交流传动试验系统及方法与流程

本发明实施例涉及自动控制技术，尤其涉及一种交流传动试验系统及方法。

背景技术：

交流传动系统是指以交流电机为控制对象，对电机的输出转矩和转速进行调节的新型传动系统，而交流传动试验则是对交流传动系统进行研发和验证而进行的试验，能够有效的实现对交流传动系统及其主要部件的试型式试验、例行试验和研究性试验。

现有技术在进行交流传动试验时，通常采用主变压器以及四象限变流器将单相交流电(25kv/50hz)接触网电压转变为三相变压变频电压，从而向电机进行供电，以便进行后续试验。

然而，采用上述的单相交流电对电机进行供电，不仅对试验场所要求较高，还对主变压器以及四象限变流器等设备的耐压等级要求高，导致交流传动试验成本较高。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种交流传动试验系统及方法，以实现降低交流传动试验的成本。

第一方面，本发明实施例提供一种交流传动试验系统，包括：直流可调稳压电源、动力电池、充放电模块以及测试电路；其中

所述直流可调稳压电源的一端用于连接电网，所述直流可调稳压电源的另一端与所述测试电路连接；

所述动力电池的一端与所述充放电模块的一端连接，所述充放电模块的另一端分别与所述测试电路和所述直流可调稳压电源连接；

所述直流可调稳压电源用于将电网电压转换为直流高压电源；

所述充放电模块用于控制所述动力电池进行直流高压放电，所述充放电模块还用于控制所述电网向所述动力电池充电。

在一种可能的设计中，还包括：控制模块、第一开关和第二开关；其中

所述第一开关分别与直流可调稳压电源、所述测试电路以及所述控制模块连接；

所述第二开关分别与所述充放电模块、所述测试电路以及所述控制模块连接；

所述控制模块用于控制所述第一开关和所述第二开关的通断。

在一种可能的设计中，所述控制模块还与所述充放电模块连接；

所述控制模块用于控制所述充放电模块处于充电或放电状态。

在一种可能的设计中，所述充放电模块为双向dc/dc变换器电路。

在一种可能的设计中，所述测试电路包括第一牵引逆变器、第一牵引电机以及第二牵引逆变器和第二牵引电机；其中

所述第一牵引逆变器分别与所述直流可调稳压电源、所述充放电模块和所述第一牵引电机连接；

所述第二牵引逆变器分别与所述直流可调稳压电源、所述充放电模块和所述第二牵引电机连接；

所述第一牵引电机与所述第二牵引电机机械连接。

在一种可能的设计中，所述第一牵引电机和所述第二牵引电机通过联轴节和扭矩仪连接。

第二方面，本发明实施例提供一种交流传动试验方法，包括：控制直流可调稳压电源将电网电压转换为直流高压电源，以向测试电路供电；和/或

控制充放电模块使得动力电池进行直流高压放电，以向测试电路供电。

在一种可能的设计中，所述控制充放电模块使得动力电池进行直流高压放电之前，所述方法还包括：

控制充放电模块使得电网向所述动力电池充电。

在一种可能的设计中，所述控制直流可调稳压电源将电网电压转换为直流高压电源，包括：

控制第一开关闭合，使得所述直流可调稳压电源与所述测试电路之间的链路导通。

在一种可能的设计中，所述控制充放电模块使得动力电池进行直流高压放电，包括：

控制第二开关闭合，使得所述充放电模块与所述测试电路之间的链路导通。

本发明实施例提供的交流传动试验系统及方法，其系统包括：包括：直流可调稳压电源、动力电池、充放电模块以及测试电路；其中直流可调稳压电源的一端用于连接电网，直流可调稳压电源的另一端与测试电路连接；动力电池的一端与充放电模块的一端连接，充放电模块的另一端分别与测试电路和直流可调稳压电源连接；直流可调稳压电源用于将电网电压转换为直流高压电源；充放电模块用于控制动力电池进行直流高压放电，充放电模块还用于控制电网向动力电池充电。通过设置直流可调稳压电源，能够使得交流传动试验在普通的工业用电环境中即可进行，并且通过配置动力电池为交流传动试验供电，避免了试验时对电网造成冲击，从而降低了对作业环境的要求，节约交流传动试验的成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的交流传动试验系统的结构示意图一；

