CN200979589Y

CN200979589Y - 中大功率电机试验平台系统

Info

Publication number: CN200979589Y
Application number: CN 200620168243
Authority: CN
Inventors: 戴碧君; 韩红彬; 姜涛; 付强
Original assignee: 谢步明
Current assignee: CRRC Dalian R&D Co Ltd
Priority date: 2006-12-13
Filing date: 2006-12-13
Publication date: 2007-11-21
Anticipated expiration: 2016-12-13

Abstract

本实用新型公开了一种中大功率电机试验平台系统，包括三相四象限整流器、逆变器、电机、电流电压传感器、控制电源系统、信号调理板和驱动板；其特征在于还包括模拟数字信号检测孔和高速光藕隔离器；电流电压传感器将三相四象限整流器、逆变器、电机及控制电源系统的电流电压信号传至信号调理板中，经处理后将电压信号、电流信号、CPU各I/O口信号、控制板供电电源信号等相关检测信号经高速光藕隔离器隔离后与模拟数字信号检测孔相连接；逆变器、电机及相应的控制和检测电路都为两组，其中两电机通过扭矩仪连接起来。该电机试验平台系统具有结构简单，控制灵活，调试方便等优点，适于在中大功率电机研发中广泛使用。

Description

中大功率电机试验平台系统

技术领域

本实用新型涉及一种试验平台系统，尤其涉及一种具有高度集成的、全开放式中大功率电机试验平台系统。

背景技术

在日益注重节能降耗的当今社会，电气技术领域的电机变频调速技术的开发创新已经日新月异，尤其是中大功率的电机变频调速的研发对节能降耗更为重要，节能效果更为明显。此外，中大功率的逆变器在运行时如不加技术处理会对工业电网产生极大的干扰，不符合目前提出的绿色电源的思想，需要进行高功率因数控制，防止变流设备对电网污染。中大功率的电机调速设备价格昂贵，并且各种商业变流器硬件完全不开放；自行设计相关变流产品，开发人员只是根据自己需要的研发内容进行样机设计和制造，完成开发后此样机很难进行其它控制策略技术研究，其它工作人员也很难再利用此样机。还有目前样机功能相对单一，例如只能完成四象限整流器功能、或只能完成电机的转差控制、或只能完成电机的矢量控制、或只能完成电机的转矩控制，另外，传统同类产品的设计没有考虑其它技术人员的后续研发，因此样机的硬件结构是“封闭式”的，控制硬件板上的相关接口没有引出，后续研发人员由于不熟悉样机的硬件的结构也就无法进行继续研发工作，即使熟悉硬件结构后操作起来也受很大的制约，信号难以采集、同时观测，其安全性也就难以保证等。在这种情况下，样机开发后就难以再利用，造成极大的浪费。因此，采用以前的开发模式，会有研发周期长、开发难度大、开发成本高、技术研发不全面等问题的存在。

发明内容

本实用新型的目的在于针对现有技术的不足，研制一种控制灵活，调试方便和功能齐全的中大功率电机试验平台系统。本实用新型的技术解决方案是这样实现的：

一种中大功率电机试验平台系统，包括三相四象限整流器、逆变器、电机、电流电压传感器、控制电源系统、信号调理板和驱动板；通过控制信号调理板将控制PWM的信号输入驱动板中，由驱动板输出电平和功率放大的PWM信号来控制三相四象限整流器和逆变器进行试验；其特征在于还包括模拟数字信号检测孔和高速光藕隔离器；所述的电流电压传感器将三相四象限整流器、逆变器、电机的电流、电压信号传至信号调理板中，经处理后将电压信号、电流信号、CPU各I/O口信号、控制板供电电源信号等相关检测信号经高速光藕隔离器隔离后与模拟数字信号检测孔相连接。

