CN116224059A - 一种多功能电动-发电机测试系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多功能电动‑发电机测试系统及方法,该测试系统包括：鼠笼式电机，绕线式电机，第一变流器，第二变流器，DC/DC转换器和独立负载；其中：鼠笼式电机和绕线式电机间通过机械轴传动连接；绕线式电机的转子侧可选择地连接第二变流器、DC/DC转换器、短接端中的一种；绕线式电机的定子侧可选择地连接第二变流器、电网、独立负载、短接端中的一种；鼠笼式电机的电流输入端连接第一变流器，第一变流器的另一端与第二变流器、DC/DC转换器均连接。本发明将现有电机拖动实验设备和电机发电实验设备的功能合二为一，使实验设备数目简化，使用也更便利，同时还可节约能耗，降低成本。

Description

一种多功能电动-发电机测试系统及方法

技术领域

本申请涉及电力技术领域，具体涉及一种多功能电动-发电机测试系统及方法。

背景技术

在电气、自动化等专业的科研教学中，需要采用专用设备进行电机拖动和电机发电实验，分别采用电机拖动实验设备和电机发电实验设备进行试验。如公告号CN211698098U的中国专利所公开的一种电机拖动实验装置。目前大规模使用的电机拖动实验设备和电机发电实验设备是独立存在的，导致存在能源消耗过大，易造成能源浪费，且成本过高的问题。

发明内容

鉴于现有技术存在的以上问题，本申请提供一种多功能电动-发电机测试系统及方法，该系统兼具电机拖动和电机发电功能。

本申请第一方面提供一种多功能电动-发电机测试系统，包括：

鼠笼式电机，绕线式电机，第一变流器，第二变流器，DC/DC转换器和独立负载；其中：鼠笼式电机和绕线式电机间通过机械轴传动连接；绕线式电机的转子侧可选择地连接第二变流器、DC/DC转换器、短接端中的一种；绕线式电机的定子侧可选择地连接第二变流器、电网、独立负载、短接端中的一种；鼠笼式电机的电流输入端连接第一变流器，第一变流器的另一端与第二变流器、DC/DC转换器均连接。

在一些具体实施方式中，绕线式电机的转子侧可选择地连接第二变流器、DC/DC转换器、短接端中的一种，具体为：

绕线式电机的转子侧与第一接触器、第二接触器、第三接触器并联，第一接触器、第二接触器、第三接触器的另一端分别连接短接端、第二变流器和DC/DC转换器。

在一些具体实施方式中，绕线式电机的定子侧可选择地连接第二变流器、电网、独立负载、短接端中的一种，具体为：

绕线式电机的定子侧与第四接触器、第五接触器、第六接触器、第七接触器并联，第四接触器、第五接触器、第六接触器、第七接触器的另一端分别连接第二变流器、电网、独立负载、短接端。

本申请第二方面提供利用上述测试系统的测试方法，为双馈电机的调速拖动实验，包括：

使绕线式电机的转子侧连接第二变流器，使绕线式电机的定子侧连接电网；调节第一变流器驱动鼠笼式电机模拟恒功率或恒转矩机械负载运行在发电状态，进行双馈电机的调速拖动实验。

本申请第二方面提供利用上述测试系统的测试方法，为双馈电机的调速发电实验，包括：

使绕线式电机的转子侧连接第二变流器，使绕线式电机的定子侧接电网或独立负载；调节第一变流器驱动鼠笼式电机模拟原动机的功率或转矩运行在电动状态，进行双馈电机的调速发电实验。

本申请第二方面提供利用上述测试系统的测试方法，为驱动鼠笼式电机的调速拖动实验，包括：

使绕线式电机的转子侧连接短接端，使绕线式电机的定子侧连接第二变流器；调节第一变流器驱动鼠笼式电机模拟恒功率或恒转矩机械负载运行在发电状态，进行驱动鼠笼式电机的调速拖动实验。

本申请第二方面提供利用上述测试系统的测试方法，为驱动鼠笼式电机的调速发电实验，包括：

使绕线式电机的转子侧连接短接端，使绕线式电机的定子侧连接第二变流器；调节第一变流器驱动鼠笼式电机模拟原动机的功率或转矩运行在电动状态，进行驱动鼠笼式电机的调速发电实验。

