專(zhuān)利名稱(chēng)：帶雙向直流能饋環(huán)節(jié)的交流電機(jī)牽引試驗(yàn)平臺(tái)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種交流電機(jī)牽引試驗(yàn)平臺(tái)，特別是一種帶雙向直流能饋環(huán)節(jié)的交流
電機(jī)牽引試驗(yàn)平臺(tái)。
背景技術(shù)：
隨著我國(guó)電力機(jī)車(chē)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)電力機(jī)車(chē)牽引試驗(yàn)平臺(tái)控制技術(shù)的要求越來(lái)越 高。目前已有的交流電機(jī)牽引試驗(yàn)平臺(tái)，大多采用電阻箱或水阻等作為負(fù)載，但均屬耗能型 試驗(yàn)平臺(tái)。中國(guó)專(zhuān)利ZL200720016195. 4介紹了一種新型的交直_交直交電氣傳動(dòng)試驗(yàn)裝 置，采用了交直傳動(dòng)的直流電動(dòng)機(jī)和交直交傳動(dòng)的交流電動(dòng)機(jī)直接硬件連接、互饋的連接 方式，取消了傳統(tǒng)試驗(yàn)裝置的直流發(fā)電機(jī)勵(lì)磁裝置和電阻箱，變壓器的一路輸出送到直流 傳動(dòng)裝置，直流傳動(dòng)裝置帶動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)，變壓器的另一路輸出送到交直交傳動(dòng)裝置，交直 交傳動(dòng)裝置帶動(dòng)交流電動(dòng)機(jī)，交流電動(dòng)機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)經(jīng)連接裝置相連接，連接裝置是一 個(gè)聯(lián)軸器，連接交流電動(dòng)機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)。這種牽引試驗(yàn)平臺(tái)采用了互饋方式可以做到能 量互饋，減少了整個(gè)系統(tǒng)的能量消耗。但是在實(shí)際應(yīng)用中，需要針對(duì)交流電機(jī)和直流電機(jī)分 別制造兩套原理完全不同的電機(jī)控制器，控制方式復(fù)雜，從而影響了整個(gè)系統(tǒng)的工作穩(wěn)定 性和實(shí)用性，同時(shí)還大大增加了整個(gè)系統(tǒng)的制造成本。如何解決現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，已成 為電力機(jī)車(chē)技術(shù)領(lǐng)域亟待解決的一大難題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為克服現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足，而提供一種帶雙向直流能饋環(huán)節(jié) 的交流牽引試驗(yàn)平臺(tái)，能夠很好地滿(mǎn)足電氣傳動(dòng)、軌道交通、科研教學(xué)等多領(lǐng)域的生產(chǎn)試驗(yàn) 要求。 根據(jù)本發(fā)明提出的帶雙向直流能饋環(huán)節(jié)的交流牽引試驗(yàn)平臺(tái)，它包括整流器、被 試電機(jī)用逆變器、被試交流電機(jī)、電機(jī)聯(lián)軸器、陪試交流電機(jī)、陪試電機(jī)用逆變器、直流母 線(xiàn)，并依次連接構(gòu)成閉環(huán)，其特征在于陪試電機(jī)用逆變器與直流母線(xiàn)之間串接雙向直流變 換器，雙向直流變換器輸入和輸出側(cè)的電壓，分別與直流母線(xiàn)的電壓和所連接陪試電機(jī)用 逆變器的輸入電壓相等。本發(fā)明的工作原理是采用被試電機(jī)用逆變器和陪試電機(jī)用逆變 器與直流母線(xiàn)連接的方式，可以提供系統(tǒng)中能量的雙向流動(dòng)通路，在做被試電機(jī)牽引試驗(yàn) 時(shí)直流母線(xiàn)能夠吸收陪試電機(jī)的饋能，而在做被試電機(jī)制動(dòng)試驗(yàn)時(shí)則通過(guò)直流母線(xiàn)對(duì)陪試 電機(jī)供電。特別是在陪試電機(jī)用逆變器的直流側(cè)與直流母線(xiàn)之間串接了雙向直流-直流 (DC-DC)變換器，有利于在保證雙向直流變換器兩端的直流電壓極性不變、幅值穩(wěn)定的前提 下，實(shí)現(xiàn)電流雙向流動(dòng)，從而調(diào)節(jié)能量雙向傳輸。