专利名称：四象限电机测功机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种四象限电机测功机。
背景技术：
测功机是用来测量、衡量电机的工作性能的装置。如图1所示，为一测功机1’的电路原理方框图。其包含连接交流电网的负载电机控制器101’，该负载电机控制器101’还电路连接负载电机102’，且负载电机102’通过力矩传感器103’连接被测电机104’，被测电机104’侧，同时还有被测电机控制器105’，且该被测电机控制器105’通过交流并网保护装置106’连接交流电网。
负载电机102’和被测电机104’需要具备四象限运行的功能。如图2所示，为四象限电机驱动系统的运行区域示意图。横轴表示电机转速Wr，纵轴表示电机转矩Te。在第一象限中，电机作正向电动运行，Wr＞0，Te＞0；在第二象限中，电机作反向发电运行，Wr＜0，Te＞0；在第三象限中，电机作反向电动运行，Wr＜0，Te＜0；在第四象限中，电机作正向发电运行，Wr＞0，Te＜0。
当被测电机104’作正向(或反向)电动运行时，负载电机102’则作反向(或正向)发电运行。能量流向为电网→交流并网保护装置106’ →被测电机控制器105’→被测电机104’→力矩传感器103’→负载电机102’→负载电机控制器101’→返回到电网。
而当被测电机104’作正向(或反向)发电运行时，负载电机102’则作反向(或正向)电动运行。这时的能量流向与上述情况相反电网→负载电机控制器101’→负载电机102’→力矩传感器103’→被测电机104’→被测电机控制器105’→交流并网保护装置106’→返回到电网。
如上所述，在负载电机102’和被测电机104’的运行过程中，交流电网中的电能经过测功机转一圈后，部分地又回馈给了交流电网。这种现象可称之为交流(电网)并网系统，简称交流并网系统。
交流并网系统有以下的缺陷
1、对于负载电机控制器101’与被测电机控制器105’，均需要处理两个方向的交流电，即当电机作电动运行时，要能够从电网中获取交流电并转化成为电动机所需的交流电；又要能够把电机在发电运行时所产生的电转化成与电网相匹配的交流电。而为了得到这样的功能，通常电机控制器必须采用对称结构。
如图3所示，为电机控制器(包括负载电机控制器101’和被测电机控制器105’)的对称式电路结构示意图。其包含依次电路连接的电源侧逆变器单元1011’(或1051’)，直流母线1012’(或1052’)，电机侧逆变器1013’(或1053’)。三相交流电源通过该电机控制器连接三相交流电机(包括负载电机102’和被测电机104’)。
在该测功机中，各电机需要采用两套逆变器，体积变大，价格昂贵。
2、要将反相电能回馈给电网，必须满足下列的条件即反馈给电网的交流电要与电网提供的交流电同频率、同幅度、同相位，同时电流中的谐波分量必须少于一定的值，因此在测功机中必须使用具有滤波功能的交流并网保护装置106’，使测功机中的电流通过它之后能滤除高次谐波，并与电网中的交流电保持同频，同幅，同相。增加了电机控制器的控制难度和制造成本。
3、虽然交流并网保护装置106’具有滤波功能，但它并不一定能将要反馈给电网的交流电中的高次谐波完全滤除，一部分没有被滤除的谐波回到电网中，将会对电网造成一定程度上的污染。
发明内容
本发明的目的在于提供一种四象限电机测功机。其采用“直流并网”的技术，结构简单，成本降低，体积变小，而供电效率提高，且不会对电网造成污染。
为达到上述目的，本发明提供的四象限电机测功机，其包含和三相电网电路连接的整流器，以及负载电机控制器，被测电机控制器；该整流器还分别电路连接和负载电机连接的负载电机控制器，以及和被测电机连接的被测电机控制器。
所述的负载电机控制器包含电路连接的第一直流母线和第一逆变器；所述的被测电机控制器包含电路连接的第二直流母线和第二逆变器；
所述的第一直流母线和第二直流母线合二为一；在该合二为一的直流母线上连接有储能电容。
所述的整流器和三相电网之间，还连接有可调变压器；所述的整流器包含若干电路连接的二极管；当被测电机作正向(或反向)电动运行时，能量流向为直流母线→被测电机控制器→被测电机→力矩传感器→负载电机→负载电机控制器→直流母线；当被测电机作正向(或反向)发电运行时，能量流向与上述流向相反，为直流母线→负载电机控制器→负载电机→力矩传感器→被测电机→被测电机控制器→直流母线。由于负载电机与被测电机共用一直流母线，能量流不再通过交流电网闭环，而是在直流母线上实现了闭环，从而实现“直流并网”。
因此，从能量守衡的角度来说，交流电网只需要向测功机提供损耗的能量，而不需要接受测功机反馈的能量。由于整流器的额定功率仅为负载电机与被测电机额定功率总和的一小部分，一般为10％左右，而变压器的额定功率也只为测功机总额定功率的一小部分，所以电机控制系统本身的效率η＝(1-整流器效率-变压器效率)。一般可达到80％，甚至更高。
