辅助逆变器选型平台的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种辅助逆变器选型平台，包括：依次连接的仿真直流输入模块、仿真直流稳压模块、仿真逆变模块、仿真负载模块以及输出模块；所述仿真直流输入模块包括：仿真电压幅值输入端、仿真脉冲输入端、叠加器和仿真可控电压源，所述仿真电压幅值输入端和所述仿真脉冲输入端与所述叠加器的输入端连接，所述叠加器的输出端与所述仿真可控电压源连接，所述仿真可控电压源与所述仿真直流稳压模块连接。本发明提供的辅助逆变器选型平台，可以避免仅仅根据理论计算和经验来选取电气元件参数造成的设计失误，避免设计过程中的返工和浪费。
【专利说明】辅助逆变器选型平台
【技术领域】
[0001]本发明涉及电气技术，尤其涉及一种辅助逆变器选型平台。
【背景技术】
[0002]辅助逆变器将接触网提供的直流电逆变成3相交流电，为车辆用电设备如空调、电暖、散热系统等提供稳定的供电电源。辅助逆变器主电路电气元件较多，设计较为复杂。目前，在设计过程中通常是根据理论计算和研发人员的经验来选取电路中各电气元件的参数。
[0003]然而，用公式计算得出的理论值与实际使用的元件参数值往往有较大的差别，容易造成设计失误，不便于设计，而经验更是因人而异，这就导致辅助逆变器主电路的整体设计不规范，甚至可能设计完成后发现辅助逆变器最终的输出波形与预想的输出波形有较大差别，导致返工和浪费。
【发明内容】
[0004]本发明提供一种辅助逆变器选型平台，以避免仅仅根据理论计算和经验来选取电气元件参数造成的设计失误。
[0005]本发明提供一种辅助逆变器选型平台，包括:依次连接的仿真直流输入模块、仿真直流稳压模块、仿真逆变模块、仿真负载模块以及输出模块；所述仿真直流输入模块包括:仿真电压幅值输入端、仿真脉冲输入端、叠加器和仿真可控电压源，所述仿真电压幅值输入端和所述仿真脉冲输入端与所述叠加器的输入端连接，所述叠加器的输出端与所述仿真可控电压源连接，所述仿真可控电压源与所述仿真直流稳压模块连接。
[0006]进一步地，上述辅助逆变器选型平台，所述仿真直流稳压模块包括:依次连接的可调仿真充电电阻、可调仿真平波电抗器和可调仿真阻容滤波器；所述仿真充电电阻与所述仿真可控电压源连接，所述仿真阻容滤波器与所述仿真逆变模块连接。
[0007]进一步地，上述辅助逆变器选型平台，所述仿真逆变模块包括:依次连接的可调仿真桥电路、可调仿真LC滤波器和可调仿真变压器；所述仿真桥电路与所述可调仿真阻容滤波器连接，所述可调仿真变压器与所述仿真负载模块连接。
[0008]进一步地，上述辅助逆变器选型平台，所述仿真负载模块的负载是可调负载。
[0009]进一步地，上述辅助逆变器选型平台所述输出模块包括仿真结果显示单元。
[0010]本发明提供的辅助逆变器选型平台，通过依次连接的仿真直流输入模块、仿真直流稳压模块、仿真逆变模块、仿真负载模块模拟实际的辅助逆变器主电路中依次连接的直流输入电路、直流稳压电路、三相逆变电路和三相负载电路，实现对辅助逆变器电路的仿真；在仿真直流输入模块中，通过使用叠加器将仿真电压幅值输入端和仿真脉冲输入端所输入的信号叠加，模拟实际电网电压的幅值和波形，再通过仿真可控电压源将上述的幅值和波形转化为可以被其他仿真电气模块识别的电压信号；通过仿真可控电压源与仿真直流稳压模块的连接，实现将上述模拟的电网电压信号输入到本辅助逆变器选型平台；通过输出模块实现对输出波形的观察，设计人员可以将该输出波形与预想的输出波形进行对比和判断，因此本平台能够在设计的前端就给设计人员提供直观的选型依据，从而避免返工和浪费。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1为本发明辅助逆变器选型平台实施例一的结构示意图；
