专利名称：带双向直流能馈环节的交流电机牵引试验平台的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种交流电机牵引试验平台，特别是一种带双向直流能馈环节的交流
电机牵引试验平台。
背景技术：
随着我国电力机车技术的发展，对电力机车牵引试验平台控制技术的要求越来越 高。目前已有的交流电机牵引试验平台，大多采用电阻箱或水阻等作为负载，但均属耗能型 试验平台。中国专利ZL200720016195. 4介绍了一种新型的交直_交直交电气传动试验装 置，采用了交直传动的直流电动机和交直交传动的交流电动机直接硬件连接、互馈的连接 方式，取消了传统试验装置的直流发电机励磁装置和电阻箱，变压器的一路输出送到直流 传动装置，直流传动装置带动直流电动机，变压器的另一路输出送到交直交传动装置，交直 交传动装置带动交流电动机，交流电动机和直流电动机经连接装置相连接，连接装置是一 个联轴器，连接交流电动机和直流电动机。这种牵引试验平台采用了互馈方式可以做到能 量互馈，减少了整个系统的能量消耗。但是在实际应用中，需要针对交流电机和直流电机分 别制造两套原理完全不同的电机控制器，控制方式复杂，从而影响了整个系统的工作稳定 性和实用性，同时还大大增加了整个系统的制造成本。如何解决现有技术存在的不足，已成 为电力机车技术领域亟待解决的一大难题。
发明内容
本发明的目的是为克服现有技术所存在的不足，而提供一种带双向直流能馈环节 的交流牵引试验平台，能够很好地满足电气传动、轨道交通、科研教学等多领域的生产试验 要求。 根据本发明提出的带双向直流能馈环节的交流牵引试验平台，它包括整流器、被 试电机用逆变器、被试交流电机、电机联轴器、陪试交流电机、陪试电机用逆变器、直流母 线，并依次连接构成闭环，其特征在于陪试电机用逆变器与直流母线之间串接双向直流变 换器，双向直流变换器输入和输出侧的电压，分别与直流母线的电压和所连接陪试电机用 逆变器的输入电压相等。本发明的工作原理是采用被试电机用逆变器和陪试电机用逆变 器与直流母线连接的方式，可以提供系统中能量的双向流动通路，在做被试电机牵引试验 时直流母线能够吸收陪试电机的馈能，而在做被试电机制动试验时则通过直流母线对陪试 电机供电。特别是在陪试电机用逆变器的直流侧与直流母线之间串接了双向直流-直流 (DC-DC)变换器，有利于在保证双向直流变换器两端的直流电压极性不变、幅值稳定的前提 下，实现电流双向流动，从而调节能量双向传输。双向直流变换器置于电源仏和U2之间，根 据实际应用的需要，可以通过双向直流变换器的变换控制，使能量从^传输到仏，称为正向 工作模式(Forward mode);或使能量从U2传输到仏，称为反向工作模式(Backward mode), 由此可以实现双向直流变换器两端能量的双向流动。在此基础上，通过控制双向直流变换 器的输入输出侧电压，来满足系统中被试交流电机和陪试交流电机的供电电压，从而降低了对电机功率和电压等级的限制。被试电机用逆变器的交流侧和陪试电机用逆变器的交 流侧分别连接被试交流电机和陪试交流电机，两者各自的输出交流电压分别与所接电机的 输入电压匹配，两者可采用相同的控制策略，如V/F标量控制、矢量控制或者直接转矩控制 等，需要注意的是，应针对被控电机的电气参数，修改控制器中的相关控制参数。被试交流 电机和陪试交流电机的功率和电压等级可以不同，还可以互换各自在系统中的角色，即陪 试交流电机或被试交流电机职能互换，但要求处于电动运行状态电机的实际功率应不大于 处于制动状态电机的最大功率。陪试交流电机和被试交流电机之间采用电机联轴器来实现 硬连接，保证了两者的机械角速度相等。 本发明与现有技术相比，其显著优点是一是本发明实现以同一控制策略控制两 台电机的运行，使电机控制的难度大大降低，整个系统的工作可靠性大幅提高；二是本发明 对电机型号的限制降低，具有更广阔的应用空间；三是本发明的双向直流变换器的输入和 输出侧电压能够得到准确而稳定的控制，为逆变器提供了良好而可靠的供电；四是本发明 的双向直流变换器本身具备突出的支持能量双向流动的特性，使整个系统保持了能量互馈 特性，具有低能耗的优点，实现了与节能要求的完美结合。本发明广泛适用于电气传动、轨 道交通、科研教学等多领域的生产试验场合。
