CN107728061A - 电传动试验装置及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电传动试验装置及系统，包括：输入单元，输入单元具有：用于连接电网的交流端、连接共直流母线的直流端；共直流母线，其一侧与输入单元的直流端相连，另一侧与平行的多个双向变流单元相连，用于形成内部能量循环的通道；多个双向变流单元，其一端连接共直流母线，另一端与开关组相连；开关组，用于选择性接通多个双向变流单元中的一个或者多个至试验平台的被测试电机、陪试机上，以形成能量循环通道；控制单元，与输入单元、双向变流单元、开关组分别通信连接，用于控制电传动试验装置的工作状态。其具有良好的替换及扩充能力，极大程度地减小对输入单元的功率需求，达到节能的效果，也减少了对电网的干扰。
Description
技术领域
本发明涉及电传统领域，特别地，涉及一种电传动试验装置及系统。
背景技术
目前，随着全球能源危机与环境污染的日益加重，新能源汽车的发展已经成为未来汽车工业的发展方向之一。电动汽车是新能源汽车的重要发展方向，而汽车电机则是电动汽车的重要部件，其性能直接影响汽车的启动、加速和行驶品质。常规汽车电机可以选用直流电机、感应电机、永磁同步电机和开关磁阻电机等，电机电压类型不一样，其供电电源也有较大差异。电机性能的测试是目前评估电机参数的重要手段与方法。电机测试平台供电系统对电机的测试有着异常重要的作用。针对不同类型车辆的电机容量不同，跨度也较大，传统的试验设备往往不同同时满足。
图1示出了现有的新能源汽车传动试验系统的结构示意图；参照图1，电源供电经变压器1’连接交流母线2’，再依次经整流单元3’整流、DC/DC单元4’变流后供给试验电机驱动器5’，并驱动试验电机6’运转，试验电机6’通过联轴器7’与陪试机8’相连，产生的电能通过整流逆变单元9’后回馈到电网。该方案中，能量的主要流通途径为：交流电网→直流→直流调节→试验样机→测功机(陪试机)→整流逆变→交流电网，能量在上述多个单元间形成一个很大的循环圈。但该系统对试验进线和出线端的整流逆变单元9’容量要求大，不仅需要增加设备投资，多个环节也增加了整流逆变过程中能量的损耗，此外，由于直接回馈电网，还会给电网带来谐波较大的干扰。
现有的试验系统，在进行电机容量跨度较大的试验时，通常需要由不同测试容量的平台进行试验，降低了试验设备的通用性需求。此外，在不同类型的电机试验时，需要配备多台不同供电方式的电源为测试平台供电，还需要进行大量物理接线的转接，不仅费时费力，增加了实验室占地面积，也增加了设备的投入费用。
发明内容
本发明提供了一种电传动试验装置及系统，以解决现有的试验系统对试验进线和出线端的整流逆变单元容量要求大、且无法满足不同测试容量的通用性试验需求的技术问题。
本发明采用的技术方案如下：
根据本发明的一个方面，提供一种电传动试验装置，包括：
输入单元，输入单元具有：用于连接电网的交流端、连接共直流母线的直流端，输入单元用于从电网经有源整流方式将交流电转换为直流电送至共直流母线及用于在共直流母线上电压高于设定阈值时将共直流母线上的直流电能回馈至电网；
共直流母线，其一侧与输入单元的直流端相连，另一侧与平行的多个双向变流单元相连，用于形成内部能量循环的通道；
多个双向变流单元，其一端连接共直流母线，另一端与开关组相连；
开关组，用于选择性接通多个双向变流单元中的一个或者多个至试验平台的被测试电机、陪试机上，以形成能量循环通道；
控制单元，与输入单元、双向变流单元、开关组分别通信连接，用于控制电传动试验装置的工作状态。
进一步地，开关组包括用于串接各双向变流单元与试验平台的多组串接支路，每组串接支路包括两个相连的串联开关，还包括用于控制相邻两组串接支路是否连通的并联开关，并联开关连接于对应的串接支路上两个串联开关之间。
进一步地，双向变流单元包括半导体控制组件，用于将共直流母线的直流电经开关组后输出给试验平台或者经开关组从试验平台回收电能给共直流母线。
进一步地，双向变流单元包括用于控制其半导体控制组件工作模式的第一控制模块，第一控制模块与控制单元通信连接，用于控制双向变流单元处于PWM变频电源、正弦波变频电源、可调直流电源及电池模拟器中的任一工作模式。
进一步地，双向变流单元包括用于对输出的电源进行滤波处理的滤波器。
