专利名称：一种节能的逆变器试验电路与控制方法
技术领域：
本发明涉及一种节能的逆变器试验电路与控制方法，更具体的说，尤其涉及一种同一组中的两被测逆变器单元进行无功功率对冲的节能的逆变器试验电路与控制方法。
背景技术：
随着电力电子技术的日益发展与成熟，各种电压等级的逆变器产品越来越多的应用在各种场合与领域，为了保证产品在发布和用户使用过程中是可靠的，生产厂家必须对逆变器产品做详细的性能、功能和环境测试，满载测试是其中最重要的一种，主要能够考核的是温升试验，损耗试验，效率，电压应力，电流应力以及过电流能力等指标。目前满载测试采用最普遍的一种测试方式就是由逆变器带动电动机，电动机拖动发电机进行加载，发电机发出的电能要么通过电阻发热消耗掉，要么通过逆变回馈到电网上回收利用，第一种方式是一种完全不节能的方式，第二中方式是相对节能的方式，但在回馈到电网时首先会有一个效率的问题，其次回馈装置产生的谐波也同时注入到电网上。另外上述两种方式有一个共同的特点就是在设计试验系统时要保证系统中的每一个环节都要与被测试逆变器单元的功率匹配，即不能小于被测试单元的功率，这就对系统的负载容量，电源容量设计提出了更高的要求，在设计前期要有足够的规划与资金预算。
发明内容
本发明为了克服上述技术问题的缺点，提供了一种同一组中的两被测逆变器单元进行无功功率对冲的节能的逆变器试验电路与控制方法。本发明的节能的逆变器试验电路，其特别之处在于:包括基准电压发生单元、电抗器、2N个被测逆变器单元和控制器单元，被测逆变器单元的输出经电抗器与基准电压发生单元的输出相连接；基准电压发生单元包括整流电路和逆变电路，整流电路的输入端与外界三相电源相连接，逆变电路输出三相基准电压；两个被测逆变器单元为一组，同一组被测逆变器单元中逆变器的功率相等；基准电压发生单元和被测逆变器单元中的逆变电路均由可关断器件IGBT构成；控制器单元可检测被测逆变器单元的母线电压及其输出的电流，控制器单元输出的驱动信号与基准电压发生单元中的IGBT和被测逆变器单元中的IGBT的控制端相连接；控制器单元控制同一组中的两个被测逆变器单元，一个工作在发出感性无功状态，另一个工作在发出等量容性无功状态；N为正整数。控制器单元具有信号采集、数据运算和控制输出的作用，可采集被测逆变器单元的母线电压和输出电流，并可输出对IGBT控制的驱动信号。在控制器单元的控制下，通过基准电压发生单元可输出频率和相位均可调节的基准电压信号。控制器单元控制同一组中的一个被测逆变器单元工作在感性无功状态，另一个被测逆变器单元工作在容性无功状态，这样实验电路中的能量会在同一组中的两个被测逆变器单元之间相互转化，除了电抗器和母线电容的充放电、IGBT的开关消耗能量外，基本无能量消耗，即可完成被测逆变器单元的满载、老化测试，有效地降低了对外界能量的消耗。
本发明的节能的逆变器试验电路，所述被测逆变器单元为单相H桥逆变器单元、三相两电平逆变器单元或三相三电平逆变器单元。本发明的节能的逆变器试验电路，在被测逆变器单元为单相H桥逆变器单元的情况下，单相H桥的一个输出经电抗器接于基准电压发生单兀的一个输出端上，所有单相H桥的另一个输出连接在一起后，接于基准电压发生单元的另一个输出端上。本发明的节能的逆变器试验电路，在被测逆变器单元为三相两电平逆变器单元或三相三电平逆变器单元的情况下，被测逆变器单元的三相输出经电抗器后接于基准电压发生单兀的三相输出上。本发明的节能的逆变器试验电路，所述基准电压发生单元包括信号处理器以及与其相连接的驱动信号处理器、数据通讯模块、模数转换电路和过流保护电路；驱动信号处理器用于输出各IGBT的驱动信号以及检测每个被测逆变器单元的运行信息，数据通讯模块实现与上位PC机的通讯，模数转换电路用于转化每个被测逆变器单元的输出电流，过流保护电路用于产生过流保护信号。被测逆变器单元的运行信息包括被测逆变器单元的母线电压及其工作状态是否正常。本发明的节能的逆变器试验电路，所述基准电压发生单元中整流电路的输入端设置有延时缓冲电路，输出端设置有直流滤波电容。通过延时缓冲电路可在充电开始时刻投入电阻进行限流，避免损坏整流器件。本发明的节能的逆变器试验电路的控制方法，包括以下步骤:a).被测逆变器连接，以功率相等的被测逆变器单元为一组，与电抗器相连接后接于基准电压发生单元的输出端；b).