CN113495004A - 一种车辆用永磁牵引系统试验装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种车辆用永磁牵引系统试验装置及控制方法，该装置包括：至少三个试验平台，其与待试验的永磁牵引系统连接，用于配合所述永磁牵引系统模拟车辆的实际运行工况以实现所述系统的多种性能测试；其中，所述车辆的实际运行工况包括：柴油发动机组运行工况和车辆制动工况；各个试验平台均包括依次连接的电网电源、变流器、电机和扭矩仪。采用本发明的试验装置不仅能够基于地面试验条件，实现柴油发动机、永磁发电机与永磁牵引电机之间协同控制的试验，同时能够有效测试系统在各种突变工况下的稳定性与兼容性，克服了现有技术中试验项目覆盖不全面的问题，大大提升系统的可靠性，并降低了试验装置对能量的消耗，节省试验成本。

Description

一种车辆用永磁牵引系统试验装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及可靠性试验与评估技术领域，尤其涉及一种车辆用永磁牵引系统试验装置及其控制方法。

背景技术

实际应用中，对于不同规格的车辆，其实现正常运行的牵引原理不同，小型车辆由于其功率、扭矩小，发动机与驱动轮之间是机械连接，发动机产生的动能经离合器贴合，经变速箱不同档位对应的传动比将动力传输给驱动轮，实现车辆的牵引。但大型车辆，特别是以矿用自卸车为例的巨型工程用车辆，其牵引电机功率达兆瓦级，牵引力矩超几万牛米，比乘用车大几十倍，导致液力变矩器、变速器、驱动桥等部件在技术、材料、工艺等方面成为限制瓶颈，进而影响电传动在大功率、大扭矩车辆牵引系统中的发展。

相关领域中现有的牵引系统地面系统试验，大多基于异步牵引系统进行搭建，且异步牵引系统在系统试验时更多的是一台被试变流器与一台牵引电机的对拖试验，只对牵引变流器、牵引电机进行考核，主要考核变流器控制下牵引电机的牵引制动特性、电机堵转特性、电机满转矩下的速度扫描等试验，只偏重考核了牵引电机性能，及牵引电机与变流器的匹配，不能对发电机、牵引变流器、牵引电机整个系统进行性能试验，无法试验整个系统的稳定性、可靠性，及功率响应跟随性等。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种车辆用永磁牵引系统试验装置，在一个实施例中，所述装置包括：

至少三个试验平台，其与待试验的永磁牵引系统连接，用于配合所述永磁牵引系统模拟车辆的实际运行工况以实现所述系统的多种性能测试；

其中，所述车辆的实际运行工况包括：柴油发动机组运行工况和车辆制动工况；各个试验平台均包括依次连接的电网电源、变流器、电机和扭矩仪。

在一个实施例中，当试验平台的数量为3个时，将其记为第一试验平台、第二试验平台和第三试验平台；

所述第一试验平台，其与永磁牵引系统的永磁发电机(9-1)连接，用于利用来自其第一电网电源(4-1)的电能为电能永磁发电机(9-1)提供机械能；

所述第二试验平台，其与永磁牵引系统的左轮永磁牵引电机(9-2)连接，用于将左轮永磁牵引电机(9-2)的机械能转换成电能并反馈至电网；

所述第三试验平台，其与永磁牵引系统的右轮永磁牵引电机(9-3)连接，用于将右轮永磁牵引电机(9-3)的机械能转换成电能并反馈至电网。

在一个实施例中，所述第一试验平台中：

其第一变流器(5-1)及第一电机(6-1)协同运行，利用第一电网电源(4-1)提供的电能产生机械能驱动永磁牵引系统的电能永磁发电机(9-1)运行；

其第一扭矩仪(7-1)连接于第一电机(6-1)与永磁发电机(9-1)之间，用于测量第一试验平台与所述永磁发电机(9-1)之间的扭矩。

在一个实施例中，所述第二试验平台中，其第二变流器(5-2)及第二电机(6-2)协同运行，将永磁牵引系统的左轮永磁牵引电机(9-2)运行产生的机械能转换为交流电，经第二电网电源(4-2)实现电能回收；

