CN104280251A - 基于LabVIEW的节能型车辆牵引系统综合测试平台 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于LabVIEW的节能型车辆牵引系统综合测试平台，对被测牵引系统进行综合性能测试，所述的被测牵引系统包括被测逆变器、被测电机和被测制动电阻，所述的综合测试平台包括电网、整流单元、陪测逆变器、陪测电机、斩波器、DC/DC变流器、蓄能元件、LabVIEW测控系统、多片式飞轮组件和n/T传感器，所述的整流单元的输入端与电网连接，输出端分别连接被测逆变器、斩波器、DC/DC变流器和陪测逆变器。与现有技术相比，本发明方便地模拟城市轨道车辆的牵引和负载特性要求，可对牵引系统整体以及各子设备进行整体或分立式测试，同时采用蓄能元件额外储能的方式，增加了系统安全性，节省了电能。
Description
技术领域
本发明涉及一种牵引系统综合测试装置，尤其是涉及一种基于LabVIEW的节能型车辆牵引系统综合测试平台。
背景技术
城市轨道交通列车运行过程中，牵引系统的性能优劣直接影响列车运行的效率及安全性。在牵引系统装车前需要在专门的台架上进行全面的测试，主要包括牵引主逆变器测试、牵引电机测试及制动电阻测试。通常的做法是进行各设备的单独测试，然后再组装后进行系统测试，各分立设备测试台架的总体投资大，且不能够在牵引系统之间进行有效的互换性测试。另外，在测试过程中牵引电机会产生大量的再生制动能量，针对再生制动能量的做法通常有两种：一是直接在牵引系统自带的制动电阻上泻放，这样可保证直流母线不过压，确保系统的安全性，同时也用于针对制动电阻温升、变形量等参数的测试。二是回馈交流城市电网，形成能量的再利用。但第一种做法在仅针对逆变器或牵引电机测试的过程中形成了大量的电能浪费，并且增加了制动电阻的维修量，另外，制动电阻膜片的温升、变形也对系统形成一定的安全隐患。第二种做法节能了能源，但将能量回馈交流电网的方式形成了较大谐波，对电网造成了污染，需要增加谐波抑制器则增加了相应费用，并且逆变过程往往有上百个毫秒的延时，容易造成直流母线电压的过高。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种功能齐全、节约电能的基于LabVIEW的节能型车辆牵引系统综合测试平台，能够进行牵引系统整体及各子设备如牵引主逆变器、牵引电机、制动电阻的性能测试。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种基于LabVIEW的节能型车辆牵引系统综合测试平台，对被测牵引系统进行综合性能测试，所述的被测牵引系统包括被测逆变器、被测电机和被测制动电阻，所述的综合测试平台包括电网、整流单元、陪测逆变器、陪测电机、斩波器、DC/DC变流器、蓄能元件、LabVIEW测控系统、多片式飞轮组件和n/T传感器，所述的整流单元的输入端与电网连接，输出端分别连接被测逆变器、斩波器、DC/DC变流器和陪测逆变器，所述的LabVIEW测控系统分别连接被测逆变器、被测电机、被测制动电阻、陪测逆变器、陪测电机、斩波器、DC/DC变流器、蓄能元件、多片式飞轮组件和n/T传感器，所述的被测逆变器、被测电机、n/T传感器、多片式飞轮组件、陪测电机、陪测逆变器依次连接，所述的被测制动电阻与斩波器串联，所述的蓄能元件与DC/DC变流器串联；
整流元件将电网的三相交流电流整流为直流电输出，LabVIEW测控系统根据设定向被测逆变器、陪测逆变器、斩波器、DC/DC变流器或多片式飞轮组件发送控制信号对被测牵引系统进行测试，并采集被测牵引系统的测试参数，同时控制斩波器和DC/DC变流器的启停，实现再生能量的存储和泄放。
所述的被测逆变器、被测电机和被测制动电阻之间采用分立式结构。
所述的整流单元的输出端通过直流母线分别连接被测逆变器、斩波器、DC/DC变流器和陪测逆变器。
所述的多片式飞轮组件包括多片飞轮片和轴承支撑柱，所述的多片飞轮片设在轴承支撑柱上，各飞轮片之间通过牙嵌式或摩擦式电磁离合器连接，所述的多片式飞轮组件根据LabVIEW测控系统发出的指令控制多片飞轮片间的组合方式。
