CN102928719A - 功率单元老化测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种功率单元老化测试装置及方法。该装置包括调压器，用于对电网电压进行调压处理，得到第一三相交流电压；升压变压器，用于对调压器输出的第一三相交流电压进行升压处理，得到第二三相交流电压；移相变压器，用于对升压变压器输出的第二三相交流电压进行移相和升压处理，得到第三三相交流电压，移相变压器的三相输出端分别连接有进行老化测试的三相功率单元；三个滤波电路，分别连接在三个功率单元的输出端与升压变压器的三相输入端之间，用于对功率单元输出的老化电流进行滤波处理；断路器，用于切断或导通各滤波电路与移相变压器的三相输入端之间的电路连接。本发明实施例可有效对功率单元进行老化测试，减少回馈电流对电网的影响。

Description

功率单元老化测试装置及方法

技术领域

本发明实施例涉及功率单元老化测试技术，尤其涉及一种功率单元老化测试装置及方法。

背景技术

变频器是交流电路中常见的电气设备，可为负载提供稳定、可靠的电源，其主要由输入变压器、多个功率单元和控制模块组成。变频器通常采用模块化设计和制作，在变频器制作时，首先制作各功率单元，然后再将各功率单元组装到变频器中，其中，功率单元是变频器中的关键部件，功率单元电气性能的好坏直接影响着变频器的性能，因此功率单元制作完毕后，需要对功率单元进行老化测试，以确保功率单元的电气性能。

目前，在对功率单元进行老化测试时，通常是将功率单元组装到高压变频器中，通过对高压变频器进行老化测试的方式，来检测安装在高压变频器中的各功率单元是否满足老化要求。具体地，现有在进行功率单元老化测试时，在高压变频器的三相电路中分别串联5个功率单元，每相电路形成一个功率单元组，然后将高压变频器的输入端通过升压变压器连接到三相电网中，并在高压变频器的三相电路对应的输出端分别串联有电感L，用于分别对功率单元组输出的电流进行滤波处理，并可通过断路器反馈至变频器的输入端，以节省电能。

但是，现有功率单元测试中，高压变频器的输入端输入的电压非常高，老化测试的安全性和可靠性较差；同时，由于功率单元工作电压的限制，使得功率单元输入电压不能过高，功率单元的老化电流较小，功率单元老化测试的效果较差。

发明内容

本发明实施例提供一种功率单元老化测试装置及方法，可克服现有采用高压变频器对功率单元进行老化测试所存在的系统输入电压高以及功率单元老化测试电流较小的问题，可有效提高功率单元的老化测试效果。

第一方面，本发明实施例提供一种功率单元老化测试装置，包括：

调压器，用于对电网电压进行调压处理，得到第一三相交流电压；

升压变压器，用于对所述调压器输出的所述第一三相交流电压进行升压处理，得到第二三相交流电压；

移相变压器，用于对所述升压变压器输出的所述第二三相交流电压进行移相和升压处理，得到第三三相交流电压，所述移相变压器的三相输出端分别连接有进行老化测试的三相功率单元，每相功率单元至少包括一个功率单元；

三个滤波电路，分别连接在三相功率单元的输出端与所述升压变压器的三相输入端之间，用于对功率单元输出的老化电流进行滤波处理；

断路器，连接在所述三个滤波电路与所述升压变压器的三相输入端之间，用于切断或导通各滤波电路与所述移相变压器的三相输入端之间的电路连接。

结合第一方面，在第一种可能的实现方式中，所述滤波电路为LCL滤波电路。

结合第一方面，在第二种可能的实现方式中，所述移相变压器的三相输出端分别连接有1个功率单元，所述移相变压器对所述第二三相交流电压进行移相后，得到第三三相交流电压的相位依次为-20°、0°和20°。

结合第一方面，在第三种可能的实现方式中，所述功率单元老化测试装置还包括：

并网控制模块，所述并网控制模块用于在闭合所述断路器之前，对所述移相变压器输入端的输入电压进行检测，并对所述输入电压进行锁相后，控制所述断路器闭合。

结合第一方面的第三种可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，所述并网控制模块包括：

电压检测单元，用于在关闭所述断路器之前，对所述移相变压器输入端的输入电压进行检测；

锁相单元，用于对所述电压检测单元检测到的三相电压进行锁相；

并网控制单元，用于在所述锁相单元锁相完成后，控制所述断路器闭合。

结合第一方面或第一方面的第一或第二或第三或第四种可能的实现方式，在第五种可能的实现方式中，所述功率单元老化测试装置还包括：

电流控制模块，用于检测到所述断路器关闭后，检测三个功率单元输出的三相电流，并根据所述三相电流的大小控制所述功率单元工作在预设老化电流，使所述功率单元老化测试装置工作在电流源模式。

