专利名称：用于轨道交通车辆的逆变器测试试验台和试验系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于轨道交通车辆的逆变器特性测试技术领域，尤其涉及一种逆变器测试试验台和一种逆变器测试试验系统。
背景技术：
铁路25T和25G新型DC600V客车电源包括逆变器箱和充电器箱，每年需要较多的这样的产品。然而，现有对逆变器进行出厂测试时，采用手动方式，需要示波器、万用表、电源、负载等仪器和设备。在进行测试时需要手动进入电源电压的调节，并由人来对万用表进行读数和记录，用多通道示波器和万用表进行输出性能测量，手工记录相应数值，而且需要手动进行负载的投切操作。原有测试方法存在测试效率低，人员需求多，测试实时性差等缺点，不利于大批量进行逆变器箱产品的生产。为了解决这些问题，实有必要采用自动测量和检测技术来完成对逆变器箱进行出厂测试和/或日常的维护与检修。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种测试用于轨道交通车辆的逆变器试验台和试验系统，使得能够对逆变器采用自动测量和检测技术进行出厂测试，也可以用于日常的维护与检修。为解决上述技术问题，本发明提供了一种逆变器测试试验台，该试验台包括电源侧，用于为被测逆变器提供所需的直流电压；负载侧，与被测逆变器的输出端电连接，其包括三相电抗器和三相交流电阻；测量单元，与被测逆变器的输入端和/或输出端电连接，用于检测被测逆变器的输入/输出电参数信号并将检测到的所述输入输出电参数信号传送给工控设备以便所述工控设备计算出对应的电参数的数值从而完成对被测逆变器的电参数的测量；控制单元，其包括与所述负载侧电连接的电路部分，用于所述工控设备通过其对所述负载侧中的电阻和电抗的增大或减小进行控制。根据本发明一实施方式的逆变器测试试验台，该逆变器测试试验台的测量单元包括第一测量电路，与电源侧的输出端和被测逆变器的输入端的电连接，用于检测被测逆变器的输入电压和电流并将检测到的输入电压和电流信号传送给工控设备；和/或第二测量电路，与被测逆变器的输出端电连接，用于检测被测逆变器的输出电压和输出电流并将检测到的输出电压和电流信号传送给工控设备。根据本发明一实施方式的逆变器测试试验台，其电源侧包括输出电压为 DC0-1000V和输出电压为DC0-150V的两个电源，每个电源包括一个可调变压器、一个与所述可调变压器电连接的隔离变压器和一个与所述隔离变压器电连接的可控整流装置；所述控制单元还包括与所述电源侧电连接的电路部分，用于接收所述工控设备发送的电压调节信号，然后根据所述电压调节信号将电源侧的两个输出电压调节为DC600V 和 DClIOV。
根据本发明一实施方式的逆变器测试试验台，当被测逆变器在正常工作时，逆变器的输出端输出两路独立三相交流电源；逆变器测试试验台的负载侧分别与每一路所述三相交流电源电连接，并且所述负载侧包括单独与每一路所述三相交流电源电连接的三相电抗器和三相电阻。根据本发明一实施方式的逆变器测试试验台，逆变器测试实验台的控制单元包括多个接触器，每个接触器用于控制一个三相电抗器或三相电阻；串行通信接口 ；至少一个开关量输出模块；所述串行通信接口与所述开关量输出模块电连接，所述开关量输出模块与所述接触器电连接，所述工控设备将负载控制信息通过所述串行通信接口传送给所述开关量输出模块，然后所述开关量输出模块根据所述负载控制信息控制所述接触器的闭合或开启从而实现对负载的控制。根据本发明一实施方式的逆变器测试试验台，其测量单元包括第一测量电路和第二测量电路，其中，第一测量电路设置有用于检测被测逆变器的输入电压的电压传感器 (LVULV5)和用于检测被测逆变器的输入电流的电流传感(LT1、LT5)；和/或，第二测量电路设置有用于检测被测逆变器的输出电压的电压传感器(LT2、LT3、LT4、LT6、LT7、LT8)和用于检测被测逆变器的输出电流的电流传感器(LV2、LV3、LV4、LV6、LV7、LV8)。根据本发明一实施方式的逆变器测试试验台，所述第二测量电路还设置有用于对被测逆变器输出的三相交流电源进行频率检测的频率测定仪(F1、M)；所述频率检测仪检测得到的信号通过所述控制单元的串行通信接口传送给所述工控设备。