[0012]图2为图1的仿真直流输入模块使用SimPowerSystems模块库的器件搭建的示意图；
[0013]图3为本发明辅助逆变器选型平台实施例二的结构示意图；
[0014]图4为图3的仿真直流稳压模块使用SimPowerSystems模块库的器件搭建的示意图；
[0015]图5为利用图3所示的辅助逆变器选型平台选择第一组参数仿真得到的经直流稳压模块稳压后的电压示意图；
[0016]图6为利用图3所示的辅助逆变器选型平台选择第二组参数仿真得到的经直流稳压模块稳压后的电压示意图；
[0017]图7为本发明辅助逆变器选型平台实施例三的结构示意图；
[0018]图8为图7的仿真逆变模块使用SimPowerSystems模块库的器件搭建的示意图；
[0019]图9为图7的仿真逆变模块中LC滤波器为0.382mH/60 μ F/ Λ型连接时的输出电压和输出电流示意图；
[0020]图10为图7的仿真逆变模块中LC滤波器为0.6mH/20 μ F/Y型连接时的输出电压和输出电流示意图；
[0021]图11为本发明辅助逆变器选型平台实施例四的结构示意图；
[0022]图12为图11的仿真负载模块和输出模块使用SimPowerSystems模块库的器件搭建的不意图；
[0023]图13为图11的一控制程序实施例的输入输出关系示意图。
【具体实施方式】
[0024]图1为本发明辅助逆变器选型平台实施例一的结构示意图，如图1所示，本实施例的辅助逆变器选型平台可以包括:依次连接的仿真直流输入模块1、仿真直流稳压模块2、仿真逆变模块3、仿真负载模块4以及输出模块5 ;其中，仿真直流输入模块I可以包括:仿真电压幅值输入端11、仿真脉冲输入端12、叠加器13和仿真可控电压源14，仿真电压幅值输入端11和仿真脉冲输入端12与叠加器13的输入端连接,叠加器13的输出端与仿真可控电压源14连接，仿真可控电压源14与仿真直流稳压模块2连接。
[0025]具体实现时，本实施例的辅助逆变器选型平台中的各个电气元件可以使用Matlab中的SimPowerSystems模块库器件,并按照预先设计的辅助逆变器各个电气元件的参数的选择设定相应器件的参数，以便于对某次设计的仿真。搭建平台所使用的工具也可以是其他工具，此处仅举例说明，并不对其进行限制。按照图1所示的电路结构，图2为图1的仿真直流输入模块使用SimPowerSystems模块库的器件搭建的示意图，如图2所示,该电路使用Constant作为仿真电压幅值输入端11，使用Repeating Sequence作为仿真脉冲输入端12,使用add模块作为叠加器13,使用Controlled Voltage Source仿真可控电压源14。在Constant中直接写入给定直流电压的幅值，例如1000V，该电压幅值可根据实际要求的电网电压调整。在Repeating Sequence可以根据需要设定波形,例如根据现场的电网电压波形，或者可能出现的电网电压突变的波形设定，以便在本实施例的平台中模拟电压冲击变化。Constant和RepeatingSequence的输出信号经过add模块后合成形成输入电压给定值，再经过Controlled Voltage Source转化为可以被其他电气模块识别的电压信号。Controlled Voltage Source与仿真直流稳压模块2连接，以完成直流输入的仿真。
[0026]另外，在实际操作中，为了便于设计人员观察和分析，可以将add模块合成后的电压给定值通过检测元器件检测，并将其波形显示出来，如图2所示的Ud_in。