本申请第二方面提供利用上述测试系统的测试方法，为电励磁同步电机的调速拖动实验，包括：

使绕线式电机的转子侧连接DC/DC转换器，使绕线式电机的定子侧连接第二变流器或电网；调节第一变流器驱动鼠笼式电机模拟恒功率或恒转矩机械负载运行在发电状态，进行电励磁同步电机的调速拖动实验。

本申请第二方面提供利用上述测试系统的测试方法，为电励磁同步电机的调速发电实验，包括：

使绕线式电机的转子侧连接DC/DC转换器，使绕线式电机的定子侧连接第二变流器或电网；调节第一变流器驱动鼠笼式电机模拟原动机的功率或转矩运行在电动状态，进行电励磁同步电机的调速发电实验。

本申请第二方面提供利用上述测试系统的测试方法，为电励磁同步电机的独立发电实验，包括：

使绕线式电机的转子侧连接DC/DC转换器，使绕线式电机的定子侧连接独立负载；调节第一变流器驱动鼠笼式电机模拟原动机的功率或转矩运行在电动状态，进行电励磁同步电机的独立发电实验。

和现有技术相比，本申请具有如下优点和有益效果：

1、将现有电机拖动实验设备和电机发电实验设备的功能合二为一，使实验设备数目简化，使用也更便利，同时还可节约能耗，降低成本。

2、本申请实验设备中，发电机所发出交流电经变流器转换后反馈给电动动机，因此设备启动后实际需要电网输入的电流可忽略不计，从而形成自给自足的局面，可大大节省能耗。

3、本申请实验设备所包括的两台电机，均可作为发电机或电机运行，从而增加了可进行实验类型数据，设备多功能的优势得以展现。

附图说明

图1为本申请实施例测试系统的原理结构图；

图2～4为本申请实施例测试系统进行不同测试实验的原理图。

附图标记：1-鼠笼式电机，2-绕线式电机，3-第一变流器，4-第二变流器，5-第三变流器，6-DC/DC转换器，7-独立负载，8-电网。

具体实施方式

下面将结合附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请测试系统包括两台电机：一鼠笼式电机和一绕线式电机。三相异步电机根据转子结构不同，可分为鼠笼式电机和绕线式电机。绕线式电机的转子绕组由绝缘导线绕制而成，而鼠笼式电机的转子绕组是由铝条或铜条与短路环焊接或铸造而成。

当本申请测试系统作为发电实验设备时，鼠笼式电机作为原动机，绕线式电机作为发电机。其中鼠笼式电机的电流端接电源，机械端连接绕线式电机。启动后，鼠笼式电机为绕线式电机提供启动转矩，使得绕线式电机作为发电机运作起来。发电机输出的交流电一部分经变流器变为直流电回馈到鼠笼式电机侧，作为鼠笼式电机的电源，形成自给自足的状态，从而大大节省设备的能源消耗；交流电的另一部分则输出给电网。

当本申请测试系统作为拖动实验设备时，鼠笼式电机作为机械负载，绕线式电机作为电机，连接方式不需要改变，绕线式电机的定子侧接电网为电机供电，使绕线式电机转动，从而带动机械负载(鼠笼式电机)。同时，绕线式电机也可以做鼠笼式电机或电励磁同步电机。不管是在发电实验还是拖动实验中，两台电机均可使用变频调速方式实现电机可控，因此可根据具体需要调节电机转速与转矩。

参见图1，所示为本申请测试系统原理图，包括一鼠笼式电机1和一绕线式电机2，鼠笼式电机1和绕线式电机2之间通过机械轴传动连接；鼠笼式电机1的电流输入端连接第一变流器3，第一变流器3的输入端通过第三变流器5与电网8连接。绕线式电机2的转子侧与若干接触器并联，通过该若干接触器转子侧可选择地连接DC/DC转换器6、第二变流器4、短接端；绕线式电机2的定子侧也与若干接触器并联，通过该若干接触器转子侧可选择地连接第二变流器4、电网8、独立负载7、短接端。本申请实施例中独立负载7用电阻代替表示。第二变流器4和DC/DC转换器6输出端均连接第一变流器3的输入端。本申请中的第一变流器3、第二变流器4、第三变流器5均采用双向变流器。

具体的，绕线式电机2的转子侧与第一接触器S1、第二接触器S2、第三接触器S3并联，第一接触器S1的另一端三相短接，第二接触器S2、第三接触器S3的另一端分别连接第二变流器4和DC/DC转换器6；绕线式电机2的定子侧与第四接触器S4、第五接触器S5、第六接触器S6、第七接触器S7并联，第四接触器S4、第五接触器S5、第六接触器S6另一端分别连接第二变流器4、电网8、独立负载7，第七接触器S7的另一端三相短接。本申请中通过接通不同的接触器形成一个复合开关，来实现设备的多重功能。