根据本发明一实施方式的逆变器测试试验台，所述第一测量电路还设置有用于测量被测逆变器的输入电压并显示的电压表(VI、V5)和用于测量被测逆变器的输入电流并显示的电流表(A1、A5)；和/或所述第二测量电路还设置有用于测量被测逆变器的输出电压的电压表(V2、V3、 V4、V6、V7、V8)和用于测量被测逆变器的输出电流的电流表(A2、A3、A4、A6、A7、A8)。根据本发明一实施方式的逆变器测试试验台，该逆变器测试试验台的控制单元还包括采集卡，被测逆变器的一部分工作状态的信号通过所述采集卡的数字量输入通道传送给所述工控设备；所述被测逆变器的另一部分工作状态的信号通过所述串行通信接口传送给所述工控设备。根据本发明一实施方式的逆变器测试试验台，该逆变器测试试验台的负载侧的三相电抗器和三相交流电阻之间可以采用以下之一的连接方式串联星形连接、串联角形连接、并联星形连接和并联角形连接。本发明还提供了一种逆变器测试试验系统，其包括工控设备和前述各种实施方式的逆变器测试试验台。本发明用于轨道交通车辆的逆变器测试试验台或试验系统可使对被测逆变器的测试效率大大提高，实时性好、操作简单、自动化程度高。
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图1是本发明一实施方式的逆变器测试试验台的结构示意框图；图2是本发明一实施方式的逆变器测试试验台的电路原理图；图3是图2所述的逆变器测试试验台与工控设备交互的控制系统原理图；图4是图2的逆变器测试试验台的可对负载侧进行控制的控制单元的电路部分的原理图；图5是逆变器测试试验台的负载侧的三相电抗和三相电阻的连接方式示意图。
具体实施例方式下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式
进行具体说明。图1是本发明一实施方式的逆变器测试试验台的结构示意框图。如图1所示，逆变器测试试验台包括电源侧12、测量单元14、负载侧16和控制单元18。其中，电源侧12用于为被测逆变器2提供需要的直流电源，例如现有技术常用的提供给被测逆变器的DC600V 和DCllOV电源。负载侧16由三相电抗器和三项交流电阻组成，为被测逆变器2提供负载， 并且负载侧16可以对负载功率因数进行调节。控制单元18包括与所述负载侧16电连接的电路部分，工控设备通过控制单元18实现对负载侧16的电阻和电抗器的增大减小控制。 测量单元14与被测逆变器2的输入端和/或被测逆变器2的输出端电连接，用于完成对被测逆变器的输入端和/或输出端的电路上的电参数信号的检测(如电压和电流的检测)，并将检测到的电参数信号传送给工控设备，从而工控设备可根据检测到的电参数实现对被测逆变器的性能评判。可选地，控制单元18还包括与电源侧12电连接的部分，测量单元14的部分电路设置在电源侧12的输出与被测逆变器2的输入端之间，其将检测到的电源侧12输出的电压参数传送给工控设备，工控设备基于接收的电压参数通过控制单元18对电源输出的电压进行调节到期望值。图2是本发明的一实施方式的逆变器测试试验台的电路原理图。图3是图2所述的逆变器测试试验台的控制系统原理图。参考图2，逆变器测试试验台包括电源侧部分、第一测量电路、第二测量电路、负载侧电路和对负载可控的控制单元的电路部分。本实施例中，电源侧部分用于为被测逆变器输入侧提供DC600V和DCl IOV的电源， 其包括由可调变压器Tl、隔离变压器T2和可控整流装置Dl组成的可输出DC0-1000V的电源；以及由可调变压器T3、隔离变压器T4和可控整流装置D2组成的可输出DC0-150V的电源。图2中，U、V、W为外部供电三相电源。设置与电源侧的输出端电连接的第一测量电路，用于对电源DC0-1000V和 DC0-150V电源输出的电压和电流进行检测。第一测量电路包括对DC0-1000V电源输出的电压和电流进行检测的第一电压传感器LVl和第一电流传感器LTl，以及对DC0-1000V电源输出的电流和电压测量并显示的第一电流表Al和第一电压表VI。