[0027]本实施例，通过依次连接的仿真直流输入模块、仿真直流稳压模块、仿真逆变模块、仿真负载模块模拟实际的辅助逆变器主电路中依次连接的直流输入电路、直流稳压电路、三相逆变电路和三相负载电路，实现对辅助逆变器电路的仿真；在仿真直流输入模块中，通过使用叠加器将仿真电压幅值输入端和仿真脉冲输入端所输入的信号叠加，模拟实际电网电压的幅值和波形，再通过仿真可控电压源将上述的幅值和波形转化为可以被其他仿真电气模块识别的电压信号；通过仿真可控电压源与仿真直流稳压模块的连接，实现将上述模拟的电网电压信号输入到本辅助逆变器选型平台；通过输出模块实现对输出波形的观察，设计人员可以将该输出波形与预想的输出波形进行对比和判断，因此本平台能够在设计的前端就给设计人员提供直观的选型依据，从而避免返工和浪费。
[0028]图3为本发明辅助逆变器选型平台实施例二的结构示意图，如图3所示，本实施例的辅助逆变器选型平台在图1所示装置的基础上，优选地，仿真直流稳压模块2可以包括:依次连接的可调仿真充电电阻21、可调仿真平波电抗器22和可调仿真阻容滤波器23 ;仿真充电电阻21与仿真可控电压源14连接，仿真阻容滤波器23与仿真逆变模块3连接。
[0029]具体实现时，本实施例的辅助逆变器选型平台例如也使用Matlab中的SimPowerSystems模块库器件，图4为图3的仿真直流稳压模块使用SimPowerSystems模块库的器件搭建的示意图，如图4所示,该电路主要使用Series RLC Branch模块建立,通过改变Series RLC Branch，可以使其分别模拟可调仿真充电电阻21、可调仿真平波电抗器22和可调仿真阻容滤波器23。
[0030]另外，在实际操作中，为了便于观察，可以使用检测元器件检测经过稳压后直流电压，如图4中的Ud_c。同时为了使仿真效果更好，设计人员依据需求编写相应的控制程序，Ud_c可以作为供控制程序处理的一个参数，图4中的P为控制程序处理后输出的控制信号。
[0031]具体应用时，对充电电阻的选型过程如下:
[0032]充电电阻主要影响辅助逆变器的充电时间，间接影响辅助逆变器所在设备的启动时间。在实际工程中，充电时间根据现场要求决定，一般来说，电阻越大充电时间越长，如果充电时间太长，则用户感受较差，如果充电时间太短，则电路中电流过大，将对设备造成冲击。例如工程中需要将充电时间控制为I秒，经过相关的经验公式计算，可以算出充电电阻为某一数值，可用本实施例的辅助逆变器选型平台验证该数值。在平台中将可调仿真充电电阻21设置为该数值，在输出模块5中观察输出波形，可以从输出波形中得到充电时间，从而可以验证该数值是否合理。
[0033]对平波电抗器与阻容滤波器的选型过程如下:[0034]平波电抗器的电抗与阻容滤波器的电阻和电容，该组参数的理论计算值与实际值差别较大，需要根据经验与计算综合选取。该组参数的主要功能是保持输入功率模块的电压稳定，防止辅助逆变器的输出电压波动，尤其是电网电压出现波动时防止辅助逆变器的输出电压波动。
[0035]通过设定不同的参数，可以得出不同条件下动态特性。假设网压在50ms内由800V突变至1000V，ls内又恢复至800V，可以在本实施例的辅助逆变器选型平台，分别输入两组参数，观察不同参数下经直流稳压模块2稳压后的电压与输出电压的动态特性。图5为利用图3所示的辅助逆变器选型平台选择第一组参数仿真得到的经直流稳压模块稳压后的电压示意图，图6为利用图3所示的辅助逆变器选型平台选择第二组参数仿真得到的经直流稳压模块稳压后的电压示意图。观察电网电压突变时的动态特性。对比图5和图6，可以看出，在电网电压突变时，第二组参数的输出波形更稳定，而且第二组参数在辅助逆变器正常工作时(即在电网电压未突变时)，经直流稳压模块2稳压后的电压波动更小。因此可以考虑选择第二组参数。
[0036]本实施例，通过依次连接的可调仿真充电电阻、可调仿真平波电抗器和可调仿真阻容滤波器模拟辅助逆变器的直流稳压电路，并通过改变上述可调器件的参数，观察输出模块中的输出波形，设计人员可以判断参数选择是否合理，从而便于在设计前端对充电电阻、平波电抗器、阻容滤波器的选型。