结合第一方面的第五种可能的实现方式，在第六种可能的实现方式中，所述电流控制模块包括：

电流检测单元，用于检测到所述断路器关闭后，检测三相功率单元输出的三相电流；

老化电流控制单元，用于根据所述电流检测单元检测得到的所述三相电流的大小，向各功率单元发送PWM控制信号，以控制各功率单元工作在预设老化电流。

第二方面，本发明实施例提供一种功率单元老化测试方法，包括：

利用调压器对电网电压进行调压处理，得到第一三相交流电压；

利用升压变压器对所述调压器输出的所述第一三相交流电压进行升压处理，得到第二三相交流电压；

利用移相变压器对所述升压变压器输出的所述第二三相交流电压进行移相和升压处理，得到第三三相交流电压，将所述第三三相交流电压施加在所述移相变压器的三相输出端连接的三相功率单元，对所述三相功率单元进行老化测试，每相功率单元至少包括一个功率单元；

其中，所述三相功率单元的输出端与所述移相变压器的三相输入端之间连接有三个滤波电路，所述三个滤波电路用于对所述三相功率单元输出的老化电流进行滤波处理。

结合第二方面，在第一种可能的实现方式中，所述三个滤波电路与所述升压变压器的三相输入端之间连接有断路器；

所述功率单元老化测试方法还包括：

在闭合所述断路器之前，对所述移相变压器输入端的输入电压进行检测，并对所述输入电压进行锁相后，控制所述断路器闭合。

结合第二方面的第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，所述功率单元老化测试方法还包括：

检测到所述断路器关闭后，检测三相功率单元输出的三相电流；

根据检测得到的所述三相电流的大小，向各功率单元发送PWM控制信号，以控制各功率单元工作在预设老化电流。

本实施例提供的功率单元老化测试装置及方法，通过调压器和升压变压器可为移相变压器的输入端提供稳定和较小的第二三相交流电压，同时，可利用移相变压器对该电压进行升压处理，可为待测试的功率单元的输入端提供较大的第三三相交流电压，这样，在功率单元具有较小输入电压情况下，就可使得功率单元的具有较大的老化电流，可有效提高功率单元的老化测试效果。

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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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为本发明实施例一提供的功率单元老化测试装置的结构示意图；

图2为本发明实施例中并网控制模块的结构示意图；

图3为本发明实施例中电流控制模块的结构示意图；

图4为本发明实施例二提供的功率单元老化测试方法的流程示意图；

图5为本发明实施例三提供的功率单元老化测试方法的流程示意图。

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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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做出创造性劳动的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。

图1为本发明实施例一提供的功率单元老化测试装置的结构示意图。如图1所示，本实施例老化测试装置包括调压器1、升压变压器2、移相变压器3、滤波电路4和断路器5，其中，调压器1与电网S连接，用于对电网电压进行调压处理，得到第一三相交流电压V1；升压变压器2与调压器1连接，用于对调压器1输出的第一三相交流电压V1进行升压处理，得到第二三相交流电压V2；移相变压器3与升压变压器2连接，用于对升压变压器2输出的第二三相交流电压V2进行移相和升压处理，得到第三三相交流电压V3，且该移相变压器3的三相输出端分别连接有进行老化测试的功率单元6；三个滤波电路4，分别连接在三个功率单元6的输出端与升压变压器2的三相输出端之间，用于对功率单元6输出的老化电流进行滤波处理；断路器5，连接在三个滤波电路4与升压变压器2的三相输出端之间，用于切断或导通各滤波电路4与移相变压器3的三相输入端的电路连接。本实施例老化测试装置可对功率单元进行老化测试，其可具有较小的老化测试电压，提高了老化测试的安全性和可靠性；同时，可使得功率单元可具有较大的老化测试电流，提高功率单元老化测试效果。

本领域技术人员可以理解，上述的移相变压器的原边绕组要小于副边绕组，这样移相变压器才可对其输入端输入的电压较小的第二三相交流电压V2进行升压处理，得到电压较大的第三三相交流电压V3。

本实施例中，在移相变压器3的输入端通过调压器1和升压变压器2从电网S提供第二三相交流电压V2，使得第二三相交流电压V2稳定；同时，根据需要也可利用调压器1来调整该V2的大小，以满足功率单元6进行老化测试时对输入电压的要求。

