CN106291397A - 船用电源自动测试装置及其测试方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及船用电源测试领域，公开了一种船用电源自动测试装置，包括自动测试平台、电网、蓄电池组、负载和计算机，自动测试平台包括电流变换器、电压变换器和温度变换器；电网与所述自动测试平台相连；蓄电池组与所述自动测试平台相连；负载与所述自动测试平台相连；计算机与所述自动测试平台相连，所述计算机通过所述电流变换器、电压变换器和温度变换器采集所述船用电源的测试参数，并控制所述电网、蓄电池组和负载的启动和参数调节，且所述计算机还控制所述船用电源的启动和参数调节。还提供一种测试船用电源的方法。本发明能够自动测试船用电源模块功能。

Description

船用电源自动测试装置及其测试方法
技术领域
本发明涉及船用电源测试领域，具体涉及一种船用电源自动测试装置及其测试方法。
背景技术
目前常用的船用电源主要包括三个基本模块：PFC(Power Factor Correction，功率因数校正)整流模块、DC/DC充放电模块和DC/AC逆变模块。针对船用电源的测试主要对这三个基本模块的功能测试。
针对上述测试项目，传统的测试方法主要还是靠手工测试，即操作人员通过示波器去逐点检测上述三个基本模块的电压电流值，而且在每个基本模块的测试环节中，需要关闭或者开启相应的模块才能进行，这时仍然是靠手工去开启和关闭这些模块。此外，为了获得最优的控制方式，也是通过手动去修改代码来实现，但是手动修改代码其导致的问题常常会带来的隐患，而且不易察觉，后果严重时会导致炸管和元器件的烧坏。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种安全无隐患能自动测试船用电源模块功能的船用电源自动测试装置。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是，包括：
自动测试平台，其包括电流变换器、电压变换器和温度变换器；
电网，其与所述自动测试平台相连；
蓄电池组，其与所述自动测试平台相连；
负载，其与所述自动测试平台相连；以及
计算机，其与所述自动测试平台相连，所述计算机通过所述电流变换器、电压变换器和温度变换器采集所述船用电源的测试参数，并控制所述电网、蓄电池组和负载的启动和参数调节，且所述计算机还控制所述船用电源的启动和参数调节。
在上述技术方案的基础上，所述计算机和自动测试平台通过CAN总线通信。
本发明还提供一种测试船用电源的方法，包括以下步骤：
启动电网、蓄电池组和负载，利用自动测试平台和船用电源内的控制器各自采集船用电源的电流参数和电压参数，规定电流和电压的误差范围，以自动测试平台采集的数据为基准计算船用电源内的控制器采集到的数据的误差，调节船用电源的电流传感器和电压传感器，使电流和电压误差在误差范围内；
若船用电源的电流传感器和电压传感器的测量精度达到要求，利用计算机关闭蓄电池组和负载，启动PFC整流模块，测试PFC整流功能；
测试完PFC整流功能后，利用计算机启动蓄电池组和DC/DC充放电模块，测试DC/DC充放电功能；
测试完DC/DC充放电功能后，利用计算机关闭电网和PFC整流模块，启动DC/AC逆变模块和负载，测试DC/AC逆变功能。
在上述技术方案的基础上，所述采集的船用电源的电流参数和电压参数包括电网输入电流I1和电网输入电压U1、PFC输出电流I2和PFC输出电压U2、电池侧电流I3和电池侧电压U3、DC/AC逆变输入电流I4和DC/AC逆变输入电压U4，以及负载侧输出电流I5和负载侧输出电压U5。
在上述技术方案的基础上，将所述电网的电压从100V分6次每次增加20V逐渐增加到220V，所述自动测试平台和船用电源内的控制器各自采集在不同电压下的电网输入电流I1和电网输入电压U1、PFC输出电流I2和PFC输出电压U2、电池侧电流I3和电池侧电压U3、DC/AC逆变输入电流I4和DC/AC逆变输入电压U4，以及负载侧输出电流I5和负载侧输出电压U5，调节船用电源的电流传感器和电压传感器，当电网电压变化时保证船用电源内的控制器采集的电流参数和电压参数均在误差范围内。
在上述技术方案的基础上，所述测试PFC整流功能的步骤包括记录I1、I2、U1和U2关于时间的从启动到稳定的曲线，并记录稳定后I2和U2的最大值，设定I2和U2的规定值，调节PFC整流模块的控制参数，使I2和U2在规定值范围内，记录I1和U1关于时间的交流曲线，设定I1和U1的规定值，分析I1和U1关于时间的交流曲线的相位差，根据相位差计算输入功率因素Q，设定功率因素Q的规定值，调节PFC整流模块的控制参数，使功率因素Q在规定值范围内。