整流器包含若干电路连接的二极管，结构简单，价格低，容易实现。电机控制器(包含负载电机控制器和被测电机控制器)只包含了一个逆变器，节省了空间，并降低了成本；电网通过可调变压器和整流器连接，由于在许多应用中(如电动汽车)，电机控制器的直流母线电压需要在一定范围内变动。为了测量不同母线电压下的情况，使用该变压器。
为保证母线电压的稳定，以保证整个测功机的动态稳定，在该2根合二为一的直流母线上连接储能电容。
如上所述，通过本发明，能量直接在直流母线上实现了闭环。本发明结构简单，价格便宜，不会产生污染，节省了体积，在如电动汽车等多种应用场合中有着非常重要的作用。
图1为背景技术中测功机的电路原理方框图；图2为四象限电机驱动系统的运行区域示意图；
图3为背景技术中电机控制器的对称式电路结构示意图；图4为本发明提供的测功机的电路原理方框图；图5为本发明提供的测功机的结构示意图。
具体实施例方式
以下根据图4和图5，说明本发明的一较佳实施方式。
如图4所示，为本发明提供的测功机1的电路原理方框图；其包含可调变压器101，整流器102，负载电机控制器104，被测电机控制器105和储能电容103。负载电机控制器104、被测电机控制器105分别电路连接负载电机106、被测电机108，且负载电机106、被测电机108之间还连接有力矩传感器107。
如图5所示，为本发明提供的测功机的结构示意图。电网通过可调变压器101，电路连接整流器102；负载电机控制器104包含电路连接的第一母线1041和第一逆变器1042；被测电机控制器105包含电路连接的第二母线1051和第二逆变器1052，而第一母线1041和第二母线1051合二为一，且在该母线上设有储能电容103；负载电机106与被测电机108具备四象限运行的功能。当被测电机108作正向(或反向)电动运行时，能量流向为直流母线1041(1051)→被测电机控制器的逆变器1052→被测电机108→力矩传感器107→负载电机106→负载电机控制器的逆变器1042→直流母线1041(1051)；当被测电机108作正向(或反向)发电运行时，能量流向与上述流向相反，为直流母线1041(1051)→负载电机控制器的逆变器1042→负载电机106→力矩传感器107→被测电机108→被测电机控制器1052→直流母线1041(1051)。由此可见，由于负载电机106与被测电机108共用一直流母线1041(1051)，能量流不再通过交流电网闭环，而是在直流母线1041(1051)上实现了闭环，从而实现“直流并网”。
因此，从能量守衡的角度来说，交流电网只需要向测功机1提供整个系统所损耗的能量，而不需要接受测功机反馈的能量。由于整流器102的额定功率仅为负载电机106与被测电机108额定功率总和的一小部分，一般为10％左右，而可调变压器101的额定功率也只为总额定功率的一小部分，所以电机控制系统本身的效率r＝(1-整流器效率-变压器效率)。一般可达到80％，甚至更高。
整流器102只包含二极管这种电子元件，结构简单，价格低，容易实现。而负载电机控制器104和被测电机控制器105分别只包含一个逆变器，就可实现其功能，有效地降低了成本，节省了空间。由于在许多应用中，电机控制器的直流母线电压需要在一定范围内变动，可调变压器101的使用，就可测量不同直流母线下的电压情况。
另外，负载电机106与被测电机108是通过直流母线耦合的，测功机的动态稳定性与直流母线电压的稳定性密切相关。为了保证系统的稳定性，又考虑到是可变直流电压系统，可在直流母线1041(1051)上加上储能电容103。
本发明结构简单，节省了体积，降低了成本，不会产生污染，在如电动汽车等多种应用场合中有着非常重要的作用。
权利要求
1.一种四象限电机测功机，其包含负载电机控制器，被测电机控制器；特征在于，还包含一整流器，该整流器和三相电网电路连接；该整流器还分别电路连接和负载电机连接的负载电机控制器，以及和被测电机连接的被测电机控制器；负载电机控制器包含电路连接的第一直流母线和第一逆变器；被测电机控制器包含电路连接的第二直流母线和第二逆变器；第一直流母线和第二直流母线合二为一。
2.如权利要求1所述的四象限电机测功机，其特征在于，在该合二为一的直流母线上连接有储能电容。
3.如权利要求1或2所述的四象限电机测功机，其特征在于，所述的整流器和三相电网之间，还连接有可调变压器。
4.如权利要求1或2所述的四象限电机测功机，其特征在于，所述的整流器包含若干电路连接的二极管。
全文摘要
本发明涉及一种四象限电机测功机。其包含和三相电网电路连接的整流器，以及负载电机控制器，被测电机控制器；该整流器分别电路连接和负载电机连接的负载电机控制器，以及和被测电机连接的被测电机控制器。负载电机控制器包含电路连接的第一直流母线和第一逆变器；被测电机控制器包含电路连接的第二直流母线和第二逆变器；第一直流母线和第二直流母线合二为一；其结构简单，成本降低，体积变小，而供电效率提高，且不会对电网造成污染。
文档编号G01R31/34GK1564010SQ20041001715
公开日2005年1月12日 申请日期2004年3月24日 优先权日2004年3月24日
发明者徐性怡, 甄力 申请人:上海鲍麦克斯电子科技有限公司