第一测量电路还包括对 DC0-150V电源输出的电压和电流进行检测的第五电压传感器LV5和第五电流传感器LT5， 以及对DC0-150V电源输出的电流和电压测量并显示的第五电流表A5和第五电压表V5。参考图3，控制单元包括采集卡，采集卡的数字模拟信号通道(DA通道)与电源侧电连接，采集卡的模拟数字信号通道(AD通道)与第一测量电路电连接。第一电压传感器 LVl和第五电压传感器LV5会将检测到的电压信号传送给工控设备，然后工控设备根据检测到的电压信号和期望的电压值生成电压调节信号，然后通过采集卡的DA通道发送给电源侧从而实现对电源侧的输出电压的调节，电源侧在工控设备的控制下可将DC0-1000V的电源和DC0-150V的电源的输出分别控制在DC600V和DC110V，并提供给被测逆变器。被测逆变器正常工作后，输出两路完全独立的三相交流380V电源。设置与被测逆变器电连接的第二测量电路，用于分别对被测逆变器输出的两路完全独立的三相交流380V 电源的三相电压和电流进行检测。在一种可选实施方式中，逆变器试验台可借助计算机采集系统(如工控设备)来显示测量参数。电压传感器和电流传感器将检测到的逆变器试验台的电压信号和电流信号传送给计算机采集系统，然后计算机采集系统对检测信号进行计算后将电压和电流数值显示在计算机图形界面上。第二测量电路包括第二、第三和第四电压传感器LV2、LV3、LV4，用于对被测逆变器的输出I单元的三相交流380V电源的三相电压进行检测；第二、第三和第四电流传感器LT2、LT3、LT4，用于对被测逆变器的输出I单元的三相交流380V电源的三相电流进行检测。第二测量电路还包括第六、第七和第八电压传感器LV6、LV7、LV8，用于对被测逆变器的输出II单元的三相交流380V电源的三相电压进行检测；第六、第七和第八电流传感器LT6、LT7、LT8，用于对被测逆变器的输出II单元的三相交流380V电源的三相电流进行检测。在另一种可选实施方式中，逆变器试验台还可以采用测量仪表对测量参数进行显示的方式。此情形下，第二测量电路包括第二、第三和第四电流表A2、A3、A4，用于对输出I 单元的三相交流380V的电流测量并显示；以及第二、第三和第四电压表V2、V3、V4，用于对输出I单元的三相交流380V的电压测量并显示。第二测量电路还包括第六、第七和第八电流表A6、A7、A8，用于对输出II单元的三相交流380V的电流测量并显示；以及第六、第七和第八电压表V6、V7、V8，用于对输出II单元的三相交流380V的电压测量并显示。当然，逆变器试验台中可设置以上两种显示测量参数的实施方式。可选地，第二测量电路还包括第一频率仪F1，用于对被测逆变器的输出I单元输出的三相交流380V进行频率检测，和第二频率仪F2，用于对被测逆变器的输出II单元输出的三相交流380V进行频率检测。负载侧电路包括第一负载电路和第二负载电路，被测逆变器的输出I单元的三相交流380V提供给第一负载电路，被测逆变器的输出II单元的三相交流380V提供给第二负载电路。如图2所示，第一负载电路包括一个三相电感Ll和7个三相电阻R1、R2. . . R7 ；第二负载电路包括一个三相电感L2和7个3相电阻R8、R9. . . R14。例如，在一实施方式中， 每一路的电阻负载为100kW，每一路的电感负载为80kVAR。控制电路包括分别与第一负载电路中的三相电感Ll和7个三相电阻连接的8个三相交流接触器KM0、KM1. . . KM7，以及分别与第二负载电路中的三相电感L2和7个三相电阻连接的8个三相交流接触器KM8、KM9. . . KM15。控制电路还包括三个开关量输出模块，其中，第一开关量输出模块与控制接触器 KM1、KM2. . . KM7连接；第二开关量输出模块与接触器KM8、KM9. . . KM14连接；第三开关量输出模块与接触器KMO和KM15连接。