[0037]图7为本发明辅助逆变器选型平台实施例三的结构示意图，如图7所示，本实施例的辅助逆变器选型平台在图3所示装置的基础上，优选地，仿真逆变模块3包括:依次连接的可调仿真桥电路31、可调仿真LC滤波器32和可调仿真变压器33 ;仿真桥电路31与可调仿真阻容滤波器23连接，可调仿真变压器33与仿真负载模块4连接。
[0038]具体实现时，本实施例的辅助逆变器选型平台中例如也使用Matlab中的SimPowerSystems模块库器件，图8为图7的仿真逆变模块使用SimPowerSystems模块库的器件搭建的示意图，如图8所示,该模块使用Universal Bridge、Series RLC Branch和Three-Phase Transformer模块建立。Universal Bridge作为可调仿真桥电路31,其作用是把直流电压转换成交流电压，Series RLC Branch作为可调仿真LC滤波器32，其作用是把UniversalBridge输出转化成正弦波输出，Three-Phase Transformer作为可调仿真变压器33，其作用是把后端负载设备与前端的高压设备隔离，保护用电设备，并对负载用电设备提供三相交流电输出。
[0039]与实施例三类似地，本实施例也可以包含控制程序，图8中的pulse为控制程序处理后输出的控制信号。
[0040]具体应用时，对LC滤波器的选型过程如下:例如电网电压800V，额定功率为35kVA，目前需要在以下两组LC滤波器的参数进行选择，分别为0.382mH/60 μ F/ Λ型连接、
0.6mH/20 μ F/Y型连接。针对每组参数的分别进行仿真，在本实施例提供的辅助逆变器选型平台中，将可调仿真LC滤波器32，即Series RLC fcanch，设置为0.382mH/60 μ F/Λ型连接时，输出电压和输出电流如图9所示，设置为0.6mH/20 μ F/Y型连接时，输出电压和输出电流如图10所示。通过直接观察波形或者通过谐波分析，可以确定图10的波形正弦度更好，因此可以认为0.6mH/20 μ F/Y型连接更合理。
[0041]当所需设计的辅助逆变器的电网电压等级发生变化时，各个模块中的器件参数也需要作相应的变化，各种器件的选型与LC滤波器的选型过程类似，在此不再赘述。这里简要介绍在设计额定电网电压提高为1500V的辅助逆变器时，本实施例的辅助逆变器选型平台的使用方法。
[0042]由于电网电压发生变化，首先要在仿真电压幅值输入端11输入新的额定电压值。其次按照前述的方法修改仿真直流输入模块2的参数和仿真逆变模块3中的LC滤波器的参数。同时，还需要把可调仿真变压器的变比设为合适的值，例如760:380 (当额定电网电压为800V时，该值可以为380:380)，以提高直流电压的利用率；并需要根据输入电压设计合适的控制程序。
[0043]本实施例，通过依次连接的可调仿真桥电路、可调仿真LC滤波器和可调仿真变压器模拟辅助逆变器主电路中的逆变电路，并通过改变上述可调器件的参数，观察输出模块中的输出波形，设计人员可以判断参数选择是否合理，从而便于在设计前端对桥电路、LC滤波器和变压器的选型。
[0044]图11为本发明辅助逆变器选型平台实施例四的结构示意图，如图11所示，本实施例的辅助逆变器选型平台在图7所示装置的基础上，优选地，仿真负载模块4的负载是可调负载，输出模块5包括仿真结果显示单元51。
[0045]具体实现时，本实施例的辅助逆变器选型平台中例如也使用Matlab中的SimPowerSystems模块库器件，图12为图11的仿真负载模块和输出模块使用SimPowerSystems模块库的器件搭建的示意图，如图12所示，本实施例可以使用SeriesRLC Branch模块模拟实际车辆用电设备的负载，可以检测电压值和电流值送到仿真结果显示单元51中显示。另外，也可将检测值送到控制程序中。