其第二扭矩仪(7-2)连接于第二电机(6-2)与左轮永磁牵引电机(9-2)之间，用于测量第二试验平台与所述左轮永磁牵引电机(9-2)之间的扭矩。

在一个实施例中，所述第三试验平台中，其第三变流器(5-3)及第三电机(6-3)协同运行，将永磁牵引系统的右轮永磁牵引电机(9-3)运行产生的机械能转换为交流电，经第三电网电源(4-3)实现电能回收；

其第三扭矩仪(7-3)连接于第三电机(6-3)与右轮永磁牵引电机(9-3)之间，用于测量第三试验平台与所述右轮永磁牵引电机(9-3)之间的扭矩。

基于上述任意一个或多个实施例的其他方面，本发明还提供一种车辆用永磁牵引系统试验装置的控制方法，该方法包括：

控制多个试验平台与待试验的永磁牵引系统配合运行，模拟车辆的柴油发动机组运行工况实现对应的性能测试；

控制多个试验平台与待试验的永磁牵引系统配合运行，模拟车辆的制动工况实现对应的性能测试。

在一个实施例中，模拟车辆的柴油发动机组运行工况实现对应的性能测试的过程中，包括：

调节第一试验平台中第一变流器(5-1)的输出频率，驱动永磁发电机(9-1)旋转，控制第一电机(6-1)的实时转速调节所述永磁发电机(9-1)的转速变化率；

令永磁发电机(9-1)空载，测试牵引变流器(10)的内部电压电流参数，评估确定空载系统稳定性。

在一个实施例中，模拟车辆的柴油发动机组运行工况实现对应的性能测试的过程中，还包括：

调节永磁牵引系统中牵引变流器(10)下发给左轮永磁牵引电机(9-2)以及右轮永磁牵引电机(9-3)的力矩，来调节永磁发电机(9-1)的负载变化，根据永磁发电机(9-1)的负载参数测试柴油发动机组的输出特性和柴油发动机组工况下的系统稳定性；

其中，牵引变流器(10)与所述第一变流器(5-1)之间通过CAN实时通讯，以匹配左轮永磁牵引电机(9-2)以及右轮永磁牵引电机(9-3)的输出转矩与永磁发电机(9-1)的输出特性，实现永磁发电机(9-1)输出容量与左轮永磁牵引电机(9-2)以及右轮永磁牵引电机(9-3)输出转矩、功率的协同控制。

在一个实施例中，通过以下操作模拟车辆的制动工况实现对应的性能测试：

通过牵引变流器(10)下发不同制动转矩给永磁牵引电机(9-2及9-3)，使永磁牵引电机(9-2及9-3)处于发电工况，由制动电阻(11)消耗能量；

通过调节第一试验平台中第一电机的转速控制所述牵引变流器(10)下发不同制动转矩，测量不同制动功率下制动电阻(11)的消耗功率谱；

当永磁发电机(9-1)由于惯性仍处于发电状态时，测试永磁牵引系统的能量流以及此时制动电阻(11)的消耗功率谱，测试制动工况下系统的稳定性。

在一个实施例中，所述方法还包括：

通过控制永磁牵引电机(9-2及9-3)负载突变或永磁发电机(9-1)转速突变，测试牵引变流器(10)在负载、电源波动下电压、电流的稳定性，进而获取被试永磁牵引系统的稳定性数据和系统极限工况的测试结果；

控制永磁牵引电机(9-2及9-3)负载突变，测试确定永磁发电机(9-1)输出特性的跟随性；

通过调节第一变流器(5-1)的输出频率控制永磁发电机(9-1)的转速变化，测试确定被试牵引系统对不同外特性柴油机的兼容性。

在一个实施例中，所述方法还包括：

经第一变流器(5-1)驱动第一电机(6-1)旋转传递机械能给永磁发电机(9-1)，牵引变流器(10)驱动左轮永磁牵引电机(9-2)及右轮永磁牵引电机(9-3)分别传递机械能给第二试验平台的第二电机(6-2)和第三试验平台的第三电机(6-3)，进而经第二变流器(5-2)和第三变流器(5-3)分别输出交流电回馈给第二电网电源(4-2)及第三电网电源(4-3)，实现能量的回收。