参考图3和图4，工控设备通过RS-485接口与三个开关量输出模块连接，用于通过第一开关量输出模块输出开关量Bi、通过第二开关量输出模块输出开关量B2和通过第三开关量输出模块输出开关量B3，然后开关量Bl对接触器KM1-KM7 进行控制，开关量B2对接触器KM8-KM14进行控制以及开关量B3对接触器KMO和KM15进行控制，从而通过接触器闭合状态来投入或切除三相电阻负载R1-R14和三相电感负载L1-L2 以完成对被测试逆变器的加载测试。图4中，U为电源，N为零线。可选地，控制电路可以设置在被测逆变器与负载侧之间，也可以设置在负载侧之后，不与被测逆变器的输出单元直接连接。逆变器试验台可按照试验要求在工况设备的负载控制指令下对被测逆变器进行 25%、50%、75% 和 100% 负载加载。工作时，电流传感器LT1-LT8和电压传感器LV1-LV8将电压和电流的检测信号通过AD通道传送给采集卡，采集卡再将电压和电流的检测信号传送给工控设备。工控设备可根据检测信号对电压和电流值进行计算并显示。第一频率仪Fl和第二频率仪F2分别对输出I单元和输出II单元的三相交流380V进行检测，并且通过RS-485接口传送给工控机显示。这样，即完成了对被测逆变器电参数测量功能。在本发明实施例中，被测逆变器的一部分工作状态可通过采集卡的数字量通道DI 传送给工控设备；被测逆变器的又一部分工作状态可通过RS-485接口传送给工控设备。例如，通过数字量通道传送逆变器箱的正常或故障信号，通过RS-485接口传送逆变器的输出电压、输出频率及故障信息。工控设备对接收到的逆变器的工作状态信号或信息分析处理并可通过显示器显示，这样可完成对逆变器工作状态的监视功能。在本发明实施方式中，负载侧的三相电阻性负载和三相电感性负载可以采用串联方式也可以采用并联方式，三相的连接方式可以是三角形连接也可以是星形连接，如图5 所述示。当然，不同的电路形式会对电阻和电感的计算和选型产生影响。根据实践经验和控制的简便易调等方面综合考虑，优选并联星形方式进行负载电路的连接。该电路形式的优点包括接线简单、加载功率容易控制、功率因数调节快、节约硬件成本。本发明还提出了逆变器测试试验系统的实施例，其包括工控设备和前述各种实施方式的逆变器测试试验台，该试验系统采用数据采集和智能控制技术对被测逆变器实现自动测试。试验台将电压传感器采集到的电压和/或电流传感器采集到的电流参数传送给采集卡，工控设备通过对试验台的采集卡中各个通道的信号采集、滤波和计算，最后将计算出的数据通过显示界面显示在显示器上。本发明实施例的逆变器测试试验系统还有对电压电流波形进行实时显示的功能， 工控设备从采集卡获得的数据用曲线的形式直观地将电压和电源的波形在图形界面上画出来，不同相位的波形用不同颜色进行区分，这样可以清楚看到波形间的相位关系。为了能够使用户对逆变器启动时的波形进行观测，试验台还有对启动电压波形进行记录的功能， 这样有利于用户对逆变器启动性能的监测。可选地，逆变器测试试验系统还有对试验数据的保存功能，能够将监测到的数据保存到数据库中，实现对所有试验数据的记录和数据库的管理。通过输入试验编号可以很方便地将测量到的电量参数保存到相应的数据库中，并且利用数据库管理功能实现对所保存数据的查找、修改、删除等操作。可选地，逆变器测试试验系统具有打印试验报告的功能，试验完成并保存好数据后，利用报表打印功能进行逆变器试验报告的打印。本发明的保护范围并不局限于上述具体实施方式
中所公开的具体实施例，而是只要满足本发明权利要求中技术特征的组合就落入了本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种用于轨道交通车辆的逆变器测试试验台，包括电源侧，用于为被测逆变器提供所需的直流电压；负载侧，与被测逆变器的输出端电连接，其包括三相电抗器和三相交流电阻；测量单元，与被测逆变器的输入端和/或输出端电连接，用于检测被测逆变器的输入 /输出电参数信号并将检测到的所述输入/输出电参数信号传送给工控设备以便所述工控设备计算出对应的电参数的数值从而完成对被测逆变器的电参数的测量；控制单元，其包括与所述负载侧电连接的电路部分，用于所述工控设备通过其对所述负载侧中的电阻和电抗的增大或减小控制。