检测信号连接，将被测逆变器单元的母线电压检测端与控制器单元相连接，以实现对母线电压的测量；在被测逆变器单元的输出端设置霍尔电流传感器，以实现对被测逆变器单元输出电流的检测；c).对母线充电，控制器单元控制基准电压发生单元、被测逆变器单元进行工作，对被测逆变器单元的母线进行充电，直至母线电压稳定；d).输出同频同相电压，在控制器单元的控制下，控制同一组被测逆变器单元中的两逆变器输出同频同相的电压；并控制其中一个被测逆变器单元输出超前电压n/2的电流，控制另一个被测逆变器单元输出滞后电压n/2的电流，以实现无功功率对冲，减少外界能量的消耗；e).母线电压检测，控制器单元始终检测被测逆变器单元的母线电压，当母线电压过低时，通过控制基准电压发生单元和被测逆变器单元对母线点压进行升压控制，维持母线电压恒定；f).电流检测，控制器单元通过霍尔电流传感器检测被测逆变器单元输出的电流值，如果电流值超过了额定值，则通过减小基准电压发生单元与被测逆变器单元输出端之间的电压差，来降低被测逆变器单元的输出电流；如果电流值达到了过流保护值，则关断该组被测逆变器单元的运行。本发明的有益效果是:本发明的节能的逆变器试验电路，通过设置输出电压的频率和幅值均可调整的基准电压发生单元，将功率相等的两被测逆变器单元作为一组，通过电抗器接到基准电压发生单元的输出端上；通过控制器单元将同一组中的两个被测逆变器单元分别工作在发出容性无功和感性无功状态，在对逆变器进行满载和老化试验的过程中，有效地降低了对外界能量的消耗，避免了以往采用电机对托的高能耗以及将电能反馈至电网时的高成本，节能效果显著。本发明电路简单，接线方式快捷，能够在前级输入容量很小的场合实现大功率逆变单元的全功率试验，有效的节省了电能与试验费用，是一种高效节能的试验方式。本发明的节能的逆变器试验电路的有益效果主要体现在以下方面:
(I)本发明的试验电路，除了系统中电抗器的直流损耗与铁耗，IGBT的开关损耗外基本没有耗能环节，理论上是不需要从系统中取能的，整机效率可达99%以上。(2)接线简单，单相与三相逆变器的测试系统可以通用，比以往的电机负载来说更具有通用性与兼容性。(3)控制系统简单，利用一个核心控制器，不用检测被测逆变器单元的电压相位，可以省去电压同步检测，另外通过霍尔传感器将每个被试单元的输出电流做闭环控制，提高了控制系统的控制精度与性能。(4)控制系统采集每个被试单元的母线电压，对被试单元的母线电压做闭环控制，使每一个被试单元的母线电压均衡。(5)由基准电压发生单元控制输出电压的幅值与频率，可以省去调压装置。(6)基准电压发生单元控制输出频率可以模拟系统频率波动。 ( 7 )基准电压发生单元控制输出的任意相电压可以模拟系统电压不平衡与电压波动。(8)试验效率高，可以同时试验2N (N为整数)个功率相当的逆变器单元，前级的基准电压发生单元的功率可以做到很小。随着单元数量的增加，基准电压发生单元的功率可以不变。
图1为本发明中控制器单元的原理框 图2为本发明中两电平的基准电压发生单元的电路原理 图3为本发明中三电平的基准电压发生单元的电路原理 图4为本发明的单相的被测逆变器单元的试验电路系统 图5为本发明的三相两电平的被测逆变器单元的试验电路系统 图6为本发明的三相三电平的被测逆变器单元的试验电路系统图。图中:I基准电压发生单元，2电抗器，3被测逆变器单元，4信号处理器，5驱动信号处理器，6数据通讯模块，7模数转换电路。
具体实施例方式下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。本发明的节能的逆变器试验电路由基准电压发生单元1、电抗器2、被测逆变器单元3和控制器单元组成，控制器单元具有信号采集、数据运算和控制输出的作用，基准电压发生单元I用于产生频率和幅值均可调的电压信号。如图1所示给出了控制器单元的电路原理图，其包括信号处理器4、驱动信号处理器5、数据通讯模块6、模数转换电路7和过流保护电路；信号处理器由DSP芯片构成，实现主要的采集和控制作用。驱动信号处理器5与信号处理器4相连接，可由FPGA形成，用于输出基准电压发生单元I中IGBT和被测逆变器单元3中IGBT的驱动信号，以控制IGBT的通断状态；驱动信号处理器5还可检测被测逆变器单元3的运行信息，包括被测逆变器单元的母线电压以及运行状态。