本实施例中，功率单元6的输入端的电压为V3，假设从功率单元6的输出端施加在滤波电路4的输入端的电压为V4，而滤波电路4输出端的电压为V2，由于V3大于V2，因此相对于现有功率单元测试而言，V4与V2的差值，即滤波电路4的压差就会比较大，滤波电路4中流过较大的老化电流，从而可使得功率单元6可具有较大的老化电流，从而可提高功率单元6的老化测试效果。

本实施例中，向功率单元6提供电压的电路由调压器1、升压变压器2和移相变压器3组成，其中，移相变压器3可与从功率单元6输入侧的全桥整流电路构成脉冲整流电路，从而可减少3个功率单元6的输入谐波对电网S的影响，因此，本实施例装置运行中，移相变压器3的输入侧的电流总谐波失真（Total Harmonic Distortion，THD）非常小，可有效减少功率单元6老化过程中对电网S的影响。同时，本实施例中，移相变压器3还可阻断各功率单元6之间形成的环流，具体地，若没有移相变压器3，三个功率单元6在老化测试过程中，将会在功率单元6、升压变压器2的副边即升压变压器2的输出端以及功率单元6输出N线之间形成环流，这种环流会影响整个老化测试装置的正常运行，而通过设置移相变压器3则可有效隔离该环流，从而确保整个老化测试的正常运行。此外，根据需要，该移相变压器3可设置成较大的副边与原边的匝数比，提高副边输出电压，即移相变压器3的输出电压的大小，从而确保功率单元6具有较大的老化电流能力。

本实施例中，升压变压器2可在整个老化测试运行过程中，在保证为移相变压器3的输入端提供稳定可靠地第二三相交流电压V2外，还可隔断功率单元6运行过程中对电网S上其他设备的影响，具体地，该升压变压器2可对装置运行过程中反馈的电流与电网间进行隔离，从而可避免对电网S上其他设备的影响。

本实施例中，移相变压器3的副边和原边的匝数比大于1，这样，移相变压器3的副边电压就会提高，即输出电压大于输入电压，从而可提高向功率单元6提高的输出电压能力，使得功率单元6可具有较大的老化电流；而功率单元6具有输入过压保护点，在电压过大时，将会自动断开或损坏，因此，移相变压器3的输出电压不能任意提高，从而限制了功率单元6的老化电流的大小，为此，通过设置调压器1，可用来降低升压变压器2的输入电压，以及移相变压器3的输入电压，从而可确保功率单元6可在额定的输入电压下工作，避免功率单元6输入过压保护的问题。

本实施例中，通过设置调压器1、升压变压器2和移相变压器3可有效对老化测试过程中反馈回来的电流与电网进行隔离，以及对老化测试过程中在各功率单元6之间形成的环流进行隔离，同时可为老化测试提供合适的测试电压，以满足测试需要。可以看出，通过设置该三个电压调整器件，在确保为各功率单元提供老化测试需要的同时，还可确保反馈电流对电网的影响，从而可避免老化测试过程中因反馈电流对电网中其他运行设备的影响；此外，还可有效隔断老化测试过程中各功率单元之间形成的环流，提高老化测试效果。

本实施例中，如图1所示，移相变压器3的三个输出端分别连接有1个功率单元，移相变压器3可将升压变压器2输入的第二三相交流电压V2进行移相，并可移相得到三个相位分别为-20°、0°和20°的第三三相交流电压V3，使得功率单元整流输入电流谐波在移相变压器内部相互抵消，降低变频器输入电流的THD。

实际应用中，移相变压器3的三个输出端连接的三相功率单元中，每相功率单元中功率单元的数量也可为2个或两个以上，即移相变压器3的三相输出端可分别连接有2个或2个以上的功率单元，此时，移相变压器3可将输入的三相交流电压移相时，得到的三相交流电压的可分别为a、0和b，其中a=-b=（60°/n），其中，n等于所有功率单元的个数。

本实施例中，上述的滤波电路4具体可以采用LCL滤波电路，这样，可利用电容C的滤波作用，来提供整个LCL滤波电路的滤波效果，从而可提高整个老化装置中对每个功率单元输出电流的滤波效果，使得老化装置中形成的电流波形质量高，可减少回馈至输入电路后系统从电网实际取用电流的THD.。

本实施例中，如图1所示，本实施例装置还可包括并网控制模块7，该并网控制模块7与断路器5连接（图中未示出），以用于对移相变压器3输入端的输入电压，即第二三相电压V2进行检测，并对该输入电压进行锁相后，控制断路器5闭合，以将功率单元6并网。这样，并网控制模块7可使得并网前，各功率单元6以及滤波电路4充分充电，并使系统工作在电压源模式，以使滤波电路4的输出端的电压与电网S的电压相位同步、幅值相等，这样，再将断路器5闭合，以将功率单元6并网。