2.根据权利要求1所述的测试试验台，其特征在于，所述测量单元包括第一测量电路，与电源侧的输出端和被测逆变器的输入端的电连接，用于检测被测逆变器的输入电压和输入电流；和第二测量电路，与被测逆变器的输出端电连接，用于检测被测逆变器的输出电压和输出电流。
3.根据权利要求2所述的测试试验台，其特征在于，所述电源侧包括输出电压为 DC0-1000V和输出电压为DC0-150V的两个电源，每个电源包括一个可调变压器、一个与所述可调变压器电连接的隔离变压器和一个与所述隔离变压器电连接的可控整流装置；所述控制单元还包括与所述电源侧电连接的电路部分，用于接收所述工控设备发送的电压调节信号，然后根据所述电压调节信号将电源侧的两个输出电压调节为DC600V和 DCIIOVo
4.根据权利要求3所述的测试试验台，其特征在于被测逆变器在正常工作时，其输出端输出两路独立三相交流电源；所述负载侧分别与每一路所述三相交流电源电连接，并且所述负载侧包括单独与每一路所述三相交流电源电连接的三相电抗器和三相电阻。
5.根据权利要求4所述的测试试验台，其特征在于，与所述负载侧电连接的控制单元的电路部分包括多个接触器，每个接触器用于控制一个三相电抗器或三相电阻；串行通信接口 ；至少一个开关量输出模块；所述串行通信接口与所述开关量输出模块电连接，所述开关量输出模块与所述接触器电连接；所述开关量输出模块接收所述工控设备通过所述串行通信接口传送的负载控制信息， 然后所述开关量输出模块根据所述负载控制信息控制所述接触器的闭合或开启从而实现对负载大小的控制。
6.根据权利要求4或5所述的测试试验台，其特征在于，所述第一测量电路设置有用于检测被测逆变器的输入电压的电压传感器(LV1、L%)和用于检测被测逆变器的输入电流的电流传感器(LT1、LT5)；和/或所述第二测量电路设置有用于检测被测逆变器的输出电流的电流传感器(LT2、LT3、 LT4、LT6、LT7、LT8)和用于检测被测逆变器的输出电压的电压传感器(LV2、LV3、LV4、LV6、 LV7.LV8)。
7.根据权利要求6所述的逆变器测试试验台，其特征在于，所述第二测量电路还设置有用于对被测逆变器输出的三相交流电源进行频率检测的频率测定仪(Fl、F2)，所述频率检测仪检测得到的信号通过所述控制单元的串行通信接口传送给所述工控设备；和/或，所述测量单元还设置有用于测量被测逆变器的输入电压并显示的电压表和用于测量被测逆变器的输入电流并显示的电流表，以及用于测量被测逆变器的输出电压并显示的电压表和用于测量被测逆变器的输出电流并显示的电流表。
8.根据权利要求7所述的逆变器测试试验台，其特征在于，所述控制单元还包括采集卡，被测逆变器的一部分工作状态的信号通过所述采集卡的数字量输入通道传送给所述工控设备；所述被测逆变器的另一部分工作状态的信号通过所述串行通信接口传送给所述工控设备。
9.根据权利要求4所述的测试试验台，其特征在于，所述负载侧的三相电抗器和三相交流电阻之间可以采用以下之一的连接方式串联星形连接、串联角形连接、并联星形连接和并联角形连接。
10.一种用于轨道交通车辆的逆变器测试试验系统，包括工控设备和权利要求1至9任一项所述的逆变器测试试验台。
全文摘要
本发明涉及用于轨道交通车辆的逆变器测试试验台和试验系统。逆变器试验台包括电源侧，用于为被测逆变器提供所需的直流电压；负载侧，与被测逆变器的输出端电连接，其包括三相电抗器和三相交流电阻；测量单元，与被测逆变器的输入端和/或输出端电连接，用于检测被测逆变器的输入/输出电参数信号并将检测到的所述输入/输出电参数信号传送给工控设备以便所述工控设备计算出对应的电参数的数值从而完成对被测逆变器的电参数的测量；控制单元，其包括与所述负载侧电连接的电路部分，用于所述工控设备通过其对所述负载侧中的电阻和电抗的增大或减小控制。采用本发明，可使对被测逆变器的测试效率大大提高，实时性好、操作简单、自动化程度高。
文档编号G01R19/25GK102435886SQ201110302959
公开日2012年5月2日 申请日期2011年10月9日 优先权日2011年10月9日
发明者刘伟志, 左鹏, 张铁禄, 李红, 程建华 申请人:中国铁道科学研究院机车车辆研究所, 北京纵横机电技术开发公司