数据通讯模块6与信号处理器4相连接，为显示与人机接口部分，实现与上位机的通讯连接，以便将信息上传至上位机和接受上位机的控制。模数转换电路7用于将采集的被测逆变器单元3的输出电流的模拟信号转化为数字信号，输入至信号处理器4中。当过流保护电路检测到被测逆变器单元3输出的电流过高时，会产生触发信号至信号处理器4。如图2和图3所示，分别给出了本发明中两电平和三电平的基准电压发生单元的电路原理图，其包括延时缓冲电路、整流电路、直流滤波电路和逆变电路，所示的整流电路由整流二极管构成，其输入端通过延时缓冲电路与外界三相交流电源相连接，延时缓冲电路中的电阻实现对整流器件的限流作用。逆变电路均采用可关断IGBT功率器件，以输出幅值和相位均可调的电压信号。两电平与三电平基准电压发生单元的区别在于，图2中的逆变电路的母线侧为两电平，图3中的逆变电路的母线侧为三电平结构。如图4所示，给出了本发明的单相的被测逆变器单元的试验电路系统图，所示的被测逆变器单元3为单相H桥结构，单相H桥也由可关断器件IGBT构成，单相H桥的一个输出端经电抗器2后接于基准电压发生单元I的一个输出端上，所有单相H桥的另一个输出端首先连接在一起，然后再接到基准电压发生单元I的另一个输出端上。基准电压发生单元I剩余的一个桥臂不工作。所示的被测逆变器单元3的数量为2N个，两个为一组，同一组中两个被测逆变器单元的功率相等；控制器单元控制同一组中的两个被测逆变器单元3，其中一个被测逆变器单元3发出感性电流，另外一个被测逆变器单元3发出幅值相等的容性电流，即一个工作在发出感性无功状态，另一个工作在发出等量容性无功状态；这样，除了系统中电抗器2的直流损耗与铁耗，IGBT的开关损耗外基本没有耗能环节，理论上是不需要从系统中取能的，整机效率可达99%以上。图5和图6分别给出了三相两电平和三相三电平的被测逆变器单元的试验电路系统图，被测逆变器单元3的三个输出端分别经过电抗器2的三个线圈后接到基准电压发生单元I的三个输出端上，同样地，2N个被测逆变器单元3两个为一组，同一组中两个被测逆变器单元的功率相等；控制器单元控制同一组中的两个被测逆变器单元3，一个工作在发出感性无功状态，另一个工作在发出等量容性无功状态。本发明的节能的逆变器试验电路的控制方法，包括以下步骤:
a).被测逆变器连接，以功率相等的被测逆变器单元(3)为一组，与电抗器(2)相连接后接于基准电压发生单元(I)的输出端；
b).检测信号连接，将被测逆变器单元的母线电压检测端与控制器单元相连接，以实现对母线电压的测量；在被测逆变器单元的输出端设置霍尔电流传感器，以实现对被测逆变器单元输出电流的检测；
c).对母线充电，控制器单元控制基准电压发生单元、被测逆变器单元进行工作，对被测逆变器单元的母线进行充电，直至母线电压稳定；
d).输出同频同相电压，在控制器单元的控制下，控制同一组被测逆变器单元中的两逆变器输出同频同相的电压；并控制其中一个被测逆变器单元输出超前电压n/2的电流，控制另一个被测逆变器单元输出滞后电压n/2的电流，以实现无功功率对冲，减少外界能量的消耗；
e).母线电压检测，控制器单元始终检测被测逆变器单元的母线电压，当母线电压过低时，通过控制基准电压发生单元和被测逆变器单元对母线点压进行升压控制，维持母线电压恒定;
f).电流检测，控制器单元通过霍尔电流传感器检测被测逆变器单元输出的电流值，如果电流值超过了额定值，则通过减小基准电压发生单元与被测逆变器单元输出端之间的电压差，来降低被测逆变器单元的输出电流；如果电流值达到了过流保护值，则关断该组被测逆变器单元的运行。本发明电路简单，接线方式快捷，能够在前级输入容量很小的场合实现大功率逆变单元的全功率试验，有效的节省了电能与试验费用，是一种高效节能的试验方式。本发明的节能的逆变器试验电路与控制方法，通过基准电压发生单元提供电压基准，并联在基准电压输出上的成对单元实现无功功率对冲，保证基准电压发生单元的输出基本维持在零功率，只需从电网侧获取很少的能量，有效的实现了节能。
权利要求