雙向直流變換器置于電源仏和U2之間，根 據(jù)實(shí)際應(yīng)用的需要，可以通過(guò)雙向直流變換器的變換控制，使能量從^傳輸?shù)絹?，稱(chēng)為正向 工作模式(Forward mode);或使能量從U2傳輸?shù)絹枺Q(chēng)為反向工作模式(Backward mode), 由此可以實(shí)現(xiàn)雙向直流變換器兩端能量的雙向流動(dòng)。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)控制雙向直流變換 器的輸入輸出側(cè)電壓，來(lái)滿(mǎn)足系統(tǒng)中被試交流電機(jī)和陪試交流電機(jī)的供電電壓，從而降低了對(duì)電機(jī)功率和電壓等級(jí)的限制。被試電機(jī)用逆變器的交流側(cè)和陪試電機(jī)用逆變器的交 流側(cè)分別連接被試交流電機(jī)和陪試交流電機(jī)，兩者各自的輸出交流電壓分別與所接電機(jī)的 輸入電壓匹配，兩者可采用相同的控制策略，如V/F標(biāo)量控制、矢量控制或者直接轉(zhuǎn)矩控制 等，需要注意的是，應(yīng)針對(duì)被控電機(jī)的電氣參數(shù)，修改控制器中的相關(guān)控制參數(shù)。被試交流 電機(jī)和陪試交流電機(jī)的功率和電壓等級(jí)可以不同，還可以互換各自在系統(tǒng)中的角色，即陪 試交流電機(jī)或被試交流電機(jī)職能互換，但要求處于電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)電機(jī)的實(shí)際功率應(yīng)不大于 處于制動(dòng)狀態(tài)電機(jī)的最大功率。陪試交流電機(jī)和被試交流電機(jī)之間采用電機(jī)聯(lián)軸器來(lái)實(shí)現(xiàn) 硬連接，保證了兩者的機(jī)械角速度相等。 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)是一是本發(fā)明實(shí)現(xiàn)以同一控制策略控制兩 臺(tái)電機(jī)的運(yùn)行，使電機(jī)控制的難度大大降低，整個(gè)系統(tǒng)的工作可靠性大幅提高；二是本發(fā)明 對(duì)電機(jī)型號(hào)的限制降低，具有更廣闊的應(yīng)用空間；三是本發(fā)明的雙向直流變換器的輸入和 輸出側(cè)電壓能夠得到準(zhǔn)確而穩(wěn)定的控制，為逆變器提供了良好而可靠的供電；四是本發(fā)明 的雙向直流變換器本身具備突出的支持能量雙向流動(dòng)的特性，使整個(gè)系統(tǒng)保持了能量互饋 特性，具有低能耗的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了與節(jié)能要求的完美結(jié)合。本發(fā)明廣泛適用于電氣傳動(dòng)、軌 道交通、科研教學(xué)等多領(lǐng)域的生產(chǎn)試驗(yàn)場(chǎng)合。


圖1是本發(fā)明提出的帶雙向直流能饋環(huán)節(jié)的交流電機(jī)牽引試驗(yàn)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)示意 圖。 圖2是本發(fā)明電流型雙向直流變換器的雙向Buck/Boost直流變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示 意圖。 圖3是本發(fā)明電流型雙向直流變換器的雙向Buck-Boost直流變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示 意圖。 圖4是本發(fā)明四象限直流變換器的單相全橋雙向直流變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。 結(jié)合圖l，帶雙向直流能饋環(huán)節(jié)的交流牽引試驗(yàn)平臺(tái)是由整流器(1)、被試電機(jī)用 逆變器(2)、被試交流電機(jī)(3)、電機(jī)聯(lián)軸器(4)、陪試交流電機(jī)(5)、陪試電機(jī)用逆變器(6)、 雙向直流變換器(7)和直流母線(xiàn)(8)組成。雙向直流變換器(7)采用電流型雙向直流變換 器或四象限直流變換器。