与最接近的现有技术相比，本发明还具有如下有益效果：

本发明提供的车辆用永磁牵引系统试验装置及控制方法，其设置有三个与待试验的永磁牵引系统连接的试验平台，用于配合所述永磁牵引系统模拟车辆的实际运行工况以实现所述系统的多种性能测试；各个试验平台均包括依次连接的电网电源、变流器、电机和扭矩仪。采用本发明的试验方案不仅能够基于地面试验条件，实现柴油发动机、永磁发电机与永磁牵引电机之间协同控制的试验，同时能够有效测试系统在各种突变工况下的稳定性与兼容性，克服了现有技术中试验项目覆盖不全面的问题，在有效保证试验效率的前提下，大大提升了系统的可靠性，此外，采用本发明的试验装置，在正常试验的同时能够基于永磁牵引电机和试验台实现能量的回收，相当程度上降低了试验装置对能量的消耗，节省试验成本，有利于可靠性试验技术的优化和发展。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明实施例提供的现有车辆用异步牵引系统的工作原理示意图；

图2是本发明一实施例提供的车辆用永磁牵引系统试验装置的结构示意图；

图3是本发明另一实施例中车辆用永磁牵引系统试验装置的控制方法的流程示意图；

图4是本发明实施例中车辆用永磁牵引系统试验装置的控制方法的发动机转速上升下降的变化速率示意图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此本发明的实施人员可以充分理解本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程并依据上述实现过程具体实施本发明。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

实际应用中，对于不同规格的车辆，其实现正常运行的牵引原理不同，小型车辆由于其功率、扭矩小，发动机与驱动轮之间是机械连接，发动机产生的动能经离合器贴合，经变速箱不同档位对应的传动比将动力传输给驱动轮，实现车辆的牵引。但大型车辆，特别是以矿用自卸车为例的巨型工程用车辆，其牵引电机功率达兆瓦级，牵引力矩超几万牛米，比乘用车大几十倍，导致液力变矩器、变速器、驱动桥等部件在技术、材料、工艺等方面成为限制瓶颈，进而影响电传动在大功率、大扭矩车辆牵引系统中的发展；其中，矿用自卸车作为一种采用柴油发动机作为动力源的大型、超大型车辆，分机械传动、电传动两种传动形式，目前电传动矿用自卸车主要以异步牵引系统为主，永磁牵引系统在本行业属于空白。

相关领域中现有的牵引系统地面系统试验，大多基于异步牵引系统进行搭建，且异步牵引系统在系统试验时更多的是一台被试变流器与一台牵引电机的对拖试验，只对牵引变流器、牵引电机进行考核，主要考核变流器控制下牵引电机的牵引制动特性、电机堵转特性、电机满转矩下的速度扫描等试验，只偏重考核了牵引电机性能，及牵引电机与变流器的匹配，不能对发电机、牵引变流器、牵引电机整个系统进行性能试验，无法试验整个系统的稳定性、可靠性，及功率响应跟随性等。

实际应用中，小型车辆由于其功率、扭矩小，发动机与驱动轮之间是机械连接，发动机产生的动能经离合器贴合，经变速箱不同档位对应的传动比将动力传输给驱动轮，实现车辆的牵引。但大型车辆，特别是以矿用自卸车为例的巨型工程用车辆，其牵引电机功率达兆瓦级，牵引力矩超几万牛米，比乘用车大几十倍，导致液力变矩器、变速器、驱动桥等部件在技术、材料、工艺等方面成为限制瓶颈，影响电传动在大功率、大扭矩车辆牵引系统中的发展。本发明的方案主要研究永磁牵引系统在大功率牵引车辆中的应用，其着点于研究永磁牵引系统地面试验装置及其方法，以充分完成永磁牵引系统的性能试验，保证其可靠性。

如图1所示，在车辆用大功率电传动牵引系统中，异步牵引系统由柴油发动机1带动同步发电机2输出三相交流电，经牵引变流器3转换成变频变压的电源，同步下发牵引转矩给左轮牵引电机4、右轮牵引电机5，驱动对应的电机旋转，实现车辆的牵引。制动工况时，牵引变流器3下发制动转矩给左轮牵引电机4、右轮牵引电机5，使左右轮牵引电机工作在发电状态，经制动电阻6耗散，实现车辆制动。具体的，上述异步牵引系统中各结构的功能参数如下表所示：

