專利名稱：輔助逆變器選型平臺的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及電氣技術，尤其涉及一種輔助逆變器選型平臺。
背景技術：
輔助逆變器將接觸網(wǎng)提供的直流電逆變成3相交流電，為車輛用電設備如空調(diào)、電暖、散熱系統(tǒng)等提供穩(wěn)定的供電電源。輔助逆變器主電路電氣元件較多，設計較為復雜。目前，在設計過程中通常是根據(jù)理論計算和研發(fā)人員的經(jīng)驗來選取電路中各電氣元件的參數(shù)。然而，用公式計算得出的理論值與實際使用的元件參數(shù)值往往有較大的差別，容易造成設計失誤，不便于設計，而經(jīng)驗更是因人而異，這就導致輔助逆變器主電路的整體設計不規(guī)范，甚至可能設計完成后發(fā)現(xiàn)輔助逆變器最終的輸出波形與預想的輸出波形有較大差別，導致返工和浪費。

實用新型內(nèi)容本實用新型提供一種輔助逆變器選型平臺，以避免僅僅根據(jù)理論計算和經(jīng)驗來選取電氣元件參數(shù)造成的設計失誤。本實用新型提供一種輔助逆變器選型平臺，包括:依次連接的仿真直流輸入模塊、仿真直流穩(wěn)壓模塊、仿真逆變模塊、仿真負載模塊以及輸出模塊；所述仿真直流輸入模塊包括:仿真電壓幅值輸入端、仿真脈沖輸入端、疊加器和仿真可控電壓源，所述仿真電壓幅值輸入端和所述仿真脈沖輸入端與所述疊加器的輸入端連接，所述疊加器的輸出端與所述仿真可控電壓源連接，所述仿真可控電壓源與所述仿真直流穩(wěn)壓模塊連接。進一步地，上述輔助逆變器選型平臺，所述仿真直流穩(wěn)壓模塊包括:依次連接的可調(diào)仿真充電電阻、可調(diào)仿真平波電抗器和可調(diào)仿真阻容濾波器；所述仿真充電電阻與所述仿真可控電壓源連接，所述仿真阻容濾波器與所述仿真逆變模塊連接。進一步地，上述輔助逆變器選型平臺，所述仿真逆變模塊包括:依次連接的可調(diào)仿真橋電路、可調(diào)仿真LC濾波器和可調(diào)仿真變壓器；所述仿真橋電路與所述可調(diào)仿真阻容濾波器連接，所述可調(diào)仿真變壓器與所述仿真負載模塊連接。進一步地，上述輔助逆變器選型平臺，所述仿真負載模塊的負載是可調(diào)負載。進一步地，上述輔助逆變器選型平臺所述輸出模塊包括仿真結(jié)果顯示單元。本實用新型提供的輔助逆變器選型平臺，通過依次連接的仿真直流輸入模塊、仿真直流穩(wěn)壓模塊、仿真逆變模塊、仿真負載模塊模擬實際的輔助逆變器主電路中依次連接的直流輸入電路、直流穩(wěn)壓電路、三相逆變電路和三相負載電路，實現(xiàn)對輔助逆變器電路的仿真；在仿真直流輸入模塊中，通過使用疊加器將仿真電壓幅值輸入端和仿真脈沖輸入端所輸入的信號疊加，模擬實際電網(wǎng)電壓的幅值和波形，再通過仿真可控電壓源將上述的幅值和波形轉(zhuǎn)化為可以被其他仿真電氣模塊識別的電壓信號；通過仿真可控電壓源與仿真直流穩(wěn)壓模塊的連接，實現(xiàn)將上述模擬的電網(wǎng)電壓信號輸入到本輔助逆變器選型平臺；通過輸出模塊實現(xiàn)對輸出波形的觀察，設計人員可以將該輸出波形與預想的輸出波形進行對比和判斷，因此本平臺能夠在設計的前端就給設計人員提供直觀的選型依據(jù)，從而避免返工和浪費。