整個(gè)系統(tǒng)的搭建方式是被試交流電機(jī)(3)和陪試交流電機(jī)(5) 通過(guò)電機(jī)聯(lián)軸器(4)實(shí)現(xiàn)軸連，被試交流電機(jī)(3)的進(jìn)線(xiàn)側(cè)連接至被試電機(jī)用逆變器(2)， 陪試交流電機(jī)(5)的進(jìn)線(xiàn)側(cè)連接至陪試電機(jī)用逆變器(6)，被試電機(jī)用逆變器(2)和陪試 電機(jī)用逆變器(6)的直流母線(xiàn)(8)通過(guò)雙向直流變換器(7)連接至直流母線(xiàn)(8)，直流母 線(xiàn)(8)上的直流網(wǎng)壓由交流電網(wǎng)經(jīng)整流器(1)整流得到。本發(fā)明由被試交流電機(jī)(3)和陪 試交流電機(jī)(5)搭建而成，兩臺(tái)電機(jī)的控制器原理相同，從根本上解決了現(xiàn)有技術(shù)存在的 兩臺(tái)電機(jī)的控制器原理不相同所帶來(lái)的可實(shí)施性差的問(wèn)題，從而大大降低了系統(tǒng)的復(fù)雜程 度；通過(guò)把雙向直流變換器(7)引入系統(tǒng)中，在保證系統(tǒng)穩(wěn)定供電運(yùn)行的同時(shí)，也保持了系 統(tǒng)原有的能量互饋特性，使系統(tǒng)低能耗的優(yōu)點(diǎn)更加突出；本發(fā)明所選用被試交流電機(jī)(3)和陪試交流電機(jī)(5)的功率相同或不相同均可，但要滿(mǎn)足搭建試驗(yàn)平臺(tái)的整體要求；在設(shè) 計(jì)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制器時(shí)，可以采用相同的控制策略，僅需要把控制參數(shù)與相應(yīng)電機(jī)的電氣 參數(shù)作配套即可，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)；同時(shí)加入的雙向直流變換器(7)環(huán)節(jié)，能夠保證被試交 流電機(jī)(3)和陪試交流電機(jī)(5)的良好供電，并實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)能量的互饋，保持了系統(tǒng)低耗能的 優(yōu)良特性。 結(jié)合圖2、圖3和圖4，雙向直流變換器(7)可采用電流型雙向直流變換器或四 象限直流變換器。電流型雙向直流變換器可選用雙向Buck/Boost直流變換器或雙向 Buck-Boost直流變換器；四象限直流變換器可選用單相全橋雙向直流變換器。
圖2是電流型雙向直流變換器的雙向Buck/Boost直流變換器，它由輸入濾波電容 Q、升壓開(kāi)關(guān)管Qp升壓續(xù)流二極管Dp降壓開(kāi)關(guān)管Q2、降壓續(xù)流二極管D^儲(chǔ)能電感Lf、輸出 濾波電容G等組成。結(jié)合圖l和圖2，以制作一套采用雙向Buck/Boost直流變換器的交流 電機(jī)牽引試驗(yàn)平臺(tái)為例整流器(1)可選擇1500V直流輸出大功率三相全橋整流器；被試 電機(jī)用逆變器(2)選擇300kVA高壓大功率變頻器；被試交流電機(jī)(3)采用190kW三相交流 鼠籠型異步電機(jī)；電機(jī)聯(lián)軸器(4)采用金屬?gòu)椥栽?lián)軸器；陪試交流電機(jī)(5)選用550kW 三相交流鼠籠型異步電機(jī)；陪試電機(jī)用逆變器(6)選用630kVA高壓大功率變頻器；雙向直 流變換器(7)使用屬于電流型雙向直流變換器的550kW雙向Buck/Boost直流變換器；直流 母線(xiàn)(8)采用銅制母線(xiàn)。 圖3是電流型雙向直流變換器的雙向Buck-Boost直流變換器，它由輸入濾波電容 Q、開(kāi)關(guān)管Qp續(xù)流二極管Dp儲(chǔ)能電感Lf、開(kāi)關(guān)管92、續(xù)流二極管Dy輸出濾波電容C2等組 成。結(jié)合圖1和圖3，以制作一套采用雙向Buck-Boost直流變換器的交流電機(jī)牽引試驗(yàn)平 臺(tái)為例整流器(1)選用三相全橋整流器；被試電機(jī)用逆變器(2)選擇1. lkW標(biāo)量V/F控 制型變頻器；被試電機(jī)(3)選擇lkW三相交流鼠籠型異步電機(jī)；電機(jī)聯(lián)軸器(4)采用剛性 夾殼聯(lián)軸器；陪試電機(jī)(5)采用lkW三相交流鼠籠型異步電機(jī)；陪試電機(jī)用逆變器(6)選 用1. lkW標(biāo)量V/F控制型變頻器；雙向直流變換器(7)使用屬于電流型雙向直流變換器的 1. 5kW雙向Buck-Boost直流變換器；直流母線(xiàn)(8)采用銅制母線(xiàn)。 圖4是四象限直流變換器的單相全橋雙向直流變換器，它由輸入濾波電容Q、開(kāi)關(guān) 管Qi 94、續(xù)流二極管D工 Dp儲(chǔ)能電感Lf、輸出濾波電容C2等組成。結(jié)合圖1和圖4，以 制作一套采用單相全橋雙向直流變換器的交流電機(jī)牽引試驗(yàn)平臺(tái)為例整流器(1)選用三 相全橋整流器；被試電機(jī)用逆變器(2)選擇1. lkW標(biāo)量V/F控制型變頻器；被試電機(jī)(3)選 擇lkW三相交流鼠籠型異步電機(jī)；電機(jī)聯(lián)軸器(4)采用尼龍夾殼聯(lián)軸器；陪試電機(jī)(5)采 用3kW帶電磁制動(dòng)式三相交流鼠籠型異步電機(jī)；陪試電機(jī)用逆變器(6)選用3. 7kW標(biāo)量V/ F控制型變頻器；雙向直流變換器(7)使用屬于四象限直流變換器的4. 5kW單相全橋雙向 直流變換器；直流母線(xiàn)(8)采用銅制母線(xiàn)。