图2为本发明实施例提供的交流传动试验系统的结构示意图二；

图3为本发明实施例提供的交流传动试验方法的结构示意图一；

图4为本发明实施例提供的交流传动试验方法的结构示意图二；

图5为本发明实施例提供的交流传动试验方法的结构示意图三；

图6为本发明实施例提供的交流传动试验方法的结构示意图四。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

交流传动系统是指以交流电机为控制对象，对电机的输出转矩和转速进行调节的新型传动系统，无论是对于国外交流传动电车机车、电动车组的引进消化吸收再创新，还是国内交流传动电车机车、电动车组的自我研制产生，都需要对交流传动系统及其部件进行比较全面和深入的试验研究，通过试型式试验、例行试验和研究性试验来了解交流传动系统与部件的特性以及与外部环境的相互关系，以确定设计及制造的基本要求，这个过程就需要进行交流传动试验，交流传动试验即为对交流传动系统进行研发和验证而进行的试验。

因为交流传动试验对电源功率的要求比较高，现有技术在进行交流传动试验是通常需要单相交流电(25kv/50hz)接触网电压来提供电源的供应，然而这种大功率的电网一般只有在变电站或者基站才可以获得，因此试验场地的要求就限制了交流传动试验的进行，并且采用该大功率的电网对交流传动试验进行供电时，会对该大功率电网造成冲击，使得大功率电网原本的供应场所的电压产生波动，因此本发明实施例提出了一种交流传动试验系统及方法以解决该问题。

图1为本发明实施例提供的交流传动试验系统的结构示意图一，如图1所示，该系统包括：直流可调稳压电源101、动力电池102、充放电模块103以及测试电路104；其中

直流可调稳压电源101的一端用于连接电网，直流可调稳压电源101的另一端与测试电路104连接；

动力电池102的一端与充放电模块103的一端连接，充放电模块103的另一端分别与测试电路104和直流可调稳压电源101连接；

直流可调稳压电源101用于将电网电压转换为直流高压电源；

充放电模块103用于控制动力电池102进行直流高压放电，充放电模块103还用于控制电网向动力电池102充电。

具体的，直流可调稳压电源101用于将电网电压转换为直流高压电源，在本发明实施例中，电网电压优选为380v，电网频率优选为50hz，以上只是示例性的给出电网电压的值，电网电压的值例如还可以为220v等，本发明实施例对电网电压的值不做具体限定。

在进行交流传动试验时，需要选用较高的电压才能够满足交流传动试验的用电，与现有技术中直接选用高压电网进行供电不同的是，本发明实施例采用直流可调稳压电源101对电网电压进行升压，从而使得电压能够满足交流传动试验的需要，并且电网电压为交流电，直流可调稳压电源101还用于进行整流，将交流电转换为直流电，从而得到直流高压电源，可选地，经直流可调稳压电源101处理得到的直流高压电源能够用于为交流传动试验提供电源。

进一步地，动力电池102用于为交流传动试验系统进行交流传动试验提供电源，其中动力电池102一端与充放电模块103的一端连接，在本发明实施例中，对动力电池102的型号、容量、电压等级等配置不做具体限制，动力电池102的具体属性可以根据交流传动试验系统的需要进行选择，从而使得动力电池102在电量充足的情况下能够满足交流传动试验的需求。

在本实施例中，充放电模块103一端与动力电池102连接，另一端与直流可调稳压电源101连接，充放电模块103可以用于控制经直流可调稳压电源101处理后得到的直流高压电源向动力电池102充电，其中充放电模块103还可以用于控制动力电池102进行放电，从而为交流传动试验进行供电。