圖1為本實用新型輔助逆變器選型平臺實施例一的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1的仿真直流輸入模塊使用SimPowerSystems模塊庫的器件搭建的示意圖；圖3為本實用新型輔助逆變器選型平臺實施例二的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為圖3的仿真直流穩(wěn)壓模塊使用SimPowerSystems模塊庫的器件搭建的示意圖；圖5為利用圖3所示的輔助逆變器選型平臺選擇第一組參數(shù)仿真得到的經(jīng)直流穩(wěn)壓模塊穩(wěn)壓后的電壓示意圖；圖6為利用圖3所示的輔助逆變器選型平臺選擇第二組參數(shù)仿真得到的經(jīng)直流穩(wěn)壓模塊穩(wěn)壓后的電壓示意圖；圖7為本實用新型輔助逆變器選型平臺實施例三的結(jié)構(gòu)示意圖；圖8為圖7的仿真逆變模塊使用SimPowerSystems模塊庫的器件搭建的示意圖；圖9為圖7的仿真逆變模塊中LC濾波器為0.382mH/60 μ F/ Λ型連接時的輸出電壓和輸出電流示意圖；圖10為圖7的仿真逆變模塊中LC濾波器為0.6mH/20 μ F/Y型連接時的輸出電壓和輸出電流示意圖；圖11為本實用新型輔助逆變器選型平臺實施例四的結(jié)構(gòu)示意圖；圖12為圖11的仿真負載模塊和輸出模塊使用SimPowerSystems模塊庫的器件搭建的不意圖；圖13為圖11的一控制程序?qū)嵤├妮斎胼敵鲫P系示意圖。
具體實施方式
圖1為本實用新型輔助逆變器選型平臺實施例一的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，本實施例的輔助逆變器選型平臺可以包括:依次連接的仿真直流輸入模塊1、仿真直流穩(wěn)壓模塊2、仿真逆變模塊3、仿真負載模塊4以及輸出模塊5 ;其中，仿真直流輸入模塊I可以包括:仿真電壓幅值輸入端11、仿真脈沖輸入端12、疊加器13和仿真可控電壓源14，仿真電壓幅值輸入端11和仿真脈沖輸入端12與疊加器13的輸入端連接,疊加器13的輸出端與仿真可控電壓源14連接，仿真可控電壓源14與仿真直流穩(wěn)壓模塊2連接。具體實現(xiàn)時，本實施例的輔助逆變器選型平臺中的各個電氣元件可以使用Matlab中的SimPowerSystems模塊庫器件,并按照預先設計的輔助逆變器各個電氣元件的參數(shù)的選擇設定相應器件的參數(shù)，以便于對某次設計的仿真。搭建平臺所使用的工具也可以是其他工具，此處僅舉例說明，并不對其進行限制。按照圖1所示的電路結(jié)構(gòu)，圖2為圖1的仿真直流輸入模塊使用SimPowerSystems模塊庫的器件搭建的示意圖，如圖2所示,該電路使用Constant作為仿真電壓幅值輸入端11，使用Repeating Sequence作為仿真脈沖輸入端12,使用add模塊作為疊加器13,使用Controlled Voltage Source仿真可控電壓源14。在Constant中直接寫入給定直流電壓的幅值，例如1000V，該電壓幅值可根據(jù)實際要求的電網(wǎng)電壓調(diào)整。在Repeating Sequence可以根據(jù)需要設定波形,例如根據(jù)現(xiàn)場的電網(wǎng)電壓波形，或者可能出現(xiàn)的電網(wǎng)電壓突變的波形設定，以便在本實施例的平臺中模擬電壓沖擊變化。Constant和RepeatingSequence的輸出信號經(jīng)過add模塊后合成形成輸入電壓給定值，再經(jīng)過Controlled Voltage Source轉(zhuǎn)化為可以被其他電氣模塊識別的電壓信號。Controlled Voltage Source與仿真直流穩(wěn)壓模塊2連接，以完成直流輸入的仿真。