图2为本发明实施例中并网控制模块的结构示意图。本实施例中，如图2所示，并网控制模块7具体可包括电压检测单元71、锁相单元72和并网控制单元73，其中，电压检测单元71用于对移相变压器3输入端的输入电压，即第二三相输入电压进行检测；锁相单元72与电压检测单元71连接，用于对电压检测单元71检测到的三相电压进行锁相；并网控制单元73与锁相单元72及断路器5连接，用于在锁相单元72锁相完成后，控制断路器5闭合。本实施例中，所述的锁相单元72具体为锁相环电路，可以实现对老化装置的锁相处理，以便在锁相成功后可将各滤波电路4连接至移相变压器3的输入端，实现电流回馈；所述的并网控制单元73具体可以是指锁相单元72锁相成功后，即可发送控制信号给断路器5，以控制断路器5中的触头关闭，将各滤波电路4与移相变压器3的输入端之间的电路导通。

本实施例中，如图1所示，本实施例装置还可包括电流控制模块8，该电流控制模块8具体可用于检测到断路器5关闭后，检测三个功率单元6输出的三相电流，并根据三相电流的大小控制功率单元6工作在预设老化电流，使功率单元6老化测试装置工作在电流源模式。其中，所述根据三相电流的大小控制功率单元6工作在预设老化电流，具体可通过生成脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，PWM）信号来控制功率单元6工作，使功率单元6可工作在预设老化电流，确保功率单元6老化测试效果。

本领域技术人员可以理解，功率单元是由一系列功率部件，例如绝缘栅双极型晶体管、晶闸管等半导体器件，功率单元上均设置有控制各半导体器件工作的开关，通过控制信号即可控制各功率半导体器件工作。因此，本发明实施例电流控制模块8通过PWM信号就可以有效控制各功率单元中功率器件的切断或关闭，进而可控制功率单元的工作电流的大小。

图3为本发明实施例中电流控制模块的结构示意图。如图3所示，上述的电流控制模块8具体可包括电流检测单元81和老化电流控制单元82，其中，电流检测单元81可用于检测到断路器5关闭后，可检测三个功率单元6输出的三相电流；老化电流控制单元82与电流检测单元81连接，可用于根据电流检测单元81检测得到的三相电流的大小，向各功率单元发送PWM控制信号，以控制各功率单元工作在预设老化电流。

本领域技术人员可以理解，在并网控制模块7控制断路器5闭合，即将各功率单元6输出电流回馈至电网实现并网时，各功率单元6输出电路中就会有电流存在。实际应用中，并网控制模块7可通过检测断路器的反馈触点就可以确定断路器5闭合状态。

本实施例中，老化电流控制单元82具体可根据预设老化电流指令，实现对各功率单元老化电流的控制，以使得各功率单元可按设定的老化方式进行老化测试，可有效提高老化测试的准确性和可靠性。

图4为本发明实施例二提供的功率单元老化测试方法的流程示意图；如图4所示，本实施例功率单元老化测试方法可包括如下步骤：

步骤101、利用调压器对电网电压进行调压处理，得到第一三相交流电压；

步骤102、利用升压变压器对所述调压器输出的第一三相交流电压进行升压处理，得到第二三相交流电压；

步骤103、利用移相变压器对升压变压器输出的第二三相交流电压进行移相和升压处理，得到第三三相交流电压，将第三三相交流电压施加在移相变压器的三相输出端连接的三相功率单元，对三相功率单元进行老化测试，每相功率单元至少包括一个功率单元。

其中，三相功率单元的输出端与移相变压器的三相输入端之间连接有三个滤波电路，三个滤波电路用于对三相功率单元输出的老化电流进行滤波处理。

本发明实施例方法可通过图1所示的装置来实现，以实现对功率单元的老化测试，可具有较大的老化测试电流。

图5为本发明实施例三提供的功率单元老化测试方法的流程示意图。本实施例中，在进行老化测试时，图4所示实施例将第三三相交流电压施加在三相功率单元后，可首先对连接在滤波电路和移相变压器输入端之间的断路器进行控制，以提高老化测试效果，具体地，如图5所示，本实施例方法包括如下步骤：

步骤201、利用调压器对电网电压进行调压处理，得到第一三相交流电压；

步骤202、利用升压变压器对所述调压器输出的第一三相交流电压进行升压处理，得到第二三相交流电压；

步骤203、利用移相变压器对升压变压器输出的第二三相交流电压进行移相和升压处理，得到第三三相交流电压，将第三三相交流电压施加在移相变压器的三相输出端连接的三相功率单元，对三相功率单元进行老化测试，每相功率单元至少包括一个功率单元；