1.一种节能的逆变器试验电路，其特征在于:包括基准电压发生单元(I)、电抗器(2)、2N个被测逆变器单元(3)和控制器单元，被测逆变器单元的输出经电抗器与基准电压发生单元的输出相连接；基准电压发生单元包括整流电路和逆变电路，整流电路的输入端与外界三相电源相连接，逆变电路输出三相基准电压；两个被测逆变器单元为一组，同一组被测逆变器单元中逆变器的功率相等；基准电压发生单元和被测逆变器单元中的逆变电路均由可关断器件IGBT构成；控制器单元可检测被测逆变器单元的母线电压及其输出的电流，控制器单元输出的驱动信号与基准电压发生单元中的IGBT和被测逆变器单元中的IGBT的控制端相连接；控制器单元控制同一组中的两个被测逆变器单元，一个工作在发出感性无功状态，另一个工作在发出等量容性无功状态；N为正整数。
2.根据权利要求1所述的节能的逆变器试验电路，其特征在于:所述被测逆变器单元(3)为单相H桥逆变器单元、 三相两电平逆变器单元或三相三电平逆变器单元。
3.根据权利要求2所述的节能的逆变器试验电路，其特征在于:在被测逆变器单元(3)为单相H桥逆变器单元的情况下，单相H桥的一个输出经电抗器(2)接于基准电压发生单元(I)的一个输出端上，所有单相H桥的另一个输出连接在一起后，接于基准电压发生单元的另一个输出端上。
4.根据权利要求2所述的节能的逆变器试验电路，其特征在于:在被测逆变器单元(3)为三相两电平逆变器单元或三相三电平逆变器单元的情况下，被测逆变器单元的三相输出经电抗器(2)后接于基准电压发生单元的三相输出上。
5.根据权利要求1或2所述的节能的逆变器试验电路，其特征在于:所述基准电压发生单元(I)包括信号处理器(4)以及与其相连接的驱动信号处理器(5)、数据通讯模块(6)、模数转换电路(7)和过流保护电路；驱动信号处理器用于输出各IGBT的驱动信号以及检测每个被测逆变器单元(3)的运行信息，数据通讯模块实现与上位PC机的通讯，模数转换电路用于转化每个被测逆变器单元的输出电流，过流保护电路用于产生过流保护信号。
6.根据权利要求1或2所述的节能的逆变器试验电路，其特征在于:所述基准电压发生单元(I)中整流电路的输入端设置有延时缓冲电路，输出端设置有直流滤波电容。
7.一种基于权利要求1所述节能的逆变器试验电路的控制方法，其特征在于，包括以下步骤: a).被测逆变器连接，以功率相等的被测逆变器单元(3)为一组，与电抗器(2)相连接后接于基准电压发生单元(I)的输出端； b).检测信号连接，将被测逆变器单元的母线电压检测端与控制器单元相连接，以实现对母线电压的测量；在被测逆变器单元的输出端设置霍尔电流传感器，以实现对被测逆变器单元输出电流的检测； c).对母线充电，控制器单元控制基准电压发生单元、被测逆变器单元进行工作，对被测逆变器单元的母线进行充电，直至母线电压稳定； d).输出同频同相电压，在控制器单元的控制下，控制同一组被测逆变器单元中的两逆变器输出同频同相的电压；并控制其中一个被测逆变器单元输出超前电压n/2的电流，控制另一个被测逆变器单元输出滞后电压n/2的电流，以实现无功功率对冲，减少外界能量的消耗； e).母线电压检测，控制器单元始终检测被测逆变器单元的母线电压，当母线电压过低时，通过控制基准电压发生单元和被测逆变器单元对母线点压进行升压控制，维持母线电压恒定; f).电流检测，控制器单元通过霍尔电流传感器检测被测逆变器单元输出的电流值，如果电流值超过了额 定值，则通过减小基准电压发生单元与被测逆变器单元输出端之间的电压差，来降低被测逆变器单元的输出电流；如果电流值达到了过流保护值，则关断该组被测逆变器单元的运行。
全文摘要
本发明的节能的逆变器试验电路，特征在于包括基准电压发生单元、电抗器、2N个被测逆变器单元和控制器单元，同一组被测逆变器单元中逆变器的功率相等；逆变电路由可关断器件IGBT构成；控制器单元控制同一组中的两个被测逆变器单元，一个工作在发出感性无功状态，另一个工作在发出等量容性无功状态；N为正整数。本发明的控制方法，包括a).被测逆变器连接；b).检测信号连接；c).对母线充电；d).输出同频同相电压，实现无功功率对冲。本发明的节能的逆变器试验电路，接线方式快捷，能够在前级输入容量很小的场合实现大功率逆变单元的全功率试验，有效的节省了电能与试验费用，是一种高效节能的试验方式。
文档编号G01R31/00GK103091587SQ20131002624
公开日2013年5月8日 申请日期2013年1月24日 优先权日2013年1月24日
发明者张长元, 胡顺全, 裴宝峰, 任其广, 石广保, 李辉, 马宏健, 梁开来, 姚海嘉, 周玉兰, 贾明英, 郭少明 申请人:山东新风光电子科技发展有限公司