另外，在實際操作中，為了便于設計人員觀察和分析，可以將add模塊合成后的電壓給定值通過檢測元器件檢測，并將其波形顯示出來，如圖2所示的Ud_in。本實施例，通過依次連接的仿真直流輸入模塊、仿真直流穩(wěn)壓模塊、仿真逆變模塊、仿真負載模塊模擬實際的輔助逆變器主電路中依次連接的直流輸入電路、直流穩(wěn)壓電路、三相逆變電路和三相負載電路，實現(xiàn)對輔助逆變器電路的仿真；在仿真直流輸入模塊中，通過使用疊加器將仿真電壓幅值輸入端和仿真脈沖輸入端所輸入的信號疊加，模擬實際電網(wǎng)電壓的幅值和波形，再通過仿真可控電壓源將上述的幅值和波形轉(zhuǎn)化為可以被其他仿真電氣模塊識別的電壓信號；通過仿真可控電壓源與仿真直流穩(wěn)壓模塊的連接，實現(xiàn)將上述模擬的電網(wǎng)電壓信號輸入到本輔助逆變器選型平臺；通過輸出模塊實現(xiàn)對輸出波形的觀察，設計人員可以將該輸出波形與預想的輸出波形進行對比和判斷，因此本平臺能夠在設計的前端就給設計人員提供直觀的選型依據(jù)，從而避免返工和浪費。圖3為本實用新型輔助逆變器選型平臺實施例二的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖3所示，本實施例的輔助逆變器選型平臺在圖1所示裝置的基礎上，優(yōu)選地，仿真直流穩(wěn)壓模塊2可以包括:依次連接的可調(diào)仿真充電電阻21、可調(diào)仿真平波電抗器22和可調(diào)仿真阻容濾波器23 ；仿真充電電阻21與仿真可控電壓源14連接，仿真阻容濾波器23與仿真逆變模塊3連接。具體實現(xiàn)時，本實施例的輔助逆變器選型平臺例如也使用Matlab中的SimPowerSystems模塊庫器件，圖4為圖3的仿真直流穩(wěn)壓模塊使用SimPowerSystems模塊庫的器件搭建的示意圖，如圖4所示,該電路主要使用Series RLC Branch模塊建立,通過改變Series RLC Branch，可以使其分別模擬可調(diào)仿真充電電阻21、可調(diào)仿真平波電抗器22和可調(diào)仿真阻容濾波器23。另外，在實際操作中，為了便于觀察，可以使用檢測元器件檢測經(jīng)過穩(wěn)壓后直流電壓，如圖4中的Ud_c。同時為了使仿真效果更好，設計人員依據(jù)需求編寫相應的控制程序，Ud_c可以作為供控制程序處理的一個參數(shù)，圖4中的P為控制程序處理后輸出的控制信號。具體應用時，對充電電阻的選型過程如下:充電電阻主要影響輔助逆變器的充電時間，間接影響輔助逆變器所在設備的啟動時間。在實際工程中，充電時間根據(jù)現(xiàn)場要求決定，一般來說，電阻越大充電時間越長，如果充電時間太長，則用戶感受較差，如果充電時間太短，則電路中電流過大，將對設備造成沖擊。例如工程中需要將充電時間控制為I秒，經(jīng)過相關的經(jīng)驗公式計算，可以算出充電電阻為某一數(shù)值，可用本實施例的輔助逆變器選型平臺驗證該數(shù)值。在平臺中將可調(diào)仿真充電電阻21設置為該數(shù)值，在輸出模塊5中觀察輸出波形，可以從輸出波形中得到充電時間，從而可以驗證該數(shù)值是否合理。對平波電抗器與阻容濾波器的選型過程如下:平波電抗器的電抗與阻容濾波器的電阻和電容，該組參數(shù)的理論計算值與實際值差別較大，需要根據(jù)經(jīng)驗與計算綜合選取。該組參數(shù)的主要功能是保持輸入功率模塊的電壓穩(wěn)定，防止輔助逆變器的輸出電壓波動，尤其是電網(wǎng)電壓出現(xiàn)波動時防止輔助逆變器的輸出電壓波動。