步骤204、在闭合断路器之前，对移相变压器输入端的输入电压进行检测，并对输入电压进行锁相后，控制断路器闭合；

步骤205、检测到断路器关闭后，检测三相功率单元输出的三相电流；

步骤206、根据检测得到的三相电流的大小，向各功率单元发送PWM控制信号，以控制各功率单元工作在预设老化电流。

本发明实施例可基于图1-图3所示装置实现对功率单元的老化测试，具体测试可参见上述装置实施例的说明。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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范围。

Claims (10)

1.一种功率单元老化测试装置，其特征在于，包括：

调压器，用于对电网电压进行调压处理，得到第一三相交流电压；

升压变压器，用于对所述调压器输出的所述第一三相交流电压进行升压处理，得到第二三相交流电压；

移相变压器，用于对所述升压变压器输出的所述第二三相交流电压进行移相和升压处理，得到第三三相交流电压，所述移相变压器的三相输出端分别连接有进行老化测试的三相功率单元，每相功率单元至少包括一个功率单元；

三个滤波电路，分别连接在三相功率单元的输出端与所述升压变压器的三相输入端之间，用于对功率单元输出的老化电流进行滤波处理；

断路器，连接在所述三个滤波电路与所述升压变压器的三相输入端之间，用于切断或导通各滤波电路与所述移相变压器的三相输入端之间的电路连接。

2.根据权利要求1所述的功率单元老化测试装置，其特征在于，所述滤波电路为LCL滤波电路。

3.根据权利要求1所述的功率单元老化测试装置，其特征在于，所述移相变压器的三相输出端分别连接有1个功率单元，所述移相变压器对所述第二三相交流电压进行移相后，得到第三三相交流电压的相位依次为-20°、0°和20°。

4.根据权利要求1所述的功率单元老化测试装置，其特征在于，还包括：

并网控制模块，所述并网控制模块用于在闭合所述断路器之前，对所述移相变压器输入端的输入电压进行检测，并对所述输入电压进行锁相后，控制所述断路器闭合。

5.根据权利要求4所述的功率单元老化测试装置，其特征在于，所述并网控制模块包括：

电压检测单元，用于在关闭所述断路器之前，对所述移相变压器输入端的输入电压进行检测；

锁相单元，用于对所述电压检测单元检测到的三相电压进行锁相；

并网控制单元，用于在所述锁相单元锁相完成后，控制所述断路器闭合。

6.根据权利要求1-5任一所述的功率单元老化测试装置，其特征在于，还包括：

电流控制模块，用于检测到所述断路器关闭后，检测三个功率单元输出的三相电流，并根据所述三相电流的大小控制所述功率单元工作在预设老化电流，使所述功率单元老化测试装置工作在电流源模式。

7.根据权利要求6所述的功率单元老化测试装置，其特征在于，所述电流控制模块包括：

电流检测单元，用于检测到所述断路器关闭后，检测三相功率单元输出的三相电流；

老化电流控制单元，用于根据所述电流检测单元检测得到的所述三相电流的大小，向各功率单元发送PWM控制信号，以控制各功率单元工作在预设老化电流。

8.一种功率单元老化测试方法，其特征在于，包括：

利用调压器对电网电压进行调压处理，得到第一三相交流电压；

利用升压变压器对所述调压器输出的所述第一三相交流电压进行升压处理，得到第二三相交流电压；

利用移相变压器对所述升压变压器输出的所述第二三相交流电压进行移相和升压处理，得到第三三相交流电压，将所述第三三相交流电压施加在所述移相变压器的三相输出端连接的三相功率单元，对所述三相功率单元进行老化测试，每相功率单元至少包括一个功率单元；

其中，所述三相功率单元的输出端与所述移相变压器的三相输入端之间连接有三个滤波电路，所述三个滤波电路用于对所述三相功率单元输出的老化电流进行滤波处理。

9.根据权利要求8所述的功率单元老化测试方法，其特征在于，所述三个滤波电路与所述升压变压器的三相输入端之间连接有断路器；

所述方法还包括：

在闭合所述断路器之前，对所述移相变压器输入端的输入电压进行检测，并对所述输入电压进行锁相后，控制所述断路器闭合。

10.根据权利要求9所述的功率单元老化测试方法，其特征在于，还包括：

检测到所述断路器关闭后，检测三相功率单元输出的三相电流；

根据检测得到的所述三相电流的大小，向各功率单元发送PWM控制信号，以控制各功率单元工作在预设老化电流。

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