进一步地，测试电路104用于进行具体的交流传动试验，测试电路104例如可以包括牵引电机，还例如可以包括传感器等，本发明实施例对测试电路的具体组成以及其内部连接方式不做特别限定，测试电路104与充放电模块103连接，测试电路104还与直流可调稳压电源101连接，在测试电路104获得供电之后即可进行交流传动试验，交流传动试验的具体内容例如可以为获取交流传动系统相关数据，还例如可以为调整交流传动系统相关参数，本发明实施例对此不做特别限制。

在具体的试验过程中，一种实现方式可以为在进行交流传动试验之前，充放电模块103控制直流高压电源为动力电池102充电，当动力电池102充电完成时，即开始交流传动试验，即控制动力电池102为测试电路104供电完成交流传动试验；在另一种实现方式中，可以控制经直流可调稳压电源101处理后的直流高压电源为测试电路104供电完成交流传动试验；在又一种实现方式中，可以同时控制动力电池102和经直流可调稳压电源101处理后的直流高压电源为测试电路104进行供电，完成交流传动试验，在测试电路104获得供电之后进行交流传动试验。

本发明实施例提供的交流传动试验系统，包括：直流可调稳压电源101、动力电池102、充放电模块103以及测试电路104；其中直流可调稳压电源101的一端用于连接电网，直流可调稳压电源101的另一端与测试电路104连接；动力电池102的一端与充放电模块103的一端连接，充放电模块103的另一端分别与测试电路104和直流可调稳压电源101连接；直流可调稳压电源101用于将电网电压转换为直流高压电源；充放电模块103用于控制动力电池102进行直流高压放电，充放电模块103还用于控制电网向动力电池102充电。通过设置直流可调稳压电源101，使得交流传动试验在普通的工业用电环境中即可进行，并且通过配置动力电池102为交流传动试验供电，避免了试验时对电网造成冲击，从而降低了对作业环境的要求，节约交流传动试验的成本。

在上述实施例的基础上，本发明实施例提供的交流传动试验系统还包括控制模块、第一开关、第二开关等，下面结合图2进行进一步的详细介绍。

图2为本发明实施例提供的交流传动试验系统的结构示意图二。如图2所示：在上述实施例的基础上，包括：直流可调稳压电源201、动力电池202、充放电模块203、测试电路204、控制模块205、第一开关206以及第二开关207。

其中第一开关206分别与直流可调稳压电源201、测试电路204以及控制模块205连接；

第二开关207分别与充放电模块203、测试电路204以及控制模块205连接；

控制模块205用于控制第一开关206和第二开关207的通断。

具体的，第一开关206用于控制直流可调稳压电源201对应电路的导通，第一开关206例如可以为触点开关，还例如可以为继电器，本发明实施例对开关的具体类型不作特别限制，当第一开关206断开时，经直流可调稳压电源201处理后得到的直流高压电源断开，当第一开关206导通时，直流高压电源可以为交流传动试验提供电源，还可以为动力电池202充电。

进一步地，第二开关207用于控制动力电池202对应电路的导通，当第二开关207断开时，动力电池202不工作，当第二开关207导通时，动力电池202能够进行充电，动力电池202还能够为交流传动试验提供电源。

其中，控制模块205用于控制第一开关206和第二开关207的通断，在交流传动试验开始之前，控制模块205首先控制第一开关206以及第二开关207导通，此时充放电模块203控制直流高压电源为动力电池202充电，当动力电池202充电完成后，就可以开始进行交流传动试验。

在一种可能的设计中，若交流传动试验需要动力电池202供电，则断开第一开关206，保持第二开关207导通，此时充放电模块203控制动力电池202放电，从而为测试电路204提供电源，进行交流传动试验。