通過設定不同的參數(shù)，可以得出不同條件下動態(tài)特性。假設網(wǎng)壓在50ms內(nèi)由800V突變至1000V，ls內(nèi)又恢復至800V，可以在本實施例的輔助逆變器選型平臺，分別輸入兩組參數(shù)，觀察不同參數(shù)下經(jīng)直流穩(wěn)壓模塊2穩(wěn)壓后的電壓與輸出電壓的動態(tài)特性。圖5為利用圖3所示的輔助逆變器選型平臺選擇第一組參數(shù)仿真得到的經(jīng)直流穩(wěn)壓模塊穩(wěn)壓后的電壓示意圖，圖6為利用圖3所示的輔助逆變器選型平臺選擇第二組參數(shù)仿真得到的經(jīng)直流穩(wěn)壓模塊穩(wěn)壓后的電壓示意圖。觀察電網(wǎng)電壓突變時的動態(tài)特性。對比圖5和圖6，可以看出，在電網(wǎng)電壓突變時，第二組參數(shù)的輸出波形更穩(wěn)定，而且第二組參數(shù)在輔助逆變器正常工作時(即在電網(wǎng)電壓未突變時)，經(jīng)直流穩(wěn)壓模塊2穩(wěn)壓后的電壓波動更小。因此可以考慮選擇第二組參數(shù)。本實施例，通過依次連接的可調(diào)仿真充電電阻、可調(diào)仿真平波電抗器和可調(diào)仿真阻容濾波器模擬輔助逆變器的直流穩(wěn)壓電路，并通過改變上述可調(diào)器件的參數(shù)，觀察輸出模塊中的輸出波形，設計人員可以判斷參數(shù)選擇是否合理，從而便于在設計前端對充電電阻、平波電抗器、阻容濾波器的選型。圖7為本實用新型輔助逆變器選型平臺實施例三的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖7所示，本實施例的輔助逆變器選型平臺在圖3所示裝置的基礎上，優(yōu)選地，仿真逆變模塊3包括:依次連接的可調(diào)仿真橋電路31、可調(diào)仿真LC濾波器32和可調(diào)仿真變壓器33 ;仿真橋電路31與可調(diào)仿真阻容濾波器23連接，可調(diào)仿真變壓器33與仿真負載模塊4連接。具體實現(xiàn)時，本實施例的輔助逆變器選型平臺中例如也使用Matlab中的SimPowerSystems模塊庫器件，圖8為圖7的仿真逆變模塊使用SimPowerSystems模塊庫的器件搭建的示意圖，如圖8所示,該模塊使用Universal Bridge、Series RLC Branch和Three-Phase Transformer模塊建立。Universal Bridge作為可調(diào)仿真橋電路31,其作用是把直流電壓轉(zhuǎn)換成交流電壓，Series RLC Branch作為可調(diào)仿真LC濾波器32，其作用是把UniversalBridge輸出轉(zhuǎn)化成正弦波輸出，Three-Phase Transformer作為可調(diào)仿真變壓器33，其作用是把后端負載設備與前端的高壓設備隔離，保護用電設備，并對負載用電設備提供三相交流電輸出。與實施例三類似地，本實施例也可以包含控制程序，圖8中的pulse為控制程序處理后輸出的控制信號。具體應用時，對LC濾波器的選型過程如下:例如電網(wǎng)電壓800V，額定功率為35kVA，目前需要在以下兩組LC濾波器的參數(shù)進行選擇，分別為0.382mH/60 μ F/ Λ型連接、