进一步地，输入单元设有第二控制模块，第二控制模块与控制单元通信连接，用于控制输入单元的能量输出的切换。
进一步地，开关组设有第三控制模块，第三控制模块与控制单元通信连接，用于通过开关组的逻辑开断控制双向变流单元独立运行或者并联组合运行。
进一步地，控制单元还用于对多个双向变流单元中出现故障的单元进行电气隔离。
根据本发明的另一方面，还提供一种电传动试验系统，包括试验平台，试验平台上设有被测试电机、陪试机，被测试电机与陪试机之间经联轴器连接，还包括上述的电传动试验装置。
进一步地，本发明电传动试验系统还包括用于检测被测试电机和/或陪试机对应的工作参数的采集单元，采集单元通信连接控制单元。
本发明具有以下有益效果：
本发明电传动试验装置及系统，通过采用多个双向变流单元共用共直流母线的方式，且多个双向变流单元经开关组连通试验平台上的被测试电机、陪试机，形成能量循环通道，使得试验装置及系统具有良好的替换及扩充能力，极大程度地减小对输入单元的功率需求，大大降低了电网端整流逆变单元的容量要求，达到节能的效果，也减少了对电网的干扰。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是现有的新能源汽车传动试验系统的结构示意图；
图2是本发明优选实施例电传动试验系统的结构示意图；
图3是本发明优选实施例并联组网的原理示意图。
附图标记说明：
1、输入单元；2、共直流母线；
3、双向变流单元；4、开关组；
5、试验平台；51、被测试电机；52、联轴器；53、陪试机；
6、控制单元；
311、第一支路双向变流单元；312、第二支路双向变流单元；
41A、第一支路第一开关；41B、第一支路第二开关；
42A、第二支路第一开关；42B、第二支路第二开关；
412、第一支路和第二支路连接开关；
423、第二支路和第三支路连接开关。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
参照图2及图3，本发明的优选实施例提供了一种电传动试验装置，包括：
输入单元1，输入单元1具有：用于连接电网的交流端、连接共直流母线2的直流端，输入单元1用于从电网经有源整流方式将交流电转换为直流电送至共直流母线2及用于在共直流母线2上电压高于设定阈值时将共直流母线2上的直流电能回馈至电网；
共直流母线2，其一侧与输入单元1的直流端相连，另一侧与平行的多个双向变流单元3相连，用于形成内部能量循环的通道；
多个双向变流单元3，其一端连接共直流母线2，另一端与开关组4相连；
开关组4，用于选择性接通多个双向变流单元3中的一个或者多个至试验平台5的被测试电机51、陪试机53上，以形成能量循环通道；
控制单元6，与输入单元1、双向变流单元3、开关组4分别通信连接，用于控制电传动试验装置的工作状态。
本实施例，通过采用多个双向变流单元共用共直流母线的方式，且多个双向变流单元经开关组连通试验平台上的被测试电机、陪试机，形成能量循环通道，使得试验装置及系统具有良好的替换及扩充能力，极大程度地减小对输入单元的功率需求，大大降低了电网端整流逆变单元的容量要求，达到节能的效果，也减少了对电网的干扰。
本实施例中，输入单元1的交流端与电网相连，直流端与共直流母线2相连。优选地，输入单元1根据需求决定是否串行变压器。本实施例输入单元1具有双向能量流动，可以从电网吸收能量，也可以在共直流母线电压高于设定值时候反馈回电网。优选地，输入单元1设有第二控制模块，第二控制模块与控制单元6通信连接，用于控制输入单元1的能量输出的切换，即实现由电网下负载供电或者经负载回馈能量给电网间的切换。
本实施例中，共直流母线2作为内部能量循环的主要通道，可分别向各个双向变流单元3供电，也可以把双向变流单元3反馈的多余电能供给需要其他需要注入能量的双向变流单元或者在超过预设值时通过输入单元1反馈回电网。
本实施例中，双向变流单元3一端与共直流母线2相连，另一端与开关组4相连。本实施例中，双向变流单元3包括半导体控制组件，用于将共直流母线2的直流电经开关组4后输出给试验平台5或者经开关组4从试验平台5回收电能给共直流母线2。优选地，双向变流单元3包括用于控制其半导体控制组件工作模式的第一控制模块，第一控制模块与控制单元6通信连接，用于控制双向变流单元3处于PWM变频电源、正弦波变频电源、可调直流电源及电池模拟器中的任一工作模式。
