CN113985167A - 一种用于大功率直流变换装置回馈型功率老化测试实验系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于电力电子装置制造、系统集成等工业控制领域，公开了一种用于大功率直流变换装置回馈型功率老化测试实验系统，以解决现有技术中功率老化测试中存在电能浪费的技术问题，该系统包括进线输入模块、整流器、逆变器、电机模块、被测机和上位控制模块。本发明的整流器模块将进线输入模块提供的交流电进行整流，为系统提供不同电压等级的直流电，用以对应不同电压等级的设备。本发明的逆变器具有变频调速功能，可驱动交流电机长时间工作在回馈状态，且逆变器驱动交流电机或发电机，将来自交流电机回馈的电能回馈至直流母线上。直流电机工作在电动状态将电能转化为机械能，交流电机工作在发电状态为直流电机提供对应的负载，将机械能转化电能。

Description

一种用于大功率直流变换装置回馈型功率老化测试实验系统
技术领域
本发明涉及电力电子装置制造、系统集成等工业控制领域，具体涉及一种用于大功率直流变换装置回馈型功率老化测试实验系统。
背景技术
近年来，随着大功率直流变换技术的日趋成熟，直流微电网或其他直流系统的探索与应用，大功率直流变换器的应用场景也越来越多，市场的规模也将越来越大。大功率直流变换器的可靠性问题也日益突出。为解决大功率直流变换器的可靠性问题技术人员们相继提出了多种实验测试的方法，其中功率老化测试占据着重要地位。
功率老化测试不同于其他测试的特殊之处在于，功率老化测试不着重于功能，而在于长时间大功率输出的可靠性。但是在应用了大功率电力电子技术的直流变换装置的制造领域，功率老化测试绝大多数采用了大功率的电阻或电感负载，在功率老化测试测试的过程中能量以热能的形式全部释放到空气当中，造成电能的浪费，现有技术无法解决上述技术问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中功率老化测试中存在电能浪费的技术问题，提供了一种用于大功率直流变换装置回馈型功率老化测试实验系统。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种用于大功率直流变换装置回馈型功率老化测试实验系统，其特征是：包括进线输入模块、整流器、逆变器、电机模块、被测机和上位控制模块；
所述进线输入模块的输入端连接于电网，进线输入模块的输出端连接于整流器的输入端，整流器的输出端连接于逆变器的输入端；逆变器的输出端连接于电机模块，所述电机模块包括与逆变器的输出端连接的交流电机以及与交流电机连接的直流电机（机械连接），且直流电机的输入端与被测机的输出端双向连接，被测机的输入端与整流器的输出端连接；
所述上位控制模块连接于整流器、逆变器、电机模块、以及被测机。
进一步地，所述直流电机的输出轴上装有第一编码器 PG1，交流电机的轴上装有第二编码器 PG2，所述直流电机与被测机之间的正向连线上连接有第一电流传感器CT1，直流电机与被测机之间的负向连线上连接有第二电流传感器CT2。
进一步地，所述上位控制模块包括工控机，工控机连接有PLC及被测机专用控制单元CU，所述PLC连接于整流器及逆变器，所述被测机专用控制单元CU连接于被测机、第一电流传感器CT1、 第二电流传感器CT2、第一编码器 PG1，第二编码器 PG2与逆变器连接。
进一步地，进线输入模块包括与电网连接的进线断路器，进线断路器连接有多抽头变压器，多抽头变压器的输出端并连有第一交流接触器、第二交流接触器、第三交流接触器、第四交流接触、第五交流接触器，第一交流接触器、第二交流接触器、第三交流接触器、第四交流接触、第五交流接触器的其中之一与整流器连接。
本发明相对于现有技术，具有以下有益效果:
本发明在功率老化测试过程中，由平台上位控制模块控制被测机（被测大功率直流变换装置）用以驱动直流电机，拖动用以充当负载的交流电机，此时交流电机工作处于转矩模式下，在回馈制动状态，由驱动交流电机的逆变器将此时的再生制动的电能回馈于直流母线上。在测试过程中，大多数电能在本实验系统内以循环的方式传递运行。
本发明的整流器模块将所述进线输入模块提供的交流电进行整流，为系统提供不同电压等级的直流电，用以对应不同电压等级的设备。
本发明的逆变器具有变频调速功能，可驱动交流电机长时间工作在回馈状态。且逆变器驱动交流电机或发电机，将来自交流电机回馈的电能回馈至直流母线上。
本发明的直流电机工作在电动状态将电能转化为机械能，交流电机工作在发电状态为直流电机提供对应的负载，将机械能转化电能。
本发明的被测机可独立工作也可以在专用控制器控制下工作，被测机可以是直流斩波型装置（如制动单元），可以是BOOST升压型直流变换装置，还可以是BOOST-BUCK型直流变换装置，可以在被控状态下驱动直流电机。
本发明的第一编码器 PG1用于测量直流电机的转速，第二编码器 PG2用于测量交流电机的转速，第一电流传感器用于测量直流正向电流，第二电流传感器CT2用于测量直流负向电流，被测机专用控制单元CU用于控制被测机，工作在直流电机的驱动状态。
本实验系统不仅具有大幅节能的优点，还可以作为一种试验平台为直流斩波型装置驱动直流电机的控制算法或BOOST升压型直流变换装置驱动直流电机的控制算法或BOOST-BUCK型直流变换装置驱动直流电机的控制算法， 提供验证试验。同时还可以为直流斩波型装置（如制动单元）或BOOST升压型直流变换装置或BOOST-BUCK型直流变换装置在功率老化下进行可靠性研究提供支持。
附图说明
图1为本发明的原理图。
附图标记含义如下：1.进线断路器；2.多抽头变压器；3. 第一交流接触器；4. 第二交流接触器；5. 第三交流接触器；6. 第四交流接触；7. 第五交流接触器；8. 整流器；9.逆变器；10. 交流电机；11. 直流电机；12. 第一编码器 PG1；13. 第二编码器 PG2；14. 第一电流传感器CT1；15. 第二电流传感器CT2；16. 被测机；17. 被测机专用控制单元CU；18.工控机；19. PLC。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种用于大功率直流变换装置回馈型功率老化测试实验系统，包括进线输入模块、整流器8、逆变器9、电机模块、被测机16和上位控制模块。
进线输入模块的输入端连接于电网，进线输入模块的输出端连接于整流器8的输入端，整流器8的输出端连接于逆变器9的输入端；逆变器9的输出端连接于电机模块，电机模块包括与逆变器9的输出端连接的交流电机10以及与交流电机10连接的直流电机11，且直流电机11的输入端与被测机16的输出端双向连接，被测机16的输入端与整流器8的输出端连接。直流电机11的输出轴上装有第一编码器 PG112，交流电机10的轴上装有第二编码器 PG213，直流电机11与被测机16之间的正向连线上连接有第一电流传感器CT1 14，直流电机11与被测机16之间的负向连线上连接有第二电流传感器CT2 15。
上位控制模块包括工控机18，工控机18连接有PLC 19及被测机专用控制单元CU17，所述PLC 19连接于整流器8及逆变器9，所述被测机专用控制单元CU17连接于被测机16、第一电流传感器CT1 14、 第二电流传感器CT2 15、第一编码器 PG1 12，第二编码器 PG213与逆变器9连接。
进线输入模块包括与电网连接的进线断路器1，进线断路器1连接有多抽头变压器2，多抽头变压器2的输出端并连有第一交流接触器3、第二交流接触器4、第三交流接触器5、第四交流接触6、第五交流接触器7，第一交流接触器3、第二交流接触器4、第三交流接触器5、第四交流接触6、第五交流接触器7可与整流器8的其中之一连接。
被测机16为直流斩波型装置或BOOST升压型直流变换装置或BOOST-BUCK型直流变换装置。(此为现有技术)
本发明的工作原理是：
由进线输入模块中的对应交流接触器与整流器8接通，提供对应电压等级的交流电。
整流器8将交流电整流，为被测机16和逆变器9所需要对应电压等级的直流电，被测机16在被测机专用控制单元CU17的控制下，工作在直流电机11的驱动状态，驱动直流电机11将电能转化为机械能，直流电机11与交流电机19的轴相连接，交流电机10工作在回馈状态下并为直流电机提供所需要的负载，将来自直流电机11的机械能转化为电能，由逆变器9回馈至直流母线上完成电能的回馈。
被测机16必须具有对应的外部控制接口，可以被被测机专用控制单元CU 17进行控制，此时被测机接受专用控制单元CU的控制，可以工作在直流电机的驱动状态，而非普通电源的状态。由于大功率电机属于大惯量负载，所以对瞬时性的变化不敏感，当直流变换装置（例如chopper型斩波装置）工作在高频率时，可以对直流电机进行调速等控制。