0.6mH/20 μ F/Y型連接。針對每組參數(shù)的分別進行仿真，在本實施例提供的輔助逆變器選型平臺中，將可調(diào)仿真LC濾波器32，即Series RLC fcanch，設置為0.382mH/60 μ F/Λ型連接時，輸出電壓和輸出電流如圖9所示，設置為0.6mH/20 μ F/Y型連接時，輸出電壓和輸出電流如圖10所示。通過直接觀察波形或者通過諧波分析，可以確定圖10的波形正弦度更好，因此可以認為0.6mH/20 μ F/Y型連接更合理。當所需設計的輔助逆變器的電網(wǎng)電壓等級發(fā)生變化時，各個模塊中的器件參數(shù)也需要作相應的變化，各種器件的選型與LC濾波器的選型過程類似，在此不再贅述。這里簡要介紹在設計額定電網(wǎng)電壓提高為1500V的輔助逆變器時，本實施例的輔助逆變器選型平臺的使用方法。由于電網(wǎng)電壓發(fā)生變化，首先要在仿真電壓幅值輸入端11輸入新的額定電壓值。其次按照前述的方法修改仿真直流輸入模塊2的參數(shù)和仿真逆變模塊3中的LC濾波器的參數(shù)。同時，還需要把可調(diào)仿真變壓器的變比設為合適的值，例如760:380 (當額定電網(wǎng)電壓為800V時，該值可以為380:380)，以提高直流電壓的利用率；并需要根據(jù)輸入電壓設計合適的控制程序。本實施例，通過依次連接的可調(diào)仿真橋電路、可調(diào)仿真LC濾波器和可調(diào)仿真變壓器模擬輔助逆變器主電路中的逆變電路，并通過改變上述可調(diào)器件的參數(shù)，觀察輸出模塊中的輸出波形，設計人員可以判斷參數(shù)選擇是否合理，從而便于在設計前端對橋電路、LC濾波器和變壓器的選型。圖11為本實用新型輔助逆變器選型平臺實施例四的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖11所示，本實施例的輔助逆變器選型平臺在圖7所示裝置的基礎上，優(yōu)選地，仿真負載模塊4的負載是可調(diào)負載，輸出模塊5包括仿真結(jié)果顯示單元51。具體實現(xiàn)時，本實施例的輔助逆變器選型平臺中例如也使用Matlab中的SimPowerSystems模塊庫器件，圖12為圖11的仿真負載模塊和輸出模塊使用SimPowerSystems模塊庫的器件搭建的示意圖，如圖12所示，本實施例可以使用SeriesRLC Branch模塊模擬實際車輛用電設備的負載，可以檢測電壓值和電流值送到仿真結(jié)果顯示單元51中顯示。另外，也可將檢測值送到控制程序中。圖13為圖11的一控制程序?qū)嵤├妮斎胼敵鲫P系示意圖，如圖13所示，控制程序以輸出模塊5輸出的電壓值，UuV、UVW、Umi及仿真直流穩(wěn)壓模塊2輸出的電壓值Ud c作為輸入，經(jīng)過一些控制方法和數(shù)學運算，輸出控制信號P和pulse，分別作用于仿真直流穩(wěn)壓模塊2和仿真逆變模塊3?？刂瞥绦蚩梢允褂胹函數(shù)編寫，該s函數(shù)可以使用單獨的文件編寫，例如acu.c文件。需要對該控制程序進行修改時，可以直接打開acu.c文件修改。具體地，控制程序的輸出可以為七路輸出，f 6路為脈沖輸出，可以通過MUX模塊匯總為pluse信號，作為仿真逆變模塊3中Universal Bridge的驅(qū)動信號；另外一路單獨脈沖輸出為P，用于控制充電電阻的投入與切除，在充電過程中，該信號為低，充電電阻一直投入電路工作，起到限制充電電流的作用，當充電過程結(jié)束，該信號為高，充電電阻被短路，不參與電路工作。還有，輔助逆變器的開關頻率也會影響輸出波形，在實際工程應用中，一般開關頻率越高，輸出波形的正弦度越好，但輔助逆變器的發(fā)熱量也越大，不利于設備的穩(wěn)定性，因此，開關頻率也需要選擇一個最優(yōu)值。