共直流母线2的直流电经变流单元逆变整流后可根据第一控制模块的控制需求，调整内部各电气元件的工作状态，选择性输出PWM变频电源、正弦变频电源、可调直流电源和充当电池模拟器，也可以把负载端产生的多余能量整流后回馈到共直流母线2上。优选地，为了使得系统具备四象限运行的能力，半导体开关选用的是IGBT器件。为了消除整流器对电网的谐波污染，每个整流单元都配备有滤波器。双向变流单元能在较宽的频率与电压范围内，输出满合格的变频电源(HVF<1.5％，THD<5％)。每个双向变流单元均有独立的第一控制模块，可以检测、控制和保护变流器。双向变流单元的第一控制模块与控制单元6通过可靠的通讯连接，并受控制单元6的控制。当选择相邻的几个变流单元并联协同工作时候，并联的变流单元将统一到同一种工作模式，输出容量等于各变流单元之和。
本实施例中，开关组4包括用于串接各双向变流单元3与试验平台5的多组串接支路，每组串接支路包括两个相连的串联开关，还包括用于控制相邻两组串接支路是否连通的并联开关，并联开关连接于对应的串接支路上两个串联开关之间。
图2及图3示出了第一支路双向变流单元311、第二支路双向变流单元312，后续的双向变流单元依次类推；还示出了第一支路第一开关41A、第一支路第二开关41B、第二支路第一开关42A、第二支路第二开关42B、第一支路和第二支路连接开关412、第二支路和第三支路连接开关423，后续开关依次类推。
本实施例中，开关组4由多组开关组成，主要分为与各双向变流单元串联的两组串联开关以及控制相邻两变流单元的支路连通的并联开关。默认模式下，如图2所示，相连两变流单元之间的并联开关处于打开状态，对应串接支路上的两串联开关处于闭合状态，可以根据需求任选两路，一路连接被测试电机51，另一路连接陪试机53便可组成能量回馈系统。当需要提供大容量时候，可以把相当容量相邻各路之间的开关闭合，选择一适用的输出端连接被测试电机51，选择另一相当容量相邻支路组合连接陪试机53，便可形成较大容量试验系统(参见图3)。当需要进行堵转等需要更大容量时候，可以通过控制系统内所有变流单元并联后输出给被测试电机51。
当形成能量回路的时候，被测试电机51消耗的绝大部分能量来自于陪试机53产生的能量，而总进线仅仅只需提供系统的能量损耗，实际使用过程中实际损耗的能量往往在30％以下，大量节省了试验过程中的电能消耗。
优选地，开关组4设有第三控制模块，第三控制模块与控制单元6通信连接，用于通过开关组4的逻辑开断控制双向变流单元3独立运行或者并联组合运行。
本实施例采用共直流母线模式，选用多组小容量多功能的双向变流单元并配合开关组，可以实现能量通过平行的双向变流单元在共直流母线2上汇合循环，大大降低了电网端整流逆变单元的容量，达到节能的效果，也减少了对电网的干扰。其次，使用了多功能的双向变流单元，通过控制模式选择即可轻松实现不同电压类型以及电压等级的切换，达到一机多用，节省成本。再者，通过开关的组合，可以使多个相邻平行的小容量变流器并联协同工作，提升实验系统的测试容量。
作为一种优选的实施例，输入单元1前串行一个工频变压器，可以匹配不同的输入电压等级，也能降低系统对电网的影响。
作为一种优选的实施例，在输入单元1的隔离变压器与电网接入点之间设置一个避雷器，通过避雷器设置可以大大提高整个设备的安全性和稳定性，保证了各个模块单元的使用寿命。
作为一种优选的实施例，控制单元6还用于对多个双向变流单元3中出现故障的单元进行电气隔离。本实施例，通过单元化的组合，双向变流单元3采用故障即退出模式，可以直接对故障单元进行电气隔离，不影响余下系统的运行。
根据本发明的另一方面，还提供一种电传动试验系统，包括试验平台5，试验平台5上设有被测试电机51、陪试机53，被测试电机51与陪试机53之间经联轴器52连接，还包括上述实施例的电传动试验装置。
优选地，本实施例还包括用于检测被测试电机51和/或陪试机53对应的工作参数的采集单元，采集单元通信连接控制单元6。本实施例中，在被试机与陪试机之间设置转速转矩测量单元，该转速转矩测量单元采集被测试电机和/或陪试机对应的输出转速、转矩的参数值并反馈给控制单元6，便于控制单元6的实时控制。
本实施例中，控制单元6与输入单元1、双向变流单元3、开关组4以及试验平台5相连，主要负责对系统的监控、测量、控制和保护。根据模式选择的不同，对开关组4中各开关进行逻辑开断和监控，通过实验平台的数据反馈通过通讯实时对输入单元1和双向变流单元4的控制模块进行实时控制。