在上述技术方案的基础上，所述测试DC/DC充放电功能的步骤包括记录I3和U3关于时间的交流曲线，设定I3和U3的规定值，调节DC/DC充放电模块的控制参数，使I3和U3关于时间的交流曲线的交流分量在规定值范围内。
在上述技术方案的基础上，所述测试DC/AC逆变功能的步骤包括记录I3、U3、I4、U4、I5、U5关于时间的交流曲线，调节DC/AC逆变模块的控制参数，使I3的交流分量和最大放电电流在规定值内，设定I4和U4的规定值，同时使I4和U4的最大值在规定值内。
在上述技术方案的基础上，所述测试船用电源的方法还包括在测试DC/AC逆变功能后的负载变动功能测试，所述负载变动功能测试的步骤包括利用计算机启动电网和PFC整流模块，调节负载使其在空载到满载之间波动，记录I1、U1、I2、U2、I3、U3、I4、U4、I5和U5在负载波动过程中的测试值，若所有测试值均在其对应的规定值内波动，则满足要求，若测试值超出规定值范围，则调节PFC整流模块、DC/DC充放电模块和或DC/AC逆变模块的控制参数。
在上述技术方案的基础上，所述测试船用电源的方法还包括在测试负载变动功能后的整机温度测试，所述整机温度测试的步骤包括利用计算机启动电网、蓄电池组、负载、PFC整流模块、DC/DC充放电模块和DC/AC逆变模块，调节负载到满载，整机工作a小时，在工作的a小时内，每隔b分钟利用温度变换器记录一次母线电容的温度T1、蓄电池组的温度T2、DC/AC逆变模块中绝缘栅双极型晶体管的温度T3和负载的温度T4，设定所述T1、T2、T3和T4的规定值，调节船用电源的风扇的转速，使T1、T2、T3和T4在规定值范围内。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明中的船用电源自动测试装置包括自动测试平台、电网、蓄电池组、负载和计算机，其中电网、蓄电池组、负载和计算机均与自动测试平台相连，自动测试平台设有电流变换器、电压变换器和温度变换器。和传统测试船用电源的方式相比，本发明中在测试船用电源的过程中，全程通过计算机控制电网、蓄电池组、负载、PFC整流模块、DC/DC充放电模块和DC/AC逆变模块的启动和关闭以及参数调节。其操作方便可靠，不会带来安全隐患。
附图说明
图1为本发明中船用电源自动测试装置的结构框图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
参见图1所示，本发明提供一种船用电源自动测试装置，其包括自动测试平台、电网、蓄电池组、负载和计算机。
自动测试平台，其包括电流变换器、电压变换器和温度变换器。电网、蓄电池组、负载和计算机均与自动测试平台相连。本发明中计算机可以通过自动测试平台上的电流变换器、电压变换器、温度变换器采集船用电源的各个测试参数。并且可以通过和自动测试平台进行CAN总线通信，控制电网、蓄电池组和负载的启动和调节参数。此外计算机还能控制船用电源三个基本模块的启动和参数调节。
本发明中的船用电源包括三个基本模块：PFC整流模块，DC/DC充放电模块，DC/AC逆变模块。其中电网交流电压经过PFC整流模块变换为直流母线电压，直流母线电压经过DC/DC充放电模块变换为电池充电电压，在电网断电时，电池电压经过DC/DC充放电模块反向工作变换为母线电压，最后母线电压经过DC/AC逆变模块逆变成交流电压供负载使用。
从交流电网接入电源，电网输入电源的电压电流值定义为U1、I1。经过电源第一级PFC整流变换为直流电压，PFC输出的电压电流值定义为U2、I2。电源第二级DC/DC充放电将PFC整流后的电压变换为电池充放电电压，电池侧的电压电流值定义为U3、I3。电源第三级DC/AC变换将母线电压逆变为稳定的交流电压接入负载，定义DC/AC逆变输入的电压和电流为U4、I4，负载侧输出的电压电流定义为U5、I5。定义母线电容的温度为T1，蓄电池组的温度为T2，DC/AC逆变模块中IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)的温度为T3，负载的温度为T4。
本发明中在测试船用电源的过程中，全程通过计算机控制电网、蓄电池组、负载、PFC整流模块、DC/DC充放电模块和DC/AC逆变模块的启动和关闭。其操作方便可靠，不会带来安全隐患。