所述的LabVIEW测控系统对被测牵引系统进行测试具体为：
a)LabVIEW测控系统根据设定的车辆自重和载客量向多片式飞轮组件发送控制信号控制多片式飞轮组件的组合方式；
b)根据测试需求向斩波器和DC/DC变流器发送控制指令：进行制动电阻性能测试时控制斩波器启动、DC/DC变流器停止；进行逆变器和电机性能测试时，控制斩波器停止、DC/DC变流器启动；
c)进行逆变器和电机性能测试时，根据设定的牵引系统运行曲线向被测逆变器发送控制指令，使被测牵引系统模拟车辆牵引和制动指令曲线运行，同时根据设定的线路纵断面曲线及风阻公式向陪测逆变器发送控制指令，使陪测逆变器和陪测电机模拟车辆运行的负载阻力；
d)LabVIEW测控系统采集被测牵引系统的各项测试参数并保存。
所述的被测牵引系统的测试参数包括牵引电流、牵引电压、直流母线电压、转速、转矩、制动电流和制动电阻温升。
所述的LabVIEW测控系统实现再生能量的存储和泄放具体为：
进行制动电阻性能测试时控制斩波器启动、DC/DC变流器停止，将能量在被测制动电阻上泄放；进行逆变器和电机性能测试时，控制斩波器停止、DC/DC变流器启动，使再生能量存入蓄能元件；
LabVIEW测控系统采集蓄能元件的电压值，当蓄能元件的电压值达到设定值时，控制DC/DC变流器停止、斩波器启动，将能量在被测制动电阻上泄放；
当LabVIEW测控系统检测到直流母线电压下降到设定值以下时，LabVIEW测控系统控制DC/DC变流器启动，使蓄能元件中电能输出到直流母线。
所述的多片式飞轮组件通过联轴节连接陪测电机，所述的n/T传感器通过联轴节连接被测电机。
所述的多片式飞轮组件的多片飞轮片中，位于中间的飞轮片的直径大于位于两端的飞轮片的直径。
所述的蓄能元件包括超级电容或镍氢电池。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1)本发明功能齐全，能方便地模拟城市轨道车辆的牵引和负载特性要求，可对牵引系统整体以及各子设备进行整体或分立式测试；
2)本发明将测试过程中产生的电能回馈直流母线，同时采用蓄能元件额外储能的方式，增加了系统安全性，也大大节省了电能。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图1中：表示测试信号，表示控制信号；
图2为本发明多片式飞轮组件的结构示意图；
图3为本发明进行测试时的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，一种基于LabVIEW的节能型车辆牵引系统综合测试平台，对被测牵引系统进行综合性能测试，被测牵引系统包括被测逆变器1、被测电机2和被测制动电阻3，综合测试平台包括电网4、整流单元5、陪测逆变器6、陪测电机7、斩波器8、DC/DC变流器9、蓄能元件10、LabVIEW测控系统11、多片式飞轮组件12和n/T传感器13，整流单元5的输入端与电网4连接，输出端分别连接被测逆变器1、斩波器8、DC/DC变流器9和陪测逆变器6，LabVIEW测控系统11分别连接被测逆变器1、被测电机2、被测制动电阻3、陪测逆变器6、陪测电机7、斩波器8、DC/DC变流器9、蓄能元件10、多片式飞轮组件12和n/T传感器13，被测逆变器1、被测电机2、n/T传感器13、多片式飞轮组件12、陪测电机7、陪测逆变器6依次连接，被测制动电阻3与斩波器8串联，蓄能元件10与DC/DC变流器串9联，多片式飞轮组件12通过联轴节14连接陪测电机7，n/T传感器13通过联轴节14连接被测电机2。LabVIEW测控系统11根据设定向被测逆变器1、陪测逆变器6、斩波器8、DC/DC变流器9或多片式飞轮组件12发送控制信号对被测牵引系统进行测试，并采集被测牵引系统的测试参数，同时控制斩波器8和DC/DC变流器9的启停，实现再生能量的存储和泄放。
整流单元5的输出端通过直流母线分别连接被测逆变器、斩波器、DC/DC变流器和陪测逆变器，将电网的三相交流电流整流为直流电输出。