从以上的描述可以得知，本实施例电传动试验装置及系统具有如下优点：
1、本实施例电传动试验装置及系统可以实现一机多用，可通过开关的逻辑组合，实现不同容量电机传动系统的试验，提升设备通用性；
2、本实施例中，双向变流单元的多种输出模式，实现不同电压类型的电机传动系统的试验，降低用户多类型设备采购成本；
3、本实施例中，电传动试验装置具有优异的节能性，将系统的能量循环路径缩短，实现能量内循环，降低设备损耗，也降低了对电网电压的影响；
4、本实施例电传动试验装置将盈余能量回馈电网，实现真正的节能降耗；
5、本实施例系统模块化组合，双向变流单元的设计采用故障即退出模式，可直接对故障单元进行电气隔离，而不影响余下系统的运行；
6、本实施例系统升级扩容更简单，仅需增加适量的变流单元以及组合开关即可。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种电传动试验装置，其特征在于，包括：
输入单元(1)，所述输入单元(1)具有：用于连接电网的交流端、连接共直流母线(2)的直流端，所述输入单元(1)用于从所述电网经有源整流方式将交流电转换为直流电送至所述共直流母线(2)及用于在所述共直流母线(2)上电压高于设定阈值时将所述共直流母线(2)上的直流电能回馈至所述电网；
共直流母线(2)，其一侧与所述输入单元(1)的直流端相连，另一侧与平行的多个双向变流单元(3)相连，用于形成内部能量循环的通道；
多个双向变流单元(3)，其一端连接所述共直流母线(2)，另一端与开关组(4)相连；
开关组(4)，用于选择性接通所述多个双向变流单元(3)中的一个或者多个至试验平台(5)的被测试电机(51)、陪试机(53)上，以形成能量循环通道；
控制单元(6)，与所述输入单元(1)、双向变流单元(3)、开关组(4)分别通信连接，用于控制所述电传动试验装置的工作状态。
2.根据权利要求1所述的电传动试验装置，其特征在于，
所述开关组(4)包括用于串接各双向变流单元(3)与所述试验平台(5)的多组串接支路，每组所述串接支路包括两个相连的串联开关，还包括用于控制相邻两组所述串接支路是否连通的并联开关，所述并联开关连接于对应的串接支路上两个串联开关之间。
3.根据权利要求1所述的电传动试验装置，其特征在于，
所述双向变流单元(3)包括半导体控制组件，用于将所述共直流母线(2)的直流电经所述开关组(4)后输出给所述试验平台(5)或者经所述开关组(4)从所述试验平台(5)回收电能给所述共直流母线(2)。
4.根据权利要求3所述的电传动试验装置，其特征在于，
所述双向变流单元(3)包括用于控制其半导体控制组件工作模式的第一控制模块，
所述第一控制模块与所述控制单元(6)通信连接，用于控制所述双向变流单元(3)处于PWM变频电源、正弦波变频电源、可调直流电源及电池模拟器中的任一工作模式。
5.根据权利要求4所述的电传动试验装置，其特征在于，
所述双向变流单元(3)包括用于对输出的电源进行滤波处理的滤波器。
6.根据权利要求4所述的电传动试验装置，其特征在于，
所述输入单元(1)设有第二控制模块，所述第二控制模块与所述控制单元(6)通信连接，用于控制所述输入单元(1)的能量输出的切换。
7.根据权利要求6所述的电传动试验装置，其特征在于，
所述开关组(4)设有第三控制模块，所述第三控制模块与所述控制单元(6)通信连接，用于通过所述开关组(4)的逻辑开断控制所述双向变流单元(3)独立运行或者并联组合运行。
8.根据权利要求1至7任一所述的电传动试验装置，其特征在于，
所述控制单元(6)还用于对所述多个双向变流单元(3)中出现故障的单元进行电气隔离。
9.一种电传动试验系统，包括试验平台(5)，所述试验平台(5)上设有被测试电机(51)、陪试机(53)，所述被测试电机(51)与所述陪试机(53)之间经联轴器(52)连接，其特征在于，包括如权利要求1至8任一所述的电传动试验装置。
10.根据权利要求9所述的电传动试验系统，其特征在于，
还包括用于检测所述被测试电机(51)和/或所述陪试机(53)对应的工作参数的采集单元，所述采集单元通信连接所述控制单元(6)。
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