图1是本发明提出的带双向直流能馈环节的交流电机牵引试验平台的结构示意 图。 图2是本发明电流型双向直流变换器的双向Buck/Boost直流变换器拓扑结构示 意图。 图3是本发明电流型双向直流变换器的双向Buck-Boost直流变换器拓扑结构示 意图。 图4是本发明四象限直流变换器的单相全桥双向直流变换器拓扑结构示意图。
具体实施例方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式
作进一步的详细描述。 结合图l，带双向直流能馈环节的交流牵引试验平台是由整流器(1)、被试电机用 逆变器(2)、被试交流电机(3)、电机联轴器(4)、陪试交流电机(5)、陪试电机用逆变器(6)、 双向直流变换器(7)和直流母线(8)组成。双向直流变换器(7)采用电流型双向直流变换 器或四象限直流变换器。整个系统的搭建方式是被试交流电机(3)和陪试交流电机(5) 通过电机联轴器(4)实现轴连，被试交流电机(3)的进线侧连接至被试电机用逆变器(2)， 陪试交流电机(5)的进线侧连接至陪试电机用逆变器(6)，被试电机用逆变器(2)和陪试 电机用逆变器(6)的直流母线(8)通过双向直流变换器(7)连接至直流母线(8)，直流母 线(8)上的直流网压由交流电网经整流器(1)整流得到。本发明由被试交流电机(3)和陪 试交流电机(5)搭建而成，两台电机的控制器原理相同，从根本上解决了现有技术存在的 两台电机的控制器原理不相同所带来的可实施性差的问题，从而大大降低了系统的复杂程 度；通过把双向直流变换器(7)引入系统中，在保证系统稳定供电运行的同时，也保持了系 统原有的能量互馈特性，使系统低能耗的优点更加突出；本发明所选用被试交流电机(3)和陪试交流电机(5)的功率相同或不相同均可，但要满足搭建试验平台的整体要求；在设 计电机的驱动控制器时，可以采用相同的控制策略，仅需要把控制参数与相应电机的电气 参数作配套即可，简化了系统设计；同时加入的双向直流变换器(7)环节，能够保证被试交 流电机(3)和陪试交流电机(5)的良好供电，并实现系统能量的互馈，保持了系统低耗能的 优良特性。 结合图2、图3和图4，双向直流变换器(7)可采用电流型双向直流变换器或四 象限直流变换器。电流型双向直流变换器可选用双向Buck/Boost直流变换器或双向 Buck-Boost直流变换器；四象限直流变换器可选用单相全桥双向直流变换器。
图2是电流型双向直流变换器的双向Buck/Boost直流变换器，它由输入滤波电容 Q、升压开关管Qp升压续流二极管Dp降压开关管Q2、降压续流二极管D^储能电感Lf、输出 滤波电容G等组成。结合图l和图2，以制作一套采用双向Buck/Boost直流变换器的交流 电机牵引试验平台为例整流器(1)可选择1500V直流输出大功率三相全桥整流器；被试 电机用逆变器(2)选择300kVA高压大功率变频器；被试交流电机(3)采用190kW三相交流 鼠笼型异步电机；电机联轴器(4)采用金属弹性元件联轴器；陪试交流电机(5)选用550kW 三相交流鼠笼型异步电机；陪试电机用逆变器(6)选用630kVA高压大功率变频器；双向直 流变换器(7)使用属于电流型双向直流变换器的550kW双向Buck/Boost直流变换器；直流 母线(8)采用铜制母线。 