本发明还提供一种利用上述船用电源自动测试装置测试船用电源的方法，其包括以下步骤。
将电网与PFC整流模块相连、将蓄电池组与DC/DC充放电模块相连、将负载与DC/AC逆变模块相连。启动电网、蓄电池组和负载，利用自动测试平台和船用电源内的控制器各自采集船用电源的电流参数和电压参数，规定电流和电压的误差范围，以自动测试平台采集的数据为基准计算船用电源内的控制器采集到的数据的误差，调节船用电源的电流传感器和电压传感器，使电流和电压误差在误差范围内。
本发明中采集的船用电源的电流参数和电压参数包括电网输入电流I1和电网输入电压U1、PFC输出电流I2和PFC输出电压U2、电池侧电流I3和电池侧电压U3、DC/AC逆变输入电流I4和DC/AC逆变输入电压U4，以及负载侧输出电流I5和负载侧输出电压U5。
为了更准确的校准船用电源的电流传感器和电压传感器，本发明采用将电网的电压从100V分6次每次增加20V逐渐增加到220V的方式，利用自动测试平台和船用电源内的控制器各自采集在不同电压下的电网输入电流I1和电网输入电压U1、PFC输出电流I2和PFC输出电压U2、电池侧电流I3和电池侧电压U3、DC/AC逆变输入电流I4和DC/AC逆变输入电压U4，以及负载侧输出电流I5和负载侧输出电压U5，然后调节船用电源的电流传感器和电压传感器，当电网电压变化时保证船用电源内的控制器采集的电流参数和电压参数均在误差范围内。
若船用电源的电流传感器和电压传感器的测量精度达到要求，利用计算机关闭蓄电池组和负载，启动PFC整流模块，测试PFC整流功能。本发明中测试PFC整流功能的步骤包括记录I1、I2、U1和U2关于时间的从启动到稳定的曲线，并记录稳定后I2和U2的最大值，设定I2和U2的规定值，调节PFC整流模块的控制参数，使I2和U2在规定值范围内，记录I1和U1关于时间的交流曲线，设定I1和U1的规定值，分析I1和U1关于时间的交流曲线的相位差，根据相位差计算输入功率因素Q(在交流电路中，电压与电流之间的相位差的余弦叫做功率因数)。设定功率因素Q的规定值，调节PFC整流模块的控制参数，使功率因素Q在规定值范围内。
测试完PFC整流功能后，利用计算机启动蓄电池组和DC/DC充放电模块，测试DC/DC充放电功能。本发明中测试DC/DC充放电功能的步骤包括记录I3和U3关于时间的交流曲线，设定I3和U3的规定值，调节DC/DC充放电模块的控制参数，使I4和U4关于时间的交流曲线的交流分量在规定值范围内。
测试完DC/DC充放电功能后，利用计算机关闭电网和PFC整流模块，启动DC/AC逆变模块和负载，测试DC/AC逆变功能。本发明中测试DC/AC逆变功能的步骤包括记录I3、U3、I4、U4、I5和U5关于时间的交流曲线，设定I5和U5的规定值，调节DC/AC逆变模块的控制参数，使I3的交流分量和最大放电电流在规定值内，同时使I5和U5的最大值在规定值内。
为了能够让船用电源在负载发生突变的情况下仍能正常工作。本发明中的测试船用电源的方法还包括在测试DC/AC逆变功能后的负载变动功能测试，负载变动功能测试的步骤包括利用计算机启动电网和PFC整流模块，调节负载使其在空载到满载之间波动，记录I1、U1、I2、U2、I3、U3、I4、U4、I5和U5在负载波动过程中的测试值，若所有测试值均在其对应的规定值内波动，则满足要求，若测试值超出规定值范围，则根据实际情况调节船用电源的三个基本模块的控制参数。
为了能够让整机一直在合适的温度下工作，本发明中的测试船用电源的方法还包括在测试负载变动功能后的整机温度测试，整机温度测试的步骤包括利用计算机启动电网、蓄电池组、负载、PFC整流模块、DC/DC充放电模块和DC/AC逆变模块，调节负载到满载，整机工作a小时，在工作的a小时内，每隔b分钟利用温度变换器记录一次母线电容的温度T1、蓄电池组的温度T2、DC/AC逆变模块中绝缘栅双极型晶体管的温度T3和负载的温度T4，本发明中a为12小时，b为15分钟。设定所述T1、T2、T3和T4的规定值，调节船用电源的风扇的转速，使T1、T2、T3和T4在规定值范围内。
本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种船用电源自动测试装置，其特征在于，包括：
自动测试平台，其包括电流变换器、电压变换器和温度变换器；
电网，其与所述自动测试平台相连；
蓄电池组，其与所述自动测试平台相连；
负载，其与所述自动测试平台相连；以及