采用本申请测试系统至少可进行如下实验。

一、双馈电机的调速拖动实验和发电实验

本实验方法的原理图见图2，本实验方法中鼠笼式电机1由第一变流器3驱动，以模拟恒功率或恒转矩机械负载运行在发电状态。与绕线式电机2转子侧连接的第二接触器S2闭合，第一接触器S1和第三接触器S3断开，此时绕线式电机2转子侧与第二变流器4连接；与绕线式电机2定子侧连接的第五接触器S5闭合，第四接触器S4、第六接触器S6、第七接触器S7均断开，此时绕线式电机2定子侧与电网8连接。此时，一方面通过第二变流器4向鼠笼式电机1通入交流励磁电流，另一方面绕线式电机2向第二变流器4反馈交流电，使鼠笼式电机1形成自给自足的状态。绕线式电机2的定子侧直接并网，吸收电能，并运行在电动状态。调节模拟机械负载转矩或功率即可进行双馈电机的调速拖动实验。

进行双馈电机的调速发电实验时，以鼠笼式电机1做原动机，绕线式电机2做发电机。绕线式电机2的转子侧仍然连接第二变流器4，绕线式电机2的定子侧连接电网8或独立负载7，调节鼠笼式电机1模拟原动机(例如风轮、水轮机、汽轮机等)的功率或转矩运行在电动状态，从而进行双馈电机的调速发电实验。

二、驱动鼠笼式电机的调速拖动实验和发电实验

本实验方法的原理图见图3，本实验方法中鼠笼式电机1由第一变流器3驱动，模拟恒功率或恒转矩机械负载运行在发电状态。与绕线式电机2转子侧连接的第一接触器S1闭合，第二接触器S2和第三接触器S3断开，此时绕线式电机2转子侧三相短接；与绕线式电机2定子侧连接的第四接触器S4闭合，第五接触器S5、第六接触器S6、第七接触器S7均断开，此时绕线式电机2定子侧连接第二变流器4，从而可将绕线式电机2当作鼠笼式电机。此时，一方面通过第二变流器4向鼠笼式电机1通入交流励磁电流，另一方面绕线式电机2向第一变流器3反馈交流电，形成自给自足的状态。主控制器控制第一变流器3驱动鼠笼式电机1，运行在电动调速状态，调节模拟机械负载转矩或功率，进行驱动鼠笼式电机1的调速拖动实验。

进行驱动鼠笼式电机的调速发电实验时，以鼠笼式电机1做原动机，绕线式电机2(此时功能等同鼠笼式电机)做发电机，绕线式电机2的转子侧仍然三相短接，绕线式电机2的定子侧仍然连接第二变流器4，调节第一变流器3驱动鼠笼式电机1模拟原动机的功率或转矩运行在电动状态，从而进行驱动鼠笼式电机的调速发电实验。

三、电励磁同步电机调速拖动实验和发电实验

本实验方法的原理图见图4，本实验方法中鼠笼式电机1由第一变流器3驱动，模拟恒功率或恒转矩机械负载运行在发电状态。与绕线式电机2转子侧连接的第三接触器S3闭合，第一接触器S1和第二接触器S2断开，此时绕线式电机2转子侧连接DC/DC转换器6，当通过DC/DC转换器6通入固定直流励磁电流时，绕线式电机2等效为电励磁同步电机。与绕线式电机2定子侧连接的第五接触器S5闭合，第四接触器S4、第六接触器S6、第七接触器S7断开，此时绕线式电机2完成并网，并从电网8吸收电能，从而工作在电动状态。主控制器控制第一变流器3驱动鼠笼式电机1模拟机械负载的转矩或功率，使鼠笼式电机1运行在发电状态，从而模拟电励磁同步电机调速拖动实验。

进行电励磁同步电机的调速发电实验时，鼠笼式电机1做原动机，绕线式电机2做发电机，绕线式电机2的转子侧仍然连接DC/DC转换器6，绕线式电机2的定子侧仍然连接第二变流器4或电网8，调节第一变流器3驱动鼠笼式电机1模拟原动机的功率或转矩运行在电动状态，即可转化为模拟电励磁同步电机做发电实验。当与绕线式电机2定子侧连接的第六接触器S6也闭合时，此时绕线式电机2与独立负载7直接连接，调节第一变流器3驱动鼠笼式电机1模拟原动机的功率或转矩运行在电动状态，则可转化为模拟电励磁同步电机独立发电实验。