被测逆变器1、被测电机2和被测制动电阻3之间采用分立式结构，可进行独立测试也可作为车辆牵引主系统整体进行测试。
如图2所示，多片式飞轮组件12包括多片飞轮片15和轴承支撑柱16，所述的多片飞轮片15设在轴承支撑柱16上，各飞轮片15之间通过牙嵌式或摩擦式电磁离合器17连接。考虑到动平衡因素，多片式飞轮组件的多片飞轮片中，位于中间的飞轮片的直径大于位于两端的飞轮片的直径。多片式飞轮组件根据LabVIEW测控系统发出的指令控制多片飞轮片间的组合方式，在每次测试之前根据需要，在LabVIEW测控系统面板上进行设定。
DC/DC变流器9与蓄能元件10能够快速转换和存储测试过程电制动产生的再生电能，为下一次牵引时供能使用。蓄能元件10可采用超级电容或镍氢电池。
LabVIEW测控系统的功能包括：
A：采用用户界面导入运行曲线的方式，给被测逆变器发出指令，使被测牵引主系统模拟车辆牵引和制动指令曲线运行。采用用户界面导入线路纵断面曲线及风阻公式的方式，给陪测逆变器发出指令，使陪测逆变器和陪测电机模拟车辆运行的负载阻力。
B：根据用户测试需求进行斩波器和DC/DC变流器的启停控制，同时采集蓄能元件电压值和直流母线网压值与设定值进行比较，自动进行斩波器和DC/DC变流器的切换启停控制。
C：采集被测牵引系统及子设备各项参数，如牵引电流、牵引电压、直流母线电压、转速、转矩、制动电流、制动电阻温升等参数，进行数据存储和分析。
如图3所示，LabVIEW测控系统对被测牵引系统进行测试具体为：
a)参数设置：LabVIEW测控系统根据设定的车辆自重和载客量向多片式飞轮组件发送控制信号控制多片式飞轮组件的组合方式；
b)根据测试需求向斩波器和DC/DC变流器发送控制指令：进行制动电阻性能测试时控制斩波器启动、DC/DC变流器停止，将能量在被测制动电阻上泄放；进行逆变器和电机性能测试时，控制斩波器停止、DC/DC变流器启动，使再生能量存入蓄能元件；
c)进行逆变器和电机性能测试时，根据设定的牵引系统运行曲线向被测逆变器发送控制指令，使被测牵引系统模拟车辆牵引和制动指令曲线运行，同时根据设定的线路纵断面曲线及风阻公式向陪测逆变器发送控制指令，使陪测逆变器和陪测电机模拟车辆运行的负载阻力；
d)LabVIEW测控系统采集被测牵引系统的各项测试参数并保存，并判断被测牵引系统运行是否正常；
e)LabVIEW测控系统采集蓄能元件的电压值，当蓄能元件的电压值达到设定值时，控制DC/DC变流器停止、斩波器启动，将能量在被测制动电阻上泄放；
f)当LabVIEW测控系统检测到直流母线电压下降到设定值以下时，LabVIEW测控系统控制DC/DC变流器启动，使蓄能元件中电能输出到直流母线；
g)测试结束后，保存并分析数据，输出测试结果。
Claims (10)
1.一种基于LabVIEW的节能型车辆牵引系统综合测试平台，对被测牵引系统进行综合性能测试，所述的被测牵引系统包括被测逆变器、被测电机和被测制动电阻，其特征在于，所述的综合测试平台包括电网、整流单元、陪测逆变器、陪测电机、斩波器、DC/DC变流器、蓄能元件、LabVIEW测控系统、多片式飞轮组件和n/T传感器，所述的整流单元的输入端与电网连接，输出端分别连接被测逆变器、斩波器、DC/DC变流器和陪测逆变器，所述的LabVIEW测控系统分别连接被测逆变器、被测电机、被测制动电阻、陪测逆变器、陪测电机、斩波器、DC/DC变流器、蓄能元件、多片式飞轮组件和n/T传感器，所述的被测逆变器、被测电机、n/T传感器、多片式飞轮组件、陪测电机、陪测逆变器依次连接，所述的被测制动电阻与斩波器串联，所述的蓄能元件与DC/DC变流器串联；
整流元件将电网的三相交流电流整流为直流电输出，LabVIEW测控系统根据设定向被测逆变器、陪测逆变器、斩波器、DC/DC变流器或多片式飞轮组件发送控制信号对被测牵引系统进行测试，并采集被测牵引系统的测试参数，同时控制斩波器和DC/DC变流器的启停，实现再生能量的存储和泄放。
2.根据权利要求1所述的一种基于LabVIEW的节能型车辆牵引系统综合测试平台，其特征在于，所述的被测逆变器、被测电机和被测制动电阻之间采用分立式结构。
