开关管V2、V6和V8，分别读取电压传感器（VH1）和电流传感器（LH1、LH2、LH3、LH4）的值；

S203：保持开通上开关管V5，再分别开通下开关管V2、V4和V8，分别读取电压传感器（VH1）和电流传感器（LH1、LH2、LH3、LH4）的值；

S204：保持开通上开关管V7，再分别开通下开关管V4、V6和V2，分别读取电压传感器（VH1）和电流传感器（LH1、LH2、LH3、LH4）的值。

10.根据权利要求8所述的一种变流器模块测试方法，其特征在于：在步骤S104中，若电压传感器（VH1）和电流传感器（LH1、LH2、LH3、LH4）的值不在预设范围内则表示下开关管中的一个或多个有短路现象，若电压传感器（VH1）和电流传感器（LH1、LH2、LH3、LH4）的值在预设范围内则表示正常；在步骤S106中，若电压传感器（VH1）和电流传感器（LH1、LH2、LH3、LH4）的值不在预设范围内，则表示下开关管有断路现象，若电压传感器（VH1）和电流传感器（LH1、LH2、LH3、LH4）的值在预设范围内则表示正常。

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