[0046]图13为图11的一控制程序实施例的输入输出关系示意图，如图13所示，控制程序以输出模块5输出的电压值，UuV、UVW、Umi及仿真直流稳压模块2输出的电压值Ud_c作为输入，经过一些控制方法和数学运算，输出控制信号P和pulse，分别作用于仿真直流稳压模块2和仿真逆变模块3。控制程序可以使用s函数编写，该s函数可以使用单独的文件编写，例如acu.c文件。需要对该控制程序进行修改时，可以直接打开acu.c文件修改。具体地，控制程序的输出可以为七路输出，f 6路为脉冲输出，可以通过MUX模块汇总为pluse信号，作为仿真逆变模块3中Universal Bridge的驱动信号；另外一路单独脉冲输出为P，用于控制充电电阻的投入与切除，在充电过程中，该信号为低，充电电阻一直投入电路工作，起到限制充电电流的作用，当充电过程结束，该信号为高，充电电阻被短路，不参与电路工作。
[0047]还有，辅助逆变器的开关频率也会影响输出波形，在实际工程应用中，一般开关频率越高，输出波形的正弦度越好，但辅助逆变器的发热量也越大，不利于设备的稳定性，因此，开关频率也需要选择一个最优值。在本实施例的辅助逆变器选型平台中，开关频率可以由控制程序中的循环周期来模拟，具体应用时，可以在选定一组电气参数之后，只改变改变开关频率，例如打开acu.c文件修改循环周期，观察输出结果，根据输出波形与预想波形的对比，平衡地选择一个合适的数值。
[0048]本实施例，通过可调负载的仿真负载模块，实现对存在不同负载需求的辅助逆变器的仿真；通过仿真结果显示单元的设置，便于设计人员观察输出结果。
[0049]最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
【权利要求】
1.一种辅助逆变器选型平台，其特征在于，包括:依次连接的仿真直流输入模块、仿真直流稳压模块、仿真逆变模块、仿真负载模块以及输出模块； 所述仿真直流输入模块包括:仿真电压幅值输入端、仿真脉冲输入端、叠加器和仿真可控电压源，所述仿真电压幅值输入端和所述仿真脉冲输入端与所述叠加器的输入端连接，所述叠加器的输出端与所述仿真可控电压源连接，所述仿真可控电压源与所述仿真直流稳压模块连接。
2.根据权利要求1所述的辅助逆变器选型平台，其特征在于，所述仿真直流稳压模块包括:依次连接的可调仿真充电电阻、可调仿真平波电抗器和可调仿真阻容滤波器； 所述仿真充电电阻与所述仿真可控电压源连接，所述仿真阻容滤波器与所述仿真逆变模块连接。
3.根据权利要求2所述的辅助逆变器选型平台，其特征在于，所述仿真逆变模块包括:依次连接的可调仿真桥电路、可调仿真LC滤波器和可调仿真变压器； 所述仿真桥电路与所述可调仿真阻容滤波器连接，所述可调仿真变压器与所述仿真负载模块连接。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的辅助逆变器选型平台，其特征在于，所述仿真负载模块的负载是可调负载。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的辅助逆变器选型平台，其特征在于，所述输出模块包括仿真结果显示单元。
【文档编号】G01R31/00GK103777089SQ201210414293
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2012年10月25日 优先权日:2012年10月25日
【发明者】高宏洋, 李婷婷, 徐从谦, 郭向红 申请人:中国北车股份有限公司