异步牵引系统部件功能参数表

永磁牵引系统是继异步牵引系统之后的新一代牵引系统，具有高效、高功率密度、高功率因数、环境适应性强等优点，在节能降噪等领域拥有举足轻重的作用。但由于永磁牵引系统在大功率电传动系统中应用案例少，没有形成成熟的试验装置和方法，无法考核系统性能。且异步牵引系统在系统试验时，更多的是一台被试变流器与一台牵引电机的对拖试验，其目的主要是测试牵引制动特性、电机堵转特性、电机满转矩下的速度扫描等试验，只偏重考核了牵引电机性能，及牵引电机与变流器的匹配，无法模拟整个牵引系统的整体性能。本发明提供的试验装置能够基于大功率永磁牵引系统模拟整个牵引系统的整体性能，能够很好地适用于由柴发机组供电的两轮驱动牵引系统，采用本发明的试验装置不仅能考核牵引变流器及牵引电机的各项性能，同时能够有效考核永磁牵引系统不同工况或极限状况下的性能，克服了现有牵引系统地面试验装置试验项点不全的问题，同时极大限度的降低的试验装置对能量的消耗，降低试验成本。

需要说明的是，针对采用永磁发电机、永磁牵引电机的车辆用永磁牵引系统，为保证系统的各项性能指标在装车前达到要求，如何在地面试验中进行系统性能试验，地面试验的成功直接关系到牵引系统装车后的性能。本发明要保护的是一整套试验装置及试验方法，下面参考附图对本发明各个实施例进行说明。

实施例一

图2示出了本发明实施例一提供的车辆用永磁牵引系统试验装置的结构示意图，参照图2可知，该装置包括：

至少三个试验平台，其与待试验的永磁牵引系统连接，用于配合永磁牵引系统模拟车辆的实际运行工况以实现系统的多种性能测试；

其中，车辆的实际运行工况包括：柴油发动机组运行工况和车辆制动工况；各个试验平台均包括依次连接的电网电源、变流器、电机和扭矩仪。

在一个实施例中，当试验平台的数量为3个时，将其记为第一试验平台、第二试验平台和第三试验平台；

第一试验平台，其与永磁牵引系统的永磁发电机(9-1)连接，用于利用来自其第一电网电源(4-1)的电能为电能永磁发电机(9-1)提供机械能；

第二试验平台，其与永磁牵引系统的左轮永磁牵引电机(9-2)连接，用于将左轮永磁牵引电机(9-2)的机械能转换成电能并反馈至电网；

第三试验平台，其与永磁牵引系统的右轮永磁牵引电机(9-3)连接，用于将右轮永磁牵引电机(9-3)的机械能转换成电能并反馈至电网。

结合图2分析可知，本发明涉及的装置主要包括被试牵引系统(8)、陪试试验台(1、2、3)两部分组成，被试牵引系统(8)由永磁发电机(9-1)、牵引变流器(10)、左轮牵引电机(9-2)、右轮牵引电机(9-3)、制动电阻(11)组成。陪试试验装置由第一试验台(1)、第二试验台(2)、第三试验台(3)组成。试验台由电网电源、陪试变流器、陪试电机、扭矩仪等组成，一般的，永磁发电机由永磁体励磁产生同步旋转磁场的同步发电机，永磁体作为转子产生旋转磁场，三相定子绕组在旋转磁场作用下，产生三相对称电流。其中，试验装置涉及各部件的功能说明如下表所示。

试验装置各部件的功能说明表

进一步地，在第一试验平台中：

其第一变流器(5-1)及第一电机(6-1)协同运行，利用第一电网电源(4-1)提供的电能产生机械能驱动永磁牵引系统的电能永磁发电机(9-1)运行；

其第一扭矩仪(7-1)连接于第一电机(6-1)与永磁发电机(9-1)之间，用于测量第一试验平台与永磁发电机(9-1)之间的扭矩。

第二试验平台中，其第二变流器(5-2)及第二电机(6-2)协同运行，将永磁牵引系统的左轮永磁牵引电机(9-2)运行产生的机械能转换为交流电，经第二电网电源(4-2)实现电能回收；