注意，上述仅为本申请的较佳实施例及所运用的技术原理。本领域技术人员会理解，本申请不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本申请的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本申请进行了较为详细的说明，但是本申请不仅仅限于以上实施例，在不脱离本申请的构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，均属于本申请的保护范畴。

Claims (10)

1.一种多功能电动-发电机测试系统,其特征是，包括：

鼠笼式电机，绕线式电机，第一变流器，第二变流器，DC/DC转换器和独立负载；其中：鼠笼式电机和绕线式电机间通过机械轴传动连接；绕线式电机的转子侧可选择地连接第二变流器、DC/DC转换器、短接端中的一种；绕线式电机的定子侧可选择地连接第二变流器、电网、独立负载、短接端中的一种；鼠笼式电机的电流输入端连接第一变流器，第一变流器的另一端与第二变流器、DC/DC转换器均连接。

2.如权利要求1所述的一种多功能电动-发电机测试系统,其特征是：

所述绕线式电机的转子侧可选择地连接第二变流器、DC/DC转换器、短接端中的一种，具体为：

绕线式电机的转子侧与第一接触器、第二接触器、第三接触器并联，第一接触器、第二接触器、第三接触器的另一端分别连接短接端、第二变流器和DC/DC转换器。

3.如权利要求1所述的一种多功能电动-发电机测试系统,其特征是：

所述绕线式电机的定子侧可选择地连接第二变流器、电网、独立负载、短接端中的一种，具体为：

绕线式电机的定子侧与第四接触器、第五接触器、第六接触器、第七接触器并联，第四接触器、第五接触器、第六接触器、第七接触器的另一端分别连接第二变流器、电网、独立负载、短接端。

4.采用权利要求1-3中任一项所述多功能电动-发电机测试系统的测试方法,其特征是，包括：

使绕线式电机的转子侧连接第二变流器，使绕线式电机的定子侧连接电网；调节第一变流器驱动鼠笼式电机模拟恒功率或恒转矩机械负载运行在发电状态，进行双馈电机的调速拖动实验。

5.采用权利要求1-3中任一项所述多功能电动-发电机测试系统的测试方法,其特征是，包括：

使绕线式电机的转子侧连接第二变流器，使绕线式电机的定子侧接电网或独立负载；调节第一变流器驱动鼠笼式电机模拟原动机的功率或转矩运行在电动状态，进行双馈电机的调速发电实验。

6.采用权利要求1-3中任一项所述多功能电动-发电机测试系统的测试方法,其特征是，包括：

使绕线式电机的转子侧连接短接端，使绕线式电机的定子侧连接第二变流器；调节第一变流器驱动鼠笼式电机模拟恒功率或恒转矩机械负载运行在发电状态，进行驱动鼠笼式电机的调速拖动实验。

7.采用权利要求1-3中任一项所述多功能电动-发电机测试系统的测试方法,其特征是，包括：

使绕线式电机的转子侧连接短接端，使绕线式电机的定子侧连接第二变流器；调节第一变流器驱动鼠笼式电机模拟原动机的功率或转矩运行在电动状态，进行驱动鼠笼式电机的调速发电实验。

8.采用权利要求1-3中任一项所述多功能电动-发电机测试系统的测试方法,其特征是，包括：

使绕线式电机的转子侧连接DC/DC转换器，使绕线式电机的定子侧连接第二变流器或电网；调节第一变流器驱动鼠笼式电机模拟恒功率或恒转矩机械负载运行在发电状态，进行电励磁同步电机的调速拖动实验。

9.采用权利要求1-3中任一项所述多功能电动-发电机测试系统的测试方法,其特征是，包括：

使绕线式电机的转子侧连接DC/DC转换器，使绕线式电机的定子侧连接第二变流器或电网；调节第一变流器驱动鼠笼式电机模拟原动机的功率或转矩运行在电动状态，进行电励磁同步电机的调速发电实验。

10.采用权利要求1-3中任一项所述多功能电动-发电机测试系统的测试方法,其特征是，包括：

使绕线式电机的转子侧连接DC/DC转换器，使绕线式电机的定子侧连接独立负载；调节第一变流器驱动鼠笼式电机模拟原动机的功率或转矩运行在电动状态，进行电励磁同步电机的独立发电实验。

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