CN102967787A - 一种动态机电混合系统的电磁干扰测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种动态机电系统的电磁干扰测试装置，其中测试装置包括电磁干扰测量室，在电磁干扰测量室内部设置的被测设备安装平台，在电磁干扰测量室外部设置的、通过穿壁管线与被测设备安装平台相连的冷却循环系统，电源管理系统和安全控制系统；其中：被测设备安装平台包括被测电机安装固定试验台架和/或被测控制设备安装测试桌；被测设备为电机，被控设备或电机与一种或多种控制设备的组合，其中控制设备为控制器、变频器或逆变器；水冷却循环系统对一个或多个被测设备进行单独或组合冷却，任选对设置在电磁干扰测量室外的设备进行单独或组合冷却。

Description

一种动态机电混合系统的电磁干扰测试装置

技术领域

本发明属于机电混合系统测试领域，涉及一种动态机电混合系统的电磁干扰测试装置。

背景技术

目前，机电混合系统(电传动系统)主要由发电机、功率控制装置(变频器)、牵引电动机及电子控制装置等组成，电传动技术多采用交流-直流-交流的能力转换形式，牵引电机为感应电机和永磁电机，应用了先进的控制技术和变流技术，动力源正逐步向混合动力方向发展，使得系统重量和体积逐步减小，起动扭矩大、过载能力和传动效率逐步提高。然而机电混合系统中大功率开关驱动器和高低压混合变频转换系统、高功率密度电机工作时都将产生严重的电磁干扰，仅靠目前采用的电磁干扰滤波器和屏蔽材料等一般的设计补救措施，很难从根本上解决机电复合传动系统的电磁干扰。由于供电体制的变化使系统的电磁干扰(EMI)日益严重，电磁兼容(EMC)技术及相应的抗干扰设计技术已经变得越来越重要。就系统本身来说，变频转换系统的干扰可能直接造成系统性能下降和硬件损坏，有时虽不能损坏系统的硬件，但常使微处理器的系统程序运行失控，导致控制失灵，从而造成电机失控和烧毁等严重故障。据国外有关报道，机电混合动力技术的使用，使得车辆的电磁兼容问题增加了3万到10万倍。因此，如何进行机电混合系统的动态电磁干扰特征测试，进而提出设计改进方案，提高系统的抗干扰能力和电磁兼容性是机电混合系统研制和应用过程中不可忽视的重要内容和关键技术之一。

随着车载电源电子系统与混合动力系统拓扑结构的复杂性日趋提高，需要在电磁兼容暗室环境中，建立一种动态试验装置来试验各类混合动力系统的各种部件，如电机、变频器(电源变换器)、电池管理系统及它们的组合等，以验证这类部件动态工作状态下的电磁兼容特性和设计。与以往在整车上试验相比，在该试验系统中进行混合驱动、燃料电池驱动及电驱动车辆的各类部件试验，既容易量化也方便定位问题，是一种效费比比较高的替代方案。目前还没有既能够单独进行电机、变频(转换)器电磁兼容试验又能够组合进行动态试验的装置，传统的台架试验方法有许多局限性，并且现有的测试设备中都未设有冷却系统。对于日益复杂机电混合系统而言，可操作性和电磁干扰源的定位都非常有限，不能准确的反映系统电磁干扰的情况。因此这种试验装置也被称为机电混合系统动态模拟电磁干扰测试平台。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种动态机电混合系统的电磁干扰试验装置，准确测量定位电机、变频器及组合系统的动态电磁干扰特征参数，采用了可组合、可调节的试验装置，并配合相应测试环境、冷却装置和控制软件，构建一种动态机电混合系统的电磁干扰试验装置，用于检验电机、变频器及组合的机电复合系统各种动态加负载条件下的电磁兼容特性。

本发明针对电机、变频器及其它们的组合拓扑结构，可以提供全部的硬件安装结构，通过连接负载测功机和模拟电机、车辆能源系统等负载，实现动态加载工作时，独立的电机、变频器电磁干扰特性测试，得到完全反映发电机、变频器真实的电磁干扰参数；实现机电混合系统的动态电磁兼容测试，提供准确的电磁干扰参数。特别针对高压大功率机电复合系统，提高了测试的准确性和安全性。

通过本发明提供的动态机电混合系统电磁干扰测试装置，既不改变电磁测量环境特性，又可以准确测量定位电机、变频器及组合系统的动态电磁干扰特征参数，提供了可组合、可调节的多种试验安装结构，配合相应冷却装置和控制软件，构造了机电混合系统动态工作条件。用于检验电机、变频器及组合的机电混合系统各种动态加负载条件下的电磁兼容特性。进行电磁干扰测试时，根据机电混合产品试验要求将被测设备安装在试验场地中，设备安装保证机电混合系统进行动态加载工作，设定冷却循环参数和负载调节参数及试验保护控制功能，保证机电混合系统动态加载时不产生过热现象；启动系统，检查运行时的状态，使其达到试验状态设定参数要求，连接测试设备进行电磁干扰特征测试。