3.根据权利要求1所述的一种基于LabVIEW的节能型车辆牵引系统综合测试平台，其特征在于，所述的整流单元的输出端通过直流母线分别连接被测逆变器、斩波器、DC/DC变流器和陪测逆变器。
4.根据权利要求1所述的一种基于LabVIEW的节能型车辆牵引系统综合测试平台，其特征在于，所述的多片式飞轮组件包括多片飞轮片和轴承支撑柱，所述的多片飞轮片设在轴承支撑柱上，各飞轮片之间通过牙嵌式或摩擦式电磁离合器连接，所述的多片式飞轮组件根据LabVIEW测控系统发出的指令控制多片飞轮片间的组合方式。
5.根据权利要求1所述的一种基于LabVIEW的节能型车辆牵引系统综合测试平台，其特征在于，所述的LabVIEW测控系统对被测牵引系统进行测试具体为：
a)LabVIEW测控系统根据设定的车辆自重和载客量向多片式飞轮组件发送控制信号控制多片式飞轮组件的组合方式；
b)根据测试需求向斩波器和DC/DC变流器发送控制指令：进行制动电阻性能测试时控制斩波器启动、DC/DC变流器停止；进行逆变器和电机性能测试时，控制斩波器停止、DC/DC变流器启动；
c)进行逆变器和电机性能测试时，根据设定的牵引系统运行曲线向被测逆变器发送控制指令，使被测牵引系统模拟车辆牵引和制动指令曲线运行，同时根据设定的线路纵断面曲线及风阻公式向陪测逆变器发送控制指令，使陪测逆变器和陪测电机模拟车辆运行的负载阻力；
d)LabVIEW测控系统采集被测牵引系统的各项测试参数并保存。
6.根据权利要求5所述的一种基于LabVIEW的节能型车辆牵引系统综合测试平台，其特征在于，所述的被测牵引系统的测试参数包括牵引电流、牵引电压、直流母线电压、转速、转矩、制动电流和制动电阻温升。
7.根据权利要求3所述的一种基于LabVIEW的节能型车辆牵引系统综合测试平台，其特征在于，所述的LabVIEW测控系统实现再生能量的存储和泄放具体为：
进行制动电阻性能测试时控制斩波器启动、DC/DC变流器停止，将能量在被测制动电阻上泄放；进行逆变器和电机性能测试时，控制斩波器停止、DC/DC变流器启动，使再生能量存入蓄能元件；
LabVIEW测控系统采集蓄能元件的电压值，当蓄能元件的电压值达到设定值时，控制DC/DC变流器停止、斩波器启动，将能量在被测制动电阻上泄放；
当LabVIEW测控系统检测到直流母线电压下降到设定值以下时，LabVIEW测控系统控制DC/DC变流器启动，使蓄能元件中电能输出到直流母线。
8.根据权利要求1所述的一种基于LabVIEW的节能型车辆牵引系统综合测试平台，其特征在于，所述的多片式飞轮组件通过联轴节连接陪测电机，所述的n/T传感器通过联轴节连接被测电机。
9.根据权利要求4所述的一种基于LabVIEW的节能型车辆牵引系统综合测试平台，其特征在于，所述的多片式飞轮组件的多片飞轮片中，位于中间的飞轮片的直径大于位于两端的飞轮片的直径。
10.根据权利要求1所述的一种基于LabVIEW的节能型车辆牵引系统综合测试平台，其特征在于，所述的蓄能元件包括超级电容或镍氢电池。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| AV01 | Patent right actively abandoned |
Granted publication date: 20160217 Effective date of abandoning: 20231227 |
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| AV01 | Patent right actively abandoned |
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| AV01 | Patent right actively abandoned | ||
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