另一种可能的设计中，若交流传动试验需要直流高压电源供电，则断开第二开关207，保持第一开关206导通，此时经直流可调稳压电源201处理后的直流高压电源为测试电路204提供电源，从而进行交流传动试验。

又一种可能的设计中，若交流传动试验需要直流高压电源201以及动力电池202同时提供电源，则保持第一开关206以及第二开关207处于导通状态，此时充放电模块203控制动力电池202为测试电路204供电，同时直流高压电源201为测试电路204供电，从而满足交流传动试验的用电需求。

在本发明实施例中，通过设计第一开关206、第二开关207以及控制电路205，能够有效实现对供电方式的切换，提高系统灵活性。

控制模块205还与充放电模块203连接；

控制模块205用于控制充放电模块203处于充电或放电状态。

具体的，控制模块205处理用于控制第一开关206和第二开关207的通断之外，控制模块205还能够控制充放电模块203，如上述实施例中所描述的，充放电模块203能够控制动力电池202进行充电或者放电，具体的，当需要为动力电池202进行充电时，首先控制模块205控制充放电模块203处于充电状态，此时充放电模块203进行斩波，将直流高压电源的电压调节为与动力电池202匹配的电压，从而控制动力电池202开始充电。

进一步地，当需要动力电池202放电为交流传动试验提供电源时，首先控制模块205控制充放电模块203处于放电状态，此时充放电模块203进行电压调节，将动力电池202输出的直流电压调节为交流传动试验需要的电压，从而控制动力电池202开始放电。

本发明实施例通过设计控制模块205对充放电模块203进行控制，从而能够方便高效的实现对动力电池202充电和放电的控制，从而提高系统的工作效率。

在一种可能的设计中，测试电路204包括第一牵引逆变器2041、第一牵引电机2042以及第二牵引逆变器2043和第二牵引电机2044；其中

第一牵引逆变器2041分别与直流可调稳压电源201、充放电模块203和第一牵引电机2042连接；

第二牵引逆变器2043分别与直流可调稳压电源201、充放电模块203和第二牵引电机2044连接；

第一牵引电机2042与第二牵引电机2044机械连接。

具体的，第一牵引逆变器2041以及第二牵引逆变器2042能够实现交流电和直流电的互相转换，其中牵引电机是指各种机车上用于牵引的电机，牵引电机可分为直流牵引电机和交流牵引电机，在本发明实施例中，进行交流传动试验时的第一牵引电机2042以及第二牵引电机2044优选为交流牵引电机，本发明实施例对第一牵引逆变器、第二牵引逆变器以及第一牵引电机和第二牵引电机的具体型号、属性参数等不做特别限制。

在本发明实施例中，直流可调稳压电源201以及动力电池202提供的电源均为直流电，而在进行交流传动实验时，第一牵引电机2042为交流牵引电机，因此所需要的是交流电，此时需要第一牵引逆变器2041将恒定的直流电转换为三相交流电供第一牵引电机使用，第二牵引电机2044类似，此处不再赘述。

在具体的交流传动试验过程中，在一种可能的设计中，选用第一牵引电机2042工作于电动机状态下，具体的，牵引电机有三种状态，分别为电动机状态、发电机状态以及制动状态，其中当牵引电机处于电动机状态时，牵引电机消耗电能产生牵引力，当牵引电机处于发动机状态时，牵引电机可以在牵引力的作用下产生电能，当牵引电机处于制动状态时，牵引电机不工作，不产生电能也不消耗电能。

其中，当第一牵引电机2042处于电动机状态下时，因为第一牵引逆变器2041分别与直流可调稳压电源201和充放电模块203连接，因此第一牵引逆变器2041能够将提供的直流电转换为交流电向第一牵引电机2042提供电源，第一牵引电机2042得到电流之后开始工作输出转矩。

在本发明实施例中，第一牵引电机2042和第二牵引电机2044机械连接，本发明实施例对机械连接的具体方式不做特别限制，凡是通过机械设备连接第一牵引电机2042和第二牵引电机2044都属于本发明实施例的保护范围。