其第二扭矩仪(7-2)连接于第二电机(6-2)与左轮永磁牵引电机(9-2)之间，用于测量第二试验平台与左轮永磁牵引电机(9-2)之间的扭矩。

在第三试验平台中，其第三变流器(5-3)及第三电机(6-3)协同运行，将永磁牵引系统的右轮永磁牵引电机(9-3)运行产生的机械能转换为交流电，经第三电网电源(4-3)实现电能回收；

其第三扭矩仪(7-3)连接于第三电机(6-3)与右轮永磁牵引电机(9-3)之间，用于测量第三试验平台与右轮永磁牵引电机(9-3)之间的扭矩。

在一个优选的实施例中，为实现永磁牵引系统的充分试验验证考核，本方案进行实现一比一等容量、全尺寸试验模拟，第一试验台(1)模拟柴油发动机的实际工况，第一试验台(1)装置容量按3MW进行设计，最大设计扭矩按20,000N.m进行设计。第二试验台(2)、第三试验台(3)用于考核牵引电机的外特性，装置容量按1.5MW进行设计，最大设计扭矩按40,000N.m进行设计。

本试验装置在实现被试牵引系统(8)电能来源与电网(4-1)，在被试牵引系统(8)性能测试过程中，将被试永磁牵引电机(9-2、9-3)机械能，经第二试验台(2)、第三试验台(3)转换成电能反馈给电网(4-2、4-3)，实现试验过程中，能量的最小消耗，降低试验成本。

本发明实施例提供的车辆用永磁牵引系统试验装置中，各个模块或单元结构可以根据试验需求独立运行或组合运行，以实现相应的技术效果。

实施例二

图3示出了本发明实施例中车辆用永磁牵引系统试验装置的控制方法的流程示意图，该控制方法应用于上述任意一个或多个实施的车辆用永磁牵引系统，如图3所示，方法包括：

控制多个试验平台与待试验的永磁牵引系统配合运行，模拟车辆的柴油发动机组运行工况实现对应的性能测试。

在一个实施例中，模拟车辆的柴油发动机组运行工况实现对应的性能测试的过程中，包括：

调节第一试验平台中第一变流器(5-1)的输出频率，驱动永磁发电机(9-1)旋转，控制第一电机(6-1)的实时转速调节永磁发电机(9-1)的转速变化率；

令永磁发电机(9-1)空载，测试牵引变流器(10)的内部电压电流参数，评估确定空载系统稳定性。

调节永磁牵引系统中牵引变流器(10)下发给左轮永磁牵引电机(9-2)以及右轮永磁牵引电机(9-3)的力矩，来调节永磁发电机(9-1)的负载变化，根据永磁发电机(9-1)的负载参数测试柴油发动机组的输出特性和柴油发动机组工况下的系统稳定性；

实际应用中，第一变流器(5-1)、第二变流器(5-2)和第三变流器(5-3)作为陪试变流器，第一电机(6-1)、第二电机(6-2)和第三电机(6-3)作为陪试电机，被试永磁发电机(9-1)、左轮永磁牵引电机(9-2)和右轮永磁牵引电机(9-3)作为被试电机。通过第一试验台(1)，来模拟柴油发动机转速、转矩外特性，模拟车辆实际运行工况下，发动机油门信号与柴油机转速关系，来调节陪试变流器(5-1)的输出频率，进而驱动被试永磁发电机(9-1)的旋转。通过控制陪试电机(6-1)的实时转速，调节被试永磁发电机(9-1)的转速变化率，根据具体项目柴油机转速上升下降变化率来调节，柴油发动机转速上升下降的变化速率如图4所示，其中，横坐标表示测量过程的时间参量，单位为秒，纵坐标表示被测柴油发动机的转速，单位为rpm(转每分钟)。

测试永磁发电机(9-1)空载时，牵引变流器(10)内部电压电流参数，评估空载系统稳定性。

通过调节牵引变流器(10)下发给左轮永磁牵引电机(9-2)、右轮永磁牵引电机(9-3)的力矩，来调节永磁发电机(9-1)的负载变化，测试此时柴发机组的输出特性，及系统稳定性。

其中，牵引变流器(10)与第一变流器(5-1)之间通过CAN实时通讯，以匹配左轮永磁牵引电机(9-2)以及右轮永磁牵引电机(9-3)的输出转矩与永磁发电机(9-1)的输出特性，实现永磁发电机(9-1)输出容量与左轮永磁牵引电机(9-2)以及右轮永磁牵引电机(9-3)输出转矩、功率的协同控制。