在本實施例的輔助逆變器選型平臺中，開關頻率可以由控制程序中的循環(huán)周期來模擬，具體應用時，可以在選定一組電氣參數(shù)之后，只改變改變開關頻率，例如打開acu.c文件修改循環(huán)周期，觀察輸出結(jié)果，根據(jù)輸出波形與預想波形的對比，平衡地選擇一個合適的數(shù)值。本實施例，通過可調(diào)負載的仿真負載模塊，實現(xiàn)對存在不同負載需求的輔助逆變器的仿真；通過仿真結(jié)果顯示單元的設置，便于設計人員觀察輸出結(jié)果。最后應說明的是:以上各實施例僅用以說明本實用新型的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述各實施例對本實用新型進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解:其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質(zhì)脫離本實用新型各實施例技術方案的范圍。
權利要求1.一種輔助逆變器選型平臺，其特征在于，包括:依次連接的仿真直流輸入模塊、仿真直流穩(wěn)壓模塊、仿真逆變模塊、仿真負載模塊以及輸出模塊； 所述仿真直流輸入模塊包括:仿真電壓幅值輸入端、仿真脈沖輸入端、疊加器和仿真可控電壓源，所述仿真電壓幅值輸入端和所述仿真脈沖輸入端與所述疊加器的輸入端連接，所述疊加器的輸出端與所述仿真可控電壓源連接，所述仿真可控電壓源與所述仿真直流穩(wěn)壓模塊連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的輔助逆變器選型平臺，其特征在于，所述仿真直流穩(wěn)壓模塊包括:依次連接的可調(diào)仿真充電電阻、可調(diào)仿真平波電抗器和可調(diào)仿真阻容濾波器； 所述仿真充電電阻與所述仿真可控電壓源連接，所述仿真阻容濾波器與所述仿真逆變模塊連接。
3.根據(jù)權利要求2所述的輔助逆變器選型平臺，其特征在于，所述仿真逆變模塊包括:依次連接的可調(diào)仿真橋電路、可調(diào)仿真LC濾波器和可調(diào)仿真變壓器； 所述仿真橋電路與所述可調(diào)仿真阻容濾波器連接，所述可調(diào)仿真變壓器與所述仿真負載模塊連接。
4.根據(jù)權利要求Γ3中任一項所述的輔助逆變器選型平臺，其特征在于，所述仿真負載模塊的負載是可調(diào)負載。
5.根據(jù)權利要求Γ3中任一項所述的輔助逆變器選型平臺，其特征在于，所述輸出模塊包括仿真結(jié)果顯示單元。
專利摘要本實用新型提供一種輔助逆變器選型平臺，包括依次連接的仿真直流輸入模塊、仿真直流穩(wěn)壓模塊、仿真逆變模塊、仿真負載模塊以及輸出模塊；所述仿真直流輸入模塊包括仿真電壓幅值輸入端、仿真脈沖輸入端、疊加器和仿真可控電壓源，所述仿真電壓幅值輸入端和所述仿真脈沖輸入端與所述疊加器的輸入端連接，所述疊加器的輸出端與所述仿真可控電壓源連接，所述仿真可控電壓源與所述仿真直流穩(wěn)壓模塊連接。本實用新型提供的輔助逆變器選型平臺，可以避免僅僅根據(jù)理論計算和經(jīng)驗來選取電氣元件參數(shù)造成的設計失誤，避免設計過程中的返工和浪費。
文檔編號G01R31/00GK202929138SQ20122055262
公開日2013年5月8日 申請日期2012年10月25日 優(yōu)先權日2012年10月25日
發(fā)明者高宏洋, 李婷婷, 郭向紅, 徐從謙 申請人:中國北車股份有限公司大連電力牽引研發(fā)中心