计算机，其与所述自动测试平台相连，所述计算机通过所述电流变换器、电压变换器和温度变换器采集所述船用电源的测试参数，并控制所述电网、蓄电池组和负载的启动和参数调节，且所述计算机还控制所述船用电源的启动和参数调节。
2.如权利要求1所述的船用电源自动测试装置，其特征在于：所述计算机和自动测试平台通过CAN总线通信。
3.一种利用权利要求1所述的船用电源自动测试装置测试船用电源的方法，其特征在于，包括以下步骤：
启动电网、蓄电池组和负载，利用自动测试平台和船用电源内的控制器各自采集船用电源的电流参数和电压参数，规定电流和电压的误差范围，以自动测试平台采集的数据为基准计算船用电源内的控制器采集到的数据的误差，调节船用电源的电流传感器和电压传感器，使电流和电压误差在误差范围内；
若船用电源的电流传感器和电压传感器的测量精度达到要求，利用计算机关闭蓄电池组和负载，启动PFC整流模块，测试PFC整流功能；
测试完PFC整流功能后，利用计算机启动蓄电池组和DC/DC充放电模块，测试DC/DC充放电功能；
测试完DC/DC充放电功能后，利用计算机关闭电网和PFC整流模块，启动DC/AC逆变模块和负载，测试DC/AC逆变功能。
4.如权利要求3所述的测试船用电源的方法，其特征在于：所述采集的船用电源的电流参数和电压参数包括电网输入电流I1和电网输入电压U1、PFC输出电流I2和PFC输出电压U2、电池侧电流I3和电池侧电压U3、DC/AC逆变输入电流I4和DC/AC逆变输入电压U4，以及负载侧输出电流I5和负载侧输出电压U5。
5.如权利要求4所述的测试船用电源的方法，其特征在于：将所述电网的电压从100V分6次每次增加20V逐渐增加到220V，所述自动测试平台和船用电源内的控制器各自采集在不同电压下的电网输入电流I1和电网输入电压U1、PFC输出电流I2和PFC输出电压U2、电池侧电流I3和电池侧电压U3、DC/AC逆变输入电流I4和DC/AC逆变输入电压U4，以及负载侧输出电流I5和负载侧输出电压U5，调节船用电源的电流传感器和电压传感器，当电网电压变化时保证船用电源内的控制器采集的电流参数和电压参数均在误差范围内。
6.如权利要求4所述的测试船用电源的方法，其特征在于：所述测试PFC整流功能的步骤包括记录I1、I2、U1和U2关于时间的从启动到稳定的曲线，并记录稳定后I2和U2的最大值，设定I2和U2的规定值，调节PFC整流模块的控制参数，使I2和U2在规定值范围内，记录I1和U1关于时间的交流曲线，设定I1和U1的规定值，分析I1和U1关于时间的交流曲线的相位差，根据相位差计算输入功率因素Q，设定功率因素Q的规定值，调节PFC整流模块的控制参数，使功率因素Q在规定值范围内。
7.如权利要求6所述的测试船用电源的方法，其特征在于：所述测试DC/DC充放电功能的步骤包括记录I3和U3关于时间的交流曲线，设定I3和U3的规定值，调节DC/DC充放电模块的控制参数，使I3和U3关于时间的交流曲线的交流分量在规定值范围内。
8.如权利要求7所述的测试船用电源的方法，其特征在于：所述测试DC/AC逆变功能的步骤包括记录I3、U3、I4、U4、I5、U5关于时间的交流曲线，调节DC/AC逆变模块的控制参数，使I3的交流分量和最大放电电流在规定值内，设定I4和U4的规定值，同时使I4和U4的最大值在规定值内。
9.如权利要求8所述的测试船用电源的方法，其特征在于：所述测试船用电源的方法还包括在测试DC/AC逆变功能后的负载变动功能测试，所述负载变动功能测试的步骤包括利用计算机启动电网和PFC整流模块，调节负载使其在空载到满载之间波动，记录I1、U1、I2、U2、I3、U3、I4、U4、I5和U5在负载波动过程中的测试值，若所有测试值均在其对应的规定值内波动，则满足要求，若测试值超出规定值范围，则调节PFC整流模块、DC/DC充放电模块和或DC/AC逆变模块的控制参数。
10.如权利要求9所述的测试船用电源的方法，其特征在于：所述测试船用电源的方法还包括在测试负载变动功能后的整机温度测试，所述整机温度测试的步骤包括利用计算机启动电网、蓄电池组、负载、PFC整流模块、DC/DC充放电模块和DC/AC逆变模块，调节负载到满载，整机工作a小时，在工作的a小时内，每隔b分钟利用温度变换器记录一次母线电容的温度T1、蓄电池组的温度T2、DC/AC逆变模块中绝缘栅双极型晶体管的温度T3和负载的温度T4，设定所述T1、T2、T3和T4的规定值，调节船用电源的风扇的转速，使T1、T2、T3和T4在规定值范围内。
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