结合车辆实际工况，经陪试变流器(10)单独下发转矩给左轮被试电机(9-2)、右轮被试电机(9-3)，用以模拟整车实际运行工况。被试变流器(10)与陪试变流器(5-1)之间通过CAN实时通讯，以匹配被试电机(9-2、9-3)的输出转矩与永磁发电机(9-1)输出特性，实现被试永磁发电机(9-1)输出容量与被试牵引电机(9-2、9-3)输出转矩、功率的协同控制。

考虑到车辆的实际运行工况不仅包括柴油发动机组运行工况，还包括车辆制动工况，因此，该方法还包括：

控制多个试验平台与待试验的永磁牵引系统配合运行，模拟车辆的制动工况实现对应的性能测试。

进一步地，通过以下操作模拟车辆的制动工况实现对应的性能测试：

通过牵引变流器(10)下发不同制动转矩给永磁牵引电机(9-2及9-3)，使永磁牵引电机(9-2及9-3)处于发电工况，由制动电阻(11)消耗能量；

通过调节第一试验平台中第一电机的转速控制牵引变流器(10)下发不同制动转矩，测量不同制动功率下制动电阻(11)的消耗功率谱；

当永磁发电机(9-1)由于惯性仍处于发电状态时，测试永磁牵引系统的能量流以及此时制动电阻(11)的消耗功率谱，测试制动工况下系统的稳定性。

实际应用时，车辆制动工况时，通过被试牵引变流器(10)下发不同制动转矩给被试永磁牵引电机(9-2、9-3)，使被试永磁牵引电机(9-2、9-3)处于发电状态，制动能量由制动电阻(11)消耗。通过被试牵引变流器(10)下发不同制动转矩，来试验车辆在不同制动功率下，制动电阻(11)消耗功率谱，进一步测试牵引系统制动能量回馈的经济性分析。测试制动工况下，当永磁发电机由于惯性，仍处于发电状态时，测试被试永磁牵引系统(8)能量流，以及此时制动电阻(11)的消耗功率谱，进而测试系统稳定性。

基于本发明试验装置的设置，方法还可以包括：

通过控制永磁牵引电机(9-2及9-3)负载突变或永磁发电机(9-1)转速突变，测试牵引变流器(10)在负载、电源波动下电压、电流的稳定性，进而获取被试永磁牵引系统的稳定性数据和系统极限工况的测试结果；

控制永磁牵引电机(9-2及9-3)负载突变，测试确定永磁发电机(9-1)输出特性的跟随性；

通过调节第一变流器(5-1)的输出频率控制永磁发电机(9-1)的转速变化，测试确定被试牵引系统对不同外特性柴油机的兼容性。

结合实际应用，被试牵引变流器(10)作为被试牵引系统(8)唯一具备控制功能的装置，其性能与被试牵引系统(8)的稳定性密切相关。在本案中，通过控制被试牵引电机(9-2、9-3)负载突变，以及被试发电机(9-1)转速突变，来测试牵引变流器(10)在负载、电源波动下，其电压、电流的稳定性，进而测试被试牵引系统(8)稳定性，并完成系统极限工况的摸底测试。同时，通过控制被试牵引电机(9-2、9-3)负载突变，测试被试永磁发电机(9-1)的输出特性的跟随性，通过调节陪试变流器(5-1)的输出频率，实现被试永磁发电机(9-1)的转速变化，进而测试被试牵引系统(8)对不同外特性柴油机的兼容性。

基于上述试验方法，能够测试车辆不同运行工况下以及不同控制参数下永磁牵引系统中核心部件及系统的性能，此外，本发明提供的方案还能有效实现能量的回收。具体的，本发明提供的控制方法还包括：

经第一变流器(5-1)驱动第一电机(6-1)旋转传递机械能给永磁发电机(9-1)，牵引变流器(10)驱动左轮永磁牵引电机(9-2)及右轮永磁牵引电机(9-3)分别传递机械能给第二试验平台的第二电机(6-2)和第三试验平台的第三电机(6-3)，进而经第二变流器(5-2)和第三变流器(5-3)分别输出交流电回馈给第二电网电源(4-2)及第三电网电源(4-3)，实现能量的回收。