当第一牵引电机2042输出转矩之后，可以通过机械连接结构带动第二牵引电机2044旋转工作，此时第二牵引电机2044产生制动转矩，第二牵引电机2044的制动转矩作为第一牵引电机2042的负载。

进一步地，选用第二牵引电机2044处于发电机状态下，此时第二牵引电机2044将制动转矩转换为交流电，其中第二牵引电机2044与第二牵引逆变器2043连接，第二牵引逆变器2043将第二牵引电机2044产生的交流电转换为直流电输出。

其中第二牵引逆变器2043还与第一牵引逆变器2041连接，因此第二牵引逆变器2043转换后的直流电能够供测试电路204的工作使用，从而在第一牵引电机2042和第二牵引电机2044中形成能量的循环使用，在此过程中测量需要的数据或者调整相关的参数，从而完成交流传动试验。

在另一种可能的设计中，还可以选用第一牵引电机2042处于发电机状态下，同时选用第二牵引电机2044处于电动机状态下，同样能够形成能量的循环使用，在此过程中进行数据的测量或者参数的调整，本发明实施例对牵引单机的状态选用不作特别限制。

本发明实施例通过控制第一牵引电机2042和第二牵引电机2044处于不同的工作状态，使得第一牵引电机2042和第二牵引电机2044之间形成能量循环，从而避免了牵引电机正常工作需要的较大的电能对电能造成的浪费，实现能源的节约。

在上述实施例的基础上，本发明实施例的充放电模块为双向dc/dc变换器电路，其中双向dc/dc变换器是能够实现直流电能双向流动的装置，在本法发明实施例中，双向dc/dc变换器能够用于在动力电池充电时对电流进行控制，并且能够在动力电池放电时将电池电压泵升为直流高压电源需要的电压，从而有效的实现动力电池的充放电。

在上述实施例的基础上，第一牵引电机和第二牵引电机通过联轴节和扭矩仪连接，其中是联轴节是用来联接不同机构中的主动轴和从动轴，使之共同旋转以传递扭矩的机械零件，能够起到衔接、缓冲、减振和提高轴系动态性能等作用，扭矩仪是对各种旋转或非旋转机械部件上对扭转力矩感知的检测的装置，扭矩仪将扭力的物理变化转换成精确的电信号，通过设置联轴节和扭矩仪能够有效实现第一牵引电机和第二牵引电机之间转矩的传递，并且能够通过扭矩仪进行转矩大小的测量，从而使得交流传动试验增加可控性。

在上述实施例的基础上，本发明实施例还提供一种交流传动试验方法，应用于上述实施例中提到的交流传动试验系统，下面对交流传动试验方法进行详细介绍。

在进行交流传动试验之前，首先需要对动力电池进行充电，当动力电池充电完成之后，再具体进行交流传动试验，在本发明实施例中，会提前对交流传动试验所需要的电压、功率等进行计算，根据计算的结果再具体选用动力电池，因此在动力电池电量充足的情况下，能够满足交流传动试验的需要。下面结合图3进行进一步地详细说明，

图3为本发明实施例提供的交流传动试验方法的结构示意图一。如图3所示，包括：直流可调稳压电源301、动力电池302以及充放电模块303。

具体的，首先控制充放电模块303处于充电状态下，直流可调稳压电源301将电网电压进行整流以及升压，从而得到直流高压电源，充放电模块303进一步对直流高压电压进行斩波，使得充电的电压满足动力电池302的需要，之后为动力电池302进行充电，当动力电池302充电完成后，充放电模块303停止为动力电池302充电，此时开始具体的交流传动试验。通过在交流传动试验之前对动力电池充电，可以动力电池为交流传动试验提供电源，从而满足交流传动试验的需要。