附图说明

图1为本发明的机电混合系统的电磁干扰测试装置组成示意图；

图2为用本发明的电磁干扰测试装置测试机电混合系统的示意图；

图3为用本发明的电磁干扰测试装置测试变频器或逆变器的示意图；

图4为本发明冷却介质管道屏蔽结构的剖面图。

具体实施方式

本发明提供一种动态机电混合电磁干扰试验系统，既适用于机电混合系统的动态工作特点，又符合半电波暗室测试环境要求。

为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

实施例1

本发明第一实施例的动态机电混合系统的电磁干扰测试装置组成示意图如图1所示。

在图1中，附图标记1表示适用于机电混合系统特点的电磁干扰测量室，可以依据新版CISPR25标准在电磁干扰测量室1中构建动态测试环境。电磁干扰测量室1可以是半电波暗室。在第一实施例中，电磁干扰测量室1内设置被测设备安装平台。被测设备安装平台包括被测电机安装试验台架9和安装测试桌，测试桌上可以安放被测设备。电磁干扰测量室1的外部设置冷却循环系统4、电源管理系统3、给被测电机加载的负载测功机6、对测试系统进行控制的控制系统8等部件。被测设备安装平台与电源管理系统3电性连接，电缆穿壁处设置有电源滤波器2。其中，电源滤波器2为高压或者低压电源滤波器；电源管理系统3为一套车辆双向高压能源管理系统，可为下文描述的负载电机及逆变器试验时提供能源供应，并且可以将能量反向输入供电网络。

直连式屏蔽穿透轴7贯通电磁干扰测量室1的侧壁，将被测试电机和负载测功机6连接起来。模拟负载安装基座10上安装模拟负载电机，在电磁干扰测量室1的侧壁上设置波导管5，用于连接模拟负载的各种电源线和信号线。

直连式屏蔽穿透轴7、波导管5可以阻断负载测功机6或模拟负载电机产生的干扰，使得测试结果完全反映发电机等被测系统的真实干扰。

本发明的被测电机安装固定装置9具有水平和垂直位置调节装置，因此可以水平和垂直调节电机安装位置。另外，通过一个连接法兰和轴套连接电机，这样可以安装任一型号的电机。

做为本发明的改进，本发明的测试装置设置了一套循环冷却系统4，包括冷却装置以及冷却介质管道，冷却介质可以为水，对被测设备进行冷却。穿电磁干扰测量室(1)壁处的冷却介质管道的结构为，外层包覆非金属材料层，内部为蜂窝状波导。采用波导屏蔽结构11和非金属管道16组合而成，可以阻断外界电磁干扰，并能在暗室测试场地提供完整的冷却管路。通过设定冷却循环参数，可以保证机电混合系统动态加载时不产生过热现象。

本发明设置的控制系统8，进行光纤转换数据采集以及实时控制，控制系统8通过一套光纤转换装置负载测功机6、滤波器等部件连接起来进行控制，实现电机及测功系统的软停、硬停、急停等安全控制，并实现高压供电系统中的安全回路/断路系统控制。

实施例2

图2是本发明的一个具体实施方式的试验装置示意图。与第一实施例的图1相比，图2中显示出来，将被测试电机14固定在被测电机安装固定装置9上，被测试电机9通过法兰盘和轴套与直连式屏蔽穿透轴7连接，并接到负载测功机6。

调整整个电机安装固定系统(包括被测试电机14，被测电机安装固定装置9和直连式屏蔽穿透轴7)，使其旋转时不会发生滑转或空转，产生非真实状态和其它附加干扰的现象，待测电机和测功机之间通过传动轴直接输出动力，能够真实反映电机动态电磁干扰状态。

被测控制器13与变频器12分别安装在测试桌上，通过电缆将它们连接起来。其中，变频器12也可以为逆变器。电源管理系统3通过电源滤波器2向被测控制器13与变频器12供电。根据实际需要，电源滤波器2可为高压或者低压电源滤波器。

冷却循环系统4通过管道分别连接被测电机14、控制器13以及变频器12，通过水循环为其散热。

控制系统8中设置测试PC和控制PC，通过一套光纤控制被测系统并采集数据采。控制系统8可以对被测装置进行模式、功能控制及数据采集，并控制电机及测功系统的软停、硬停、急停等安全控制，实现对高压供电系统中的安全回路/断路系统控制。