实际应用中，被试牵引系统(8)联调时，由第一试验台(1)的电网电源(4-1)提供电能，经陪试变流器(5-1)驱动陪试电机(6-1)旋转，并传递机械能给被试发电机(9-1)。经被试变流器(10)驱动被试电机(9-2、9-3)，并传递机械能给陪试电机(6-2、6-3)，经陪试变流器(5-2、5-3)输出三相交流电，回馈给电网(4-2、4-3)，实现能量的回收利用。以本案为例，为了验证首套大功率车辆用永磁牵引系统，试验需要20个工作日左右的时间进行调试，本试验装置系统极大的降低了能量消耗，节省了试验成本。

本方案应用于实现一比一等容量、全尺寸的试验模拟车辆用大功率牵引系统，能够基于地面试验条件下，实现柴油发动机、永磁发电机与永磁牵引电机之间协同控制的各项试验；完成车辆用永磁牵引系统地面试验装置下，全工况的模拟测试及系统稳定性测试，具备试验能量回收、柴发机组外特性测试、永磁牵引电机控制测试、系统协同控制测试、系统稳定性测试、系统极限能力摸底试验、系统对不同柴油机的兼容性、车辆实际工况下左右轮的差速控制、车辆牵引制动工况测试、制动电阻消耗功率谱测试、被试牵引系统制动能量回收经济性分析等能力。此外，本发明的技术方案具备试验能量回收功能的试验装置系统，减低了试验成本，实现节能减排；且能够实现极限能力摸底试验，能有效的测试系统在各种突变工况下，系统的稳定与兼容性，大大提升系统的可靠性。

需要说明的是，除了本发明中已经清楚描述的永磁牵引系统试验装置以外，本发明要保护的还有试验方法，对于以下方案均属侵权。

(1)通过篡改系统部件名称、篡改试验装置名称；

(2)通过增减试验台，比如仅保留本案中第一试验台、第二试验台，测试1台永磁发电机+1台永磁牵引电机系统的方案，以及扩充本案第二试验台、第三试验台，测试1台永磁发电机加多台永磁牵引电机系统的方案。

应该理解的是，本发明所公开的实施例不限于这里所公开的特定结构、处理步骤或材料，而应当延伸到相关领域的普通技术人员所理解的这些特征的等同替代。还应当理解的是，在此使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而不意味着限制。、

说明书中提到的“一实施例”意指结合实施例描述的特定特征、结构或特征包括在本发明的至少一个实施例中。因此，说明书通篇各个地方出现的短语“一实施例”并不一定均指同一个实施例。

虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (11)

1.一种车辆用永磁牵引系统试验装置，其特征在于，所述装置包括：

至少三个试验平台，其与待试验的永磁牵引系统连接，用于配合所述永磁牵引系统模拟车辆的实际运行工况以实现所述系统的多种性能测试；

其中，所述车辆的实际运行工况包括：柴油发动机组运行工况和车辆制动工况；各个试验平台均包括依次连接的电网电源、变流器、电机和扭矩仪。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，当试验平台的数量为3个时，将其记为第一试验平台、第二试验平台和第三试验平台；

所述第一试验平台，其与永磁牵引系统的永磁发电机(9-1)连接，用于利用来自其第一电网电源(4-1)的电能为电能永磁发电机(9-1)提供机械能；

所述第二试验平台，其与永磁牵引系统的左轮永磁牵引电机(9-2)连接，用于将左轮永磁牵引电机(9-2)的机械能转换成电能并反馈至电网；

所述第三试验平台，其与永磁牵引系统的右轮永磁牵引电机(9-3)连接，用于将右轮永磁牵引电机(9-3)的机械能转换成电能并反馈至电网。

3.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述第一试验平台中：

其第一变流器(5-1)及第一电机(6-1)协同运行，利用第一电网电源(4-1)提供的电能产生机械能驱动永磁牵引系统的电能永磁发电机(9-1)运行；

其第一扭矩仪(7-1)连接于第一电机(6-1)与永磁发电机(9-1)之间，用于测量第一试验平台与所述永磁发电机(9-1)之间的扭矩。

4.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述第二试验平台中，其第二变流器(5-2)及第二电机(6-2)协同运行，将永磁牵引系统的左轮永磁牵引电机(9-2)运行产生的机械能转换为交流电，经第二电网电源(4-2)实现电能回收；

