专利名称：一种直流电机温升试验方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种直流电机试验方法和设备，特别是一种直流电机温升试验方法和装置。
背景技术：
传统的直流电机温升试验是在额定功率或铭牌电流、电压和额定转速下用直接负载法进行，加负载的方法一般采用回馈法。其方法是将被试电机与相应规格的另一台直流电机在机械上和电气上相互连接，其中一台电机做电动机运行，而另一台则作发电机运行。两台电机的损耗由线路电源或升压机供给(如图1和2所示)，两台电机的损耗也可由线路电源和升压机联合供给(如图3所示)。
传统试验方法需要有配对的电机，系统较为复杂。
发明内容
本发明的目的是要提供一种直流电机温升试验方法和装置，它用一台变流器即可实现直流电机的温升试验。本发明系统效率高，节能效果显著。
一种直流电机温升试验方法，其特征在于它将整流器、PWM斩波器和滤波器依次连接在交流电源输入端和被试直流电机之间，将PWM斩波器的脉冲控制输入端与一个控制单元的控制脉冲输出端相连；控制单元根据输入的频率和幅值信号产生一个频率为f、幅值为m的正弦信号，此正弦信号与直流平均电压给定值相加，得到一个频率为f的脉动信号，此脉动信号与来自三角波发生器的三角波信号相减，结果送PWM信号产生器产生一个PWM信号；所述PWM信号作为PWM斩波器的控制信号控制斩波器工作，使斩波器的输出电压的基本成分为一个直流电压和一个频率为f的正弦交流电压相叠加的脉流电压；此脉流电压作用在被试直流电机上；调节正弦波的幅值m，即可调节电机试验电流的大小；改变频率f，就可改变试验电流的频率；改变直流电压给定值Ud，就能改变被试电机的转速；使流向被试电机的交流电流的有效值与电机的额定直流电流值等效，即可对电机进行温升试验。
按照上述方法，其装置包括直流滤波电容器1、滤波器2，整流器3、PWM斩波器4和控制单元5，其中整流器3、PWM斩波器4和滤波器2依次串联连接在交流电源输入端和被试电机之间，所述直流滤波电容器1连接在所述整流器3的输出端之间；所述控制单元5由正弦波发生器6、三角波发生器7、第一叠加器8、第二叠加器9和PWM信号发生器10构成，所述正弦波发生器6的两个输入端分别与频率输入端和幅值输入端相连，该正弦波发生器6的输出端和直流平均电压给定值输入端与第一叠加器8的两个输入端相连，第一叠加器8的输出端与第二叠加器9的调制信号输入端相连，第二叠加器9的载波输入端与三角波发生器7的三角波输出端相连；第二叠加器9的输出端与PWM信号发生器10的输入端相连，该PWM信号发生器10的控制脉冲输出端与PWM斩波器4的脉冲控制输入端对应相连。
控制单元根据输入的频率和幅值信号产生一个频率为f、幅值为m的正弦信号，此正弦信号与直流平均电压给定值相加，得到一个频率为f的脉动信号，此脉动信号与来自三角波发生器的三角波信号相减，结果送PWM信号产生器产生一个PWM信号。此PWM信号作为主电路PWM斩波器的控制信号，控制斩波器工作，使斩波器的输出电压的基本成分为一个直流电压和一个频率为f的正弦交流电压相叠加的脉流电压。此脉流电压作用在被试直流电机上，由于机械惯性的作用，被试直流电机转速只发生轻微的波动，波动频率为f，由于电机的励磁电流没有变化，电机的电动势也只有轻微的波动。当被试电机的外施电压大于电机的电动势时，电机工作在电动机工况，当被试电机的外施电压小于电机的电动势时，电机工作在发电机工况。被试电机在电动机与发电机之间来回转换。在电动机工况，电流流入被试电机；在发电机工况，电流从被试电机流出回馈到中间直流环节，即流向被试电机的电流实际是一个交流电流。通过调节正弦波的幅值m，即可调节电机试验电流的大小；改变频率f，就可改变试验电流的频率；改变直流电压给定值Ud，就能改变被试电机的转速。使流向被试电机的交流电流的有效值与电机的额定直流电流值等效，即可对电机进行温升试验。
图1为采用两台电机对拖进行温升试验的电路结构原理示意图；图2为采用两台电机和升压进行温升试验的电路结构原理示意图；图3为采用线路电源、两台电机和升压进行温升试验的电路结构原理示意图；图4为本发明电路原理结构示意图；图5为斩波器采用一对功率器件时的电路原理结构示意图；图6为斩波器采用两对功率器件时的电路原理结构示意图；图7为斩波器采用三对功率器件时的电路原理结构示意图。