Claims (5)

1.一种用于大功率直流变换装置回馈型功率老化测试实验系统，其特征是：包括进线输入模块、整流器（8）、逆变器（9）、电机模块、被测机（16）和上位控制模块；
所述进线输入模块的输入端连接于电网，进线输入模块的输出端连接于整流器（8）的输入端，整流器（8）的输出端连接于逆变器（9）的输入端；逆变器（9）的输出端连接于电机模块，所述电机模块包括与逆变器（9）的输出端连接的交流电机（10）以及与交流电机（10）连接的直流电机（11），且直流电机（11）的输入端与被测机（16）的输出端双向连接，被测机（16）的输入端与整流器（8）的输出端连接；
所述上位控制模块连接于整流器（8）、逆变器（9）、电机模块、以及被测机（16）。
2.根据权利要求所述的一种用于大功率直流变换装置回馈型功率老化测试实验系统，其特征是：所述直流电机（11）的输出轴上装有第一编码器 PG1（12），交流电机（10）的轴上装有第二编码器 PG2（13），所述直流电机（11）与被测机（16）之间的正向连线上连接有第一电流传感器CT1（14），直流电机（11）与被测机（16）之间的负向连线上连接有第二电流传感器CT2（15）。
3.根据权利要求2所述的一种用于大功率直流变换装置回馈型功率老化测试实验系统，其特征是：所述上位控制模块包括工控机（18），工控机（18）连接有PLC（19）及被测机专用控制单元CU（17），所述PLC（19）连接于整流器（8）及逆变器（9），所述被测机专用控制单元CU（17）连接于被测机（16）、第一电流传感器CT1（14）、 第二电流传感器CT2（15）、第一编码器 PG1（12），第二编码器 PG2（13）与逆变器（9）连接。
4.根据权利要求3所述的一种用于大功率直流变换装置回馈型功率老化测试实验系统，其特征是：所述进线输入模块包括与电网连接的进线断路器（1），进线断路器（1）连接有多抽头变压器（2），多抽头变压器（2）的输出端并连有第一交流接触器（3）、第二交流接触器（4）、第三交流接触器（5）、第四交流接触（6）、第五交流接触器（7），第一交流接触器（3）、第二交流接触器（4）、第三交流接触器（5）、第四交流接触（6）、第五交流接触器（7）中的其中之一与整流器（8）连接。
5.根据权利要求1所述的一种用于大功率直流变换装置回馈型功率老化测试实验系统，其特征是：所述被测机（16）为直流斩波型装置或BOOST升压型直流变换装置或BOOST-BUCK型直流变换装置。
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