所述的逆变器、电机及相应的控制和检测电路都为两组，其中两电机通过扭矩仪连接起来；所述的扭矩仪将转速、转矩信号传至信号调理板中。

所述的三相四象限整流器中的IGBT反并联了一个同样功率等级的二极管二极管。

所述的高速光藕隔离器包括线性光藕隔离器和数字光藕隔离器。

所述的三相四象限整流器、逆变器、电机的电流、电压、转速、转矩信号送入试验台上的显示仪表上。

由于采用了上述技术方案，本实用新型提供的中大功率电机试验平台系统将三相四象限整流器、双逆变器集成在一个柜体，同时将各种控制需要的所有相关传感器接入，如需要进行逆变器矢量控制的研究，只需要将三相四象限整流器断开，并将双逆变器之一上电即可进行研究。整套系统具有结构简单，控制灵活，调试方便，系统易稳定等优点。通过此平台可以进行如下项目开发：单个三相四象限策略研发、单个逆变器转差控制、单个逆变器的矢量控制、单个逆变器直接转矩控制、不带三相四象限整流器的双逆变器互馈试验、带三相四象限整流器的双逆变器互馈试验。可以看出，此平台能进行电机调速领域的几乎所有开发工作；由于其结构简单，不仅便于生产，而且成本低廉适于广泛推广。

附图说明

图1为本实用新型的主电路结构示意图；

图2为本实用新型的控制系统中检测电路结构示意图；

图3为本实用新型的整体结构示意图；

图4为本实用新型的三相四象限整流器结构示意图。

图中：1、三相四象限整流器，2、逆变器，3、电机，4、控制电源系统，5、电流电压传感器，7、信号调理板，8、驱动板，9、高速光藕隔离器，10、模拟数字信号检测孔，11、二极管，12、显示仪表，13、扭矩仪。

具体实施方式

如图1、2所示的集三相四象限整流器1、双逆变器、双电机(由扭矩仪13联接)的全开放式的试验平台，本试验台主电路的输入部分为一台三相四象限整流器1，此整流器的目的是将三相交流电压整流成直流电压，为后面的双逆变器2提供稳定的直流电压来进行各种试验。逆变器2安装了需要的传感器如直流母线电压传感器、逆变器输出的三相交流电压传感器、输出的三相交流电流传感器等，在此基础上能进行目前所有的电机调速控制策略。其中两个电机是通过扭矩仪轴对轴联接的，这种电机组结构使得平台不需要其它设备就可以完成满功率负载运行，通过合理的操作，两台逆变器控制的电机可以一个为电动状态，另一个为发电状态，能量进行了互馈，当1#逆变器的输出电压频率低于2#逆变器时，此时1#逆变器控制的电动机为发电状态，2#逆变器控制的电动机工作于电动状态。扭矩仪的扭矩值在柜体面板上进行了显示，此值可以检测控制软件中的转矩计算是否准确，同时便于判断电机转矩是否超过额达值。其中的控制电源系统提供控制系统电路板所有电源，并提供图中光藕次边所需要的电源，保证良好的隔离；图中的驱动电路板采用了目前流行的M57962L模块及其相应辅助电路，驱动板是控制IGBT开断的电路板；信号调理板对采样来的信号进行了必要的有源滤波处理后送入CPU板进行控制；CPU板采用双CPU，通过插针接入信号板，便于维修和更换，双CPU板是平台中相应部件的控制中心，双CPU板接收到信号板送入的信号，计算后发出PWM脉冲给驱动板，双CPU由TMS320LF2407定点CPU和TMS320VC33浮点CPU及其它辅助器件组成，浮点CPU将定点CPU送入的信号进行运算后将运算的结果送给定点CPU，定点CPU进行信号读取和运算后的PWM脉冲输出。本平台硬件全开放，控制板上所有需要的检测点，都通过排线引入操纵台面板上的模拟数字信号检测孔10上。开发者不需要打开柜体，就可以用示波器和万用表测试模拟数字信号检测孔10上的检测点，进行对电压信号、电流信号、电机转速信号、电机转矩信号、PWM信号、CPU各I/O口信号、控制板供电电源信号等等进行实时监测，极大方便开发者进行四象限整流和逆变器的研究。