在本发明实施例中，为交流传动试验供电的方式可以示例性的分为三种，一种是由动力电池进行交流传动试验的供电，还有一种是由直流可调稳压电源为交流传动试验进行供电，再一种是动力电池和直流可调稳压电源共同为交流传动试验进行供电，下面结合图4至图6对三种方式进行详细介绍。

图4为本发明实施例提供的交流传动试验方法的结构示意图二，图5为本发明实施例提供的交流传动试验方法的结构示意图三，图6为本发明实施例提供的交流传动试验方法的结构示意图四，在进行详细介绍之前，假设选用第一牵引电机处于电动机状态，选用第二牵引电机处于发电机状态。

在一种可能的设计中，由动力电池为交流传动试验提供用电，如图4所示，首先控制模块404控制第二开关405闭合，使得充放电模块402和测试电路403之间的链路导通，之后进一步控制模块404控制充放电模块402处于放电状态下，充放电模块402将动力电池的电压泵升至交流传动试验所需要的电压值。

进一步地，第一牵引逆变器4031将动力电池提供的直流电转变为三相交流电，向第一牵引电机4032供电，第一牵引电机4032工作输出转矩，通过机械连接结构带动第二牵引电机4034旋转工作，第二牵引电机4034工作在发电机状态下，因此会产生交流电，进一步地，第二牵引逆变器4033将第二牵引电机4034产生的交流电转换为直流电输出至第一牵引电机4031，从而在第一牵引电机4032和第二牵引电机4034之间形成能量的循环。

因为进行交流传动试验时牵引电机所需要的电源功率以及电压要求都比较高，若持续使用外部电源为交流传动试验进行供电会造成电力的浪费，通过在第一牵引电机4032和第二牵引电机4034之间形成能量的循环能够满足电能的循环使用，并且此时动力电池只需要满足第一牵引电机4032启动所需要的电能以及在能量循环过程中所产生的电能损耗即可，降低了对动力电池的需求，同时降低了对试验场地的要求，节约了交流传功试验的成本。

另一种可能的设计中，由直流可调稳压电源为交流传动试验提供用电，如图5所示，首先控制第一开关504闭合，使得直流可调稳压电源501与测试电路502之间的链路导通，直流可调稳压电源501将电网的交流电转换为直流电，并进一步地将电网电压升压为交流传动试验所需要的电压，得到满足需求的直流高压电源，从而向第一牵引电机5022供电以进行交流传动试验，试验的具体过程与上述实施例介绍的类似，此处不再赘述。在直流可调稳压电源501为交流传动试验提供用电时，直流可调稳压电源501只需要提供第一牵引电机5022启动时的电能消耗以及在实验过程中的功率损耗即可，通过直流可调稳压电源对电压进行整流以及升压，在普通的工业用电场所就可以进行交流传动试验，降低了对场所的要求，从而节约交流传动试验的成本。

又一种可能的设计中，动力电池以及直流可调稳压电源共同为交流传动试验提供电源，如图6所示，首先控制模块605控制第一开关606和第二开关607闭合，使得直流可调稳压电源601与测试电路604之间的链路导通以及使得充放电模块603和测试电路604之间的链路导通，此时动力电池602经过充放电模块603泵升之后的电压与直流可调稳压电源601升压之后的电压相同，同时为交流传动试验供电，从而能够满足更大功率的交流传动试验的需求，提高交流传动试验系统的灵活性。

在上述对交流传动试验方法进行介绍时，均假设选用第一牵引电机处于电动机状态，选用第二牵引电机处于发电机状态，当选用第一牵引电机处于发电机状态，而第二牵引电机处于电动机状态时，其实现方式类似，此处不再赘述。

综上所述，本发明实施例提供的交流传动试验方法，通过设置直流可调稳压电源对电网电压进行整流以及升压，降低了对电网电压的要求，从而使得在普通的工业用电场所也可以进行交流传动试验，降低了试验成本，并且通过增加动力电池对交流传动试验进行供电，从而减少了交流传动试验对电网的冲击。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：rom、ram、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

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。