实施例3

如图3所示，第三实施例的试验装置为单个部件变频器(或逆变器)的试验，被测部件变频器12安装在机电混合系统的电磁干扰测量环境1中的测试桌上，其中变频器12也可以为逆变器。由电源管理系统3通过电源滤波器2提供供电电源，根据实际需要，电源滤波器2为高压或者低压电源滤波器。变频器12的控制电缆通过波导管5与暗室外安装在模拟负载安装基座上的用户负载电机15相连，负载电机可以连接到机械或电负载上进行动态测试；冷却循环系统4通过管道连接管路连接被测变频器12，通过水循环为其散热，变频(转换)器控制和数据采集通过一套光纤转换数据采集以及实时控制系统8，将暗室内外的硬件和软件联系起来，通过用户接口安装设置用户控制软件，实现对变频器12进行功能控制及数据监控采集，通过光纤转换数据采集以及实时控制系统8中的软件控制实现对安装在模拟负载安装基座上的用户负载电机15相连装置的软停、硬停、急停等安全控制，实现对电源管理系统3和变频器12中高压供电系统中的安全回路/断路系统控制。

如图4所示，显示了本发明穿壁处冷却介质管道屏蔽结构的剖面图。连接管道包括包裹在外层的非金属管道16和波导屏蔽结构11。

综合本发明的具体实施方式，本发明通过以下技术方案实现的：

①构建符合机电混合系统动态工作的电磁测量环境，包含测试电机集成安装试验台架；负载测功机、一套双向高压车辆能源管理系统；具有屏蔽电磁功能的水冷却循环系统等，通过这些装置的设计处理，不影响暗室测量环境特性；

②采用轴贯通屏蔽体方式将电机、变频器分别连接负载或将它们的组合与动态负载连接；

③设定冷却循环参数和负载调节参数及试验保护控制功能，保证机电混合电机动态加载时不产生过热现象；

④启动系统，检查②③运行时的状态，使其达到试验状态设定参数要求，进行电磁干扰特征测试；

⑤对③进行重新设定，重复④的步骤进行测试，可得到不同状态、不同工况下电机、变频器及其它们的组合的电磁干扰特征。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种动态机电混合系统的电磁干扰测试装置，其特征在于，包括电磁干扰测量室(1)，在电磁干扰测量室(1)内部设置的被测设备安装平台，在电磁干扰测量室(1)外部设置的、通过穿壁管线与被测设备安装平台相连的冷却循环系统(4)和电源管理系统(3)，其中：

被测设备安装平台包括被测电机安装固定试验台架和/或被测控制设备安装测试桌；被测设备包括动态状态下的电机、控制设备或者电机与一种或多种控制设备的组合；冷却循环系统(4)对一个或多个被测设备进行单独或组合冷却，任选对设置在电磁干扰测量室(1)外的设备进行单独或组合冷却。

2.如权利要求1所述的动态机电系统测试装置，其特征在于，所述被测电机安装试验台架通过连接法兰和轴套安装待测电机。

3.如权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述电源管理系统为双向高压电源管理，通过滤波器为被测试设备提供电源，也可将电力反向输入供电网络。

4.如权利要求1所述的测试装置，其特征在于：冷却循环系统(4)包括冷却装置以及冷却介质管道；穿电磁干扰测量室(1)侧壁处的冷却介质管道外层包覆非金属材料层，内部为蜂窝状波导。

5.如权利要求4所述的测试装置，其特征在于：冷却循环系统(4)为水冷却循环系统。

6.如权利要求1～5所述的测试装置，其特征在于，当单独测试电机或电机与控制设备的组合时，直连式屏蔽穿透轴(7)贯通电磁干扰测量室(1)的侧壁，将固定在台架上的被测试电机与设置在电磁干扰测量室(1)外部设置的负载测功机(6)连接。

7.如权利要求1～5任一项权利要求所述的测试装置，其特征在于，当单独测试变频器或逆变器时，固定在测试桌上的变频器或逆变器通过穿壁位置处设有的波导管(5)与在电磁干扰测量室(1)外部设置的用户负载电机(15)连接。

8.如权利要求1～5任一项权利要求所述的测试装置，其特征在于，电磁干扰测量室(1)内外还设置有安全控制系统，其通过光纤转换将电磁干扰测量室(1)内外的设备联系起来，实现被测系统的模式控制及数据采集监控，同时实现电机及测功系统的软停、硬停、急停或高压供电系统中的安全回路/断路系统控制安全控制。

9.如权利要求1～5任一项权利要求所述的测试装置，其特征在于，电磁干扰测量室(1)为半电波暗室。

10.如权利要求1～5任一项权利要求所述的测试装置，其特征在于，所述控制设备为控制器、变频器或逆变器。

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