平台按图3的接线方式接好，其中A、B、C是平台三相电源输入，U1、V1、W1为逆变器1的输出，U2、V2、W2为逆变器2的输出。本试验台通过柜体面板上的开关控制相应接触器，可以单独对三相四象限整流器1、逆变器2进行运行试验。如单独对三相四象限整流器1进行试验，可以用相应开关断开双逆变器2，此时将柜体的直流母线电压接线端子引入相应试验负载即可试验；如单独对1号逆变器进行试验，可以将三相四象限整流器1控制断开，此时三相四象限整流器1工作在自然整流状态，将1号逆变器的输出电压接线端子引入相应试验负载即可试验；2#逆变器试验同1#逆变器；如需要联机试验，先启动四象限整流器，闭合1#逆变器，再闭合2#逆变器即可进行大系统联机试验。当需要进行三相四象限整流器开发时，切掉逆变器，此时可以单独进行四象限整流器开发。通过示波器可以观测控制系统中的各种I/O口观察相关数字输入输出量是否正确，借以判断数字信号状态及程序是否正确；可以观测PWM端口发出的波形是否正常；可以观测模拟信号波形，模拟信号是传感器检测后输出信号进入信号调理板，信号调理板进行了必要的滤波和放大，模拟信号采用了高精度的线形光藕进行处理，在很广的范围保证了良好的线形度。如图4所示，于IGBT反并联了一个同样功率等级的二极管11，三相四象限整流器1是可以工作在不控整流状态的。当IGBT不工作的时候，三相四象限整流器1即可工作在不控整流工况，本平台在柜体中设计了一个四象限脉冲封锁功能，当不需要三相四象限工作的时候将相应四象限工作开关断开，此时三相四象限的所有IGBT驱动产生了-15V电平的封锁信号，这时三相四象限工作在普通的整流状态，工作在不控整流状态的整流器同样可以提供逆变器工作需要的直流电压。CPU板的程序下载接口也引入了操作面板，这样，开发者不需要打开设备的任何盖板和柜门就能完成上述的三相四象限整流控制、逆变器的相应控制。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1、一种中大功率电机试验平台系统，包括三相四象限整流器(1)、逆变器(2)、电机(3)、电流、电压传感器(5)、控制电源系统(4)、信号调理板(7)和驱动板(8)；通过控制信号调理板(7)将控制PWM的信号输入驱动板(8)中，由驱动板(8)输出电平和功率放大的PWM信号来控制三相四象限整流器(1)和逆变器(2)进行试验；其特征在于还包括模拟数字信号检测孔(10)和高速光藕隔离器(9)；所述的电流电压传感器(5)将三相四象限整流器(1)、逆变器(2)、电机(3)的电流、电压信号传至信号调理板(7)中，经处理后将电压信号、电流信号、CPU各I/O口信号、控制板供电电源信号等相关检测信号经高速光藕隔离器(9)隔离后与模拟数字信号检测孔(10)相连接。

2、根据权利要求1所述的中大功率电机试验平台系统，其特征在于所述的逆变器(2)、电机(3)及相应的控制和检测电路都为两组，其中两电机通过扭矩仪(13)连接起来；所述的扭矩仪(13)将转速、转矩信号传至信号调理板(7)中。

3、根据权利要求1所述的中大功率电机试验平台系统，其特征在于所述的三相四象限整流器(1)中的IGBT反并联了一个同样功率等级的二极管(11)。

4、根据权利要求1所述的中大功率电机试验平台系统，其特征在于所述的高速光藕隔离器(9)包括线性光藕隔离器和数字光藕隔离器。

5、根据权利要求1所述的中大功率电机试验平台系统，其特征在于所述的三相四象限整流器(1)、逆变器(2)、电机(3)的电流电压、转速、转矩等信号送入试验台上的显示仪表(12)上。