具体实施例方式
实施例一如图4所示，它包括直流滤波电容器1、滤波器2，整流器3、PWM斩波器4和控制单元5，其中整流器3、PWM斩波器4和滤波器2依次串联连接在交流电源输入端和被试电机之间，所述直流滤波电容器1连接在所述整流器3的输出端之间；所述控制单元5由正弦波发生器6、三角波发生器7、第一叠加器8、第二叠加器9和PWM信号发生器10构成，所述正弦波发生器6的两个输入端分别与频率输入端和幅值输入端相连，该正弦波发生器6的输出端和直流平均电压给定值输入端与第一叠加器8的两个输入端相连，第一叠加器8的输出端与第二叠加器9的调制信号输入端相连，第二叠加器9的载波输入端与三角波发生器7的三角波输出端相连；第二叠加器9的输出端与PWM信号发生器10的输入端相连，该PWM信号发生器10的控制脉冲输出端与PWM斩波器4的脉冲控制输入端对应相连。直流滤波电容器1为中间直流环节，其中PWM斩波器为可以实现能量回馈的可逆式斩波器。
实施例二如图5所示，所述PWM斩波器4包括两个连接在所述整流器3的输出端之间的两个可控功率器件，这两个功率器件依次串联，其控制端分别与所述控制单元5的PWM信号发生器10的控制脉冲输出端相连；所述滤波器2由电抗器、电容器构成，电容器连接在被试验直流电机两个输入端之间，电抗器连接在被试验直流电机的电源正端和两个功率器件的连接中点之间。其余部分和实施例一相同。
实施例三如图6所示，所述PWM斩波器4包括两个连接在所述整流器3的输出端之间的四个可控功率器件，四个功率器件分两组，各组的两个功率器件分别依次串联，其控制端分别与所述控制单元5的PWM信号发生器10的控制脉冲输出端相连；所述滤波器2由电抗器、电容器构成，电容器连接在被试验直流电机两个输入端之间，各组的两个功率器件的连接中点分别通过一个电抗器与被试验直流电机的电源正端相连接。其余部分和实施例一相同。
实施例四如图7所示，所述PWM斩波器4包括两个连接在所述整流器3的输出端之间的六个可控功率器件，六个功率器件分三组，各组的两个功率器件分别依次串联，其控制端分别与所述控制单元5的PWM信号发生器10的控制脉冲输出端相连；所述滤波器2由电抗器、电容器构成，电容器连接在被试验直流电机两个输入端之间，各组的两个功率器件的连接中点分别通过一个电抗器与被试验直流电机的电源正端相连接。其余部分和实施例一相同。
在上述实施例中，控制单元根据输入的频率和幅值信号产生一个频率为f、幅值为m的正弦信号，此正弦信号与直流平均电压给定值相加，得到一个频率为f的脉动信号，此脉动信号与来自三角波发生器的三角波信号相减，结果送PWM信号产生器产生一个PWM信号。此PWM信号作为主电路PWM斩波器的控制信号，控制斩波器工作，使斩波器的输出电压的基本成分为一个直流电压和一个频率为f的正弦交流电压相叠加的脉流电压。此脉流电压作用在被试直流电机上，由于机械惯性的作用，被试直流电机转速只发生轻微的波动，波动频率为f，由于电机的励磁电流没有变化，电机的电动势也只有轻微的波动。当被试电机的外施电压大于电机的电动势时，电机工作在电动机工况，当被试电机的外施电压小于电机的电动势时，电机工作在发电机工况。被试电机在电动机与发电机之间来回转换。在电动机工况，电流流入被试电机；在发电机工况，电流从被试电机流出回馈到中间直流环节，即流向被试电机的电流实际是一个交流电流。通过调节正弦波的幅值m，即可调节电机试验电流的大小；改变频率f，就可改变试验电流的频率；改变直流电压给定值Ud，就能改变被试电机的转速。使流向被试电机的交流电流的有效值与电机的额定直流电流值等效，即可对电机进行温升试验。
由于试验方法与传统试验方法相比，省去了一台陪试电机和升压机，系统构成简单，可大大降低试验人员的劳动强度，提高单位时间内的试验效率。特别是，对于大型直流电机，如果只生产一台，也可通过此方法完成温升试验，不需要相应的陪试电机。另外，从能量消耗上讲，此试验方法，只需提供补充电机空载损耗的能量，试验效率高，节能效果显著。
权利要求