图3是电流型双向直流变换器的双向Buck-Boost直流变换器，它由输入滤波电容 Q、开关管Qp续流二极管Dp储能电感Lf、开关管92、续流二极管Dy输出滤波电容C2等组 成。结合图1和图3，以制作一套采用双向Buck-Boost直流变换器的交流电机牵引试验平 台为例整流器(1)选用三相全桥整流器；被试电机用逆变器(2)选择1. lkW标量V/F控 制型变频器；被试电机(3)选择lkW三相交流鼠笼型异步电机；电机联轴器(4)采用刚性 夹壳联轴器；陪试电机(5)采用lkW三相交流鼠笼型异步电机；陪试电机用逆变器(6)选 用1. lkW标量V/F控制型变频器；双向直流变换器(7)使用属于电流型双向直流变换器的 1. 5kW双向Buck-Boost直流变换器；直流母线(8)采用铜制母线。 图4是四象限直流变换器的单相全桥双向直流变换器，它由输入滤波电容Q、开关 管Qi 94、续流二极管D工 Dp储能电感Lf、输出滤波电容C2等组成。结合图1和图4，以 制作一套采用单相全桥双向直流变换器的交流电机牵引试验平台为例整流器(1)选用三 相全桥整流器；被试电机用逆变器(2)选择1. lkW标量V/F控制型变频器；被试电机(3)选 择lkW三相交流鼠笼型异步电机；电机联轴器(4)采用尼龙夹壳联轴器；陪试电机(5)采 用3kW带电磁制动式三相交流鼠笼型异步电机；陪试电机用逆变器(6)选用3. 7kW标量V/ F控制型变频器；双向直流变换器(7)使用属于四象限直流变换器的4. 5kW单相全桥双向 直流变换器；直流母线(8)采用铜制母线。
权利要求
一种交流电机牵引试验平台，特别是一种带双向直流能馈环节的交流电机牵引试验平台，它包括整流器(1)、被试电机用逆变器(2)、被试交流电机(3)、电机联轴器(4)、陪试交流电机(5)、陪试电机用逆变器(6)、直流母线(8)，并依次连接构成闭环，其特征在于陪试电机用逆变器(6)与直流母线(8)之间串接双向直流变换器(7)，双向直流变换器(7)输入和输出侧的电压，分别与直流母线(8)的电压和所连接陪试电机用逆变器(6)的输入电压相等。
2. 根据权利要求l所述的交流电机牵引试验平台，其特征在于双向直流变换器(7)为 电流双向型直流变换器或四象限直流变换器。
3. 根据权利要求2所述的交流电机牵引试验平台，其特征在于电流双向型直流变换器 为双向Buck/Boost直流变换器或双向Buck-Boost直流变换器。
4. 根据权利要求2所述的交流电机牵引试验平台，其特征在于四象限直流变换器为单 相全桥双向直流变换器。
5. 根据权利要求1或2所述的交流电机牵引试验平台，其特征在于被试交流电机(3) 和陪试交流电机(5)的功率相同或不相同。
6. 根据权利要求1或3所述的交流电机牵引试验平台，其特征在于被试交流电机(3) 和陪试交流电机(5)的功率相同或不相同。
7. 根据权利要求1或4所述的交流电机牵引试验平台，其特征在于被试交流电机(3) 和陪试交流电机(5)的功率相同或不相同。
全文摘要
本发明涉及一种交流电机牵引试验平台，特别是一种带双向直流能馈环节的交流电机牵引试验平台，它包括整流器、被试电机用逆变器、被试交流电机、电机联轴器、陪试交流电机、陪试电机用逆变器、直流母线，并依次连接构成闭环，其特征在于陪试电机用逆变器与直流母线之间串接双向直流变换器，双向直流变换器输入和输出侧的电压，分别与直流母线的电压和所连接陪试电机用逆变器的输入电压相等。本发明的双向直流变换器本身具备突出的支持能量双向流动的特性，使整个系统保持了能量互馈特性，具有低能耗的优点，实现了与节能要求的完美结合。本发明广泛适用于电气传动、轨道交通、科研教学等多领域的生产试验场合。
文档编号H02M3/155GK101713816SQ20081024320
公开日2010年5月26日 申请日期2008年12月31日 优先权日2008年12月31日
发明者刘少培, 胡文斌 申请人:南京理工大学