權(quán)利要求
一種交流電機(jī)牽引試驗(yàn)平臺(tái)，特別是一種帶雙向直流能饋環(huán)節(jié)的交流電機(jī)牽引試驗(yàn)平臺(tái)，它包括整流器(1)、被試電機(jī)用逆變器(2)、被試交流電機(jī)(3)、電機(jī)聯(lián)軸器(4)、陪試交流電機(jī)(5)、陪試電機(jī)用逆變器(6)、直流母線(xiàn)(8)，并依次連接構(gòu)成閉環(huán)，其特征在于陪試電機(jī)用逆變器(6)與直流母線(xiàn)(8)之間串接雙向直流變換器(7)，雙向直流變換器(7)輸入和輸出側(cè)的電壓，分別與直流母線(xiàn)(8)的電壓和所連接陪試電機(jī)用逆變器(6)的輸入電壓相等。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的交流電機(jī)牽引試驗(yàn)平臺(tái)，其特征在于雙向直流變換器(7)為 電流雙向型直流變換器或四象限直流變換器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的交流電機(jī)牽引試驗(yàn)平臺(tái)，其特征在于電流雙向型直流變換器 為雙向Buck/Boost直流變換器或雙向Buck-Boost直流變換器。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的交流電機(jī)牽引試驗(yàn)平臺(tái)，其特征在于四象限直流變換器為單 相全橋雙向直流變換器。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的交流電機(jī)牽引試驗(yàn)平臺(tái)，其特征在于被試交流電機(jī)(3) 和陪試交流電機(jī)(5)的功率相同或不相同。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的交流電機(jī)牽引試驗(yàn)平臺(tái)，其特征在于被試交流電機(jī)(3) 和陪試交流電機(jī)(5)的功率相同或不相同。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的交流電機(jī)牽引試驗(yàn)平臺(tái)，其特征在于被試交流電機(jī)(3) 和陪試交流電機(jī)(5)的功率相同或不相同。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種交流電機(jī)牽引試驗(yàn)平臺(tái)，特別是一種帶雙向直流能饋環(huán)節(jié)的交流電機(jī)牽引試驗(yàn)平臺(tái)，它包括整流器、被試電機(jī)用逆變器、被試交流電機(jī)、電機(jī)聯(lián)軸器、陪試交流電機(jī)、陪試電機(jī)用逆變器、直流母線(xiàn)，并依次連接構(gòu)成閉環(huán)，其特征在于陪試電機(jī)用逆變器與直流母線(xiàn)之間串接雙向直流變換器，雙向直流變換器輸入和輸出側(cè)的電壓，分別與直流母線(xiàn)的電壓和所連接陪試電機(jī)用逆變器的輸入電壓相等。本發(fā)明的雙向直流變換器本身具備突出的支持能量雙向流動(dòng)的特性，使整個(gè)系統(tǒng)保持了能量互饋特性，具有低能耗的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了與節(jié)能要求的完美結(jié)合。本發(fā)明廣泛適用于電氣傳動(dòng)、軌道交通、科研教學(xué)等多領(lǐng)域的生產(chǎn)試驗(yàn)場(chǎng)合。
文檔編號(hào)H02M3/155GK101713816SQ20081024320
公開(kāi)日2010年5月26日 申請(qǐng)日期2008年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月31日
發(fā)明者劉少培, 胡文斌 申請(qǐng)人:南京理工大學(xué)