1.一种直流电机温升试验方法，其特征在于它将整流器、PWM斩波器和滤波器依次连接在交流电源输入端和被试直流电机之间，将PWM斩波器的脉冲控制输入端与一个控制单元的控制脉冲输出端相连；控制单元根据输入的频率和幅值信号产生一个频率为f、幅值为m的正弦信号，此正弦信号与直流平均电压给定值相加，得到一个频率为f的脉动信号，此脉动信号与来自三角波发生器的三角波信号相减，结果送PWM信号产生器产生一个PWM信号；所述PWM信号作为PWM斩波器的控制信号控制斩波器工作，使斩波器的输出电压的基本成分为一个直流电压和一个频率为f的正弦交流电压相叠加的脉流电压；此脉流电压作用在被试直流电机上；调节正弦波的幅值m，即可调节电机试验电流的大小；改变频率f，就可改变试验电流的频率；改变直流电压给定值Ud，就能改变被试电机的转速，使流向被试电机的交流电流的有效值与电机的额定直流电流值等效，即可对电机进行温升试验。
2.根据权利要求1的一种直流电机温升试验装置，其特征在于它包括直流滤波电容器(1)、滤波器(2)，整流器(3)、PWM斩波器(4)和控制单元(5)，其中整流器(3)、PWM斩波器(4)和滤波器(2)依次串联连接在交流电源输入端和被试电机之间，所述直流滤波电容器(1)连接在所述整流器(3)的输出端之间；所述控制单元(5)由正弦波发生器(6)、三角波发生器(7)、第一叠加器(8)、第二叠加器(9)和PWM信号发生器(10)构成，所述正弦波发生器(6)的两个输入端分别与频率输入端和幅值输入端相连，该正弦波发生器(6)的输出端和直流平均电压给定值输入端与第一叠加器(8)的两个输入端相连，第一叠加器(8)的输出端与第二叠加器(9)的调制信号输入端相连，第二叠加器(9)的载波输入端与三角波发生器(7)的三角波输出端相连；第二叠加器(9)的输出端与PWM信号发生器(10)的输入端相连，该PWM信号发生器(10)的控制脉冲输出端与PWM斩波器(4)的脉冲控制输入端对应相连。
3.如权利要求1的一种直流电机温升试验装置，其特征在于所述PWM斩波器(4)包括两个连接在所述整流器(3)的输出端之间的两个可控功率器件，这两个功率器件依次串联，其控制端分别与所述控制单元(5)的PWM信号发生器(10)的控制脉冲输出端相连；所述滤波器(2)由电抗器、电容器构成，电容器连接在被试验直流电机两个输入端之间，电抗器连接在被试验直流电机的电源正端和两个功率器件的连接中点之间。
4.如权利要求1的一种直流电机温升试验装置，其特征在于所述PWM斩波器(4)包括两个连接在所述整流器(3)的输出端之间的四个可控功率器件，四个功率器件分两组，各组的两个功率器件分别依次串联，其控制端分别与所述控制单元(5)的PWM信号发生器(10)的控制脉冲输出端相连；所述滤波器(2)由电抗器、电容器构成，电容器连接在被试验直流电机两个输入端之间，各组的两个功率器件的连接中点分别通过一个电抗器与被试验直流电机的电源正端相连接。
5.如权利要求1的一种直流电机温升试验装置，其特征在于所述PWM斩波器(4)包括两个连接在所述整流器(3)的输出端之间的六个可控功率器件，六个功率器件分三组，各组的两个功率器件分别依次串联，其控制端分别与所述控制单元(5)的PWM信号发生器(10)的控制脉冲输出端相连；所述滤波器(2)由电抗器、电容器构成，电容器连接在被试验直流电机两个输入端之间，各组的两个功率器件的连接中点分别通过一个电抗器与被试验直流电机的电源正端相连接。
全文摘要
一种直流电机温升试验方法和装置，它将整流器、PWM斩波器和滤波器依次连接在电源输入端和被试电机之间，将斩波器的脉冲控制输入端与一个控制单元的控制脉冲输出端相连；控制单元产生一个正弦信号与直流平均电压给定值相加得到一个脉动信号，此信号与三角波发生器的信号相减，结果送PWM信号产生器产生一个PWM信号作为PWM斩波器的控制信号，斩波器的输出电压为一个脉流电压；此电压作用在被试电机上；调节正弦波的幅值、频率和直流电压给定值，就能改变电机的转速。使流向电机的交流电流的有效值与电机的额定直流电流值等效，即可对电机进行温升试验。本方法系统构成简单，工作强度降低，工作效率提高，试验系统效率高，节能效果显著。
文档编号G01R31/34GK1975451SQ20061013684
公开日2007年6月6日 申请日期2006年12月12日 优先权日2006年12月12日
发明者何多昌, 尚敬, 曹国荣, 李军, 张敏 申请人:中国南车集团株洲电力机车研究所, 株洲变流技术国家工程研究中心