其第二扭矩仪(7-2)连接于第二电机(6-2)与左轮永磁牵引电机(9-2)之间，用于测量第二试验平台与所述左轮永磁牵引电机(9-2)之间的扭矩。

5.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述第三试验平台中，其第三变流器(5-3)及第三电机(6-3)协同运行，将永磁牵引系统的右轮永磁牵引电机(9-3)运行产生的机械能转换为交流电，经第三电网电源(4-3)实现电能回收；

其第三扭矩仪(7-3)连接于第三电机(6-3)与右轮永磁牵引电机(9-3)之间，用于测量第三试验平台与所述右轮永磁牵引电机(9-3)之间的扭矩。

6.一种应用于权利要求1-5中任意一项所述车辆用永磁牵引系统试验装置的控制方法，其特征在于，所述方法包括：

控制多个试验平台与待试验的永磁牵引系统配合运行，模拟车辆的柴油发动机组运行工况实现对应的性能测试；

控制多个试验平台与待试验的永磁牵引系统配合运行，模拟车辆的制动工况实现对应的性能测试。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，模拟车辆的柴油发动机组运行工况实现对应的性能测试的过程中，包括：

调节第一试验平台中第一变流器(5-1)的输出频率，驱动永磁发电机(9-1)旋转，控制第一电机(6-1)的实时转速调节所述永磁发电机(9-1)的转速变化率；

令永磁发电机(9-1)空载，测试牵引变流器(10)的内部电压电流参数，评估确定空载系统稳定性。

8.如权利要求6或7所述的方法，其特征在于，模拟车辆的柴油发动机组运行工况实现对应的性能测试的过程中，还包括：

调节永磁牵引系统中牵引变流器(10)下发给左轮永磁牵引电机(9-2)以及右轮永磁牵引电机(9-3)的力矩，来调节永磁发电机(9-1)的负载变化，根据永磁发电机(9-1)的负载参数测试柴油发动机组的输出特性和柴油发动机组工况下的系统稳定性；

其中，牵引变流器(10)与所述第一变流器(5-1)之间通过CAN实时通讯，以匹配左轮永磁牵引电机(9-2)以及右轮永磁牵引电机(9-3)的输出转矩与永磁发电机(9-1)的输出特性，实现永磁发电机(9-1)输出容量与左轮永磁牵引电机(9-2)以及右轮永磁牵引电机(9-3)输出转矩、功率的协同控制。

9.如权利要求6所述的方法，其特征在于，通过以下操作模拟车辆的制动工况实现对应的性能测试：

通过牵引变流器(10)下发不同制动转矩给永磁牵引电机(9-2及9-3)，使永磁牵引电机(9-2及9-3)处于发电工况，由制动电阻(11)消耗能量；

通过调节第一试验平台中第一电机的转速控制所述牵引变流器(10)下发不同制动转矩，测量不同制动功率下制动电阻(11)的消耗功率谱；

当永磁发电机(9-1)由于惯性仍处于发电状态时，测试永磁牵引系统的能量流以及此时制动电阻(11)的消耗功率谱，测试制动工况下系统的稳定性。

10.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

通过控制永磁牵引电机(9-2及9-3)负载突变或永磁发电机(9-1)转速突变，测试牵引变流器(10)在负载、电源波动下电压、电流的稳定性，进而获取被试永磁牵引系统的稳定性数据和系统极限工况的测试结果；

控制永磁牵引电机(9-2及9-3)负载突变，测试确定永磁发电机(9-1)输出特性的跟随性；

通过调节第一变流器(5-1)的输出频率控制永磁发电机(9-1)的转速变化，测试确定被试牵引系统对不同外特性柴油机的兼容性。

11.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

经第一变流器(5-1)驱动第一电机(6-1)旋转传递机械能给永磁发电机(9-1)，牵引变流器(10)驱动左轮永磁牵引电机(9-2)及右轮永磁牵引电机(9-3)分别传递机械能给第二试验平台的第二电机(6-2)和第三试验平台的第三电机(6-3)，进而经第二变流器(5-2)和第三变流器(5-3)分别输出交流电回馈给第二电网电源(4-2)及第三电网电源(4-3)，实现能量的回收。

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