一种交直流电源综合试验台的制作方法

本实用新型涉及一种交直流电源综合试验台。

背景技术：

飞机运行对各部件有严格的要求，必须定时进行检修，消除隐患，才能保证其安全运行，通常是用试验台对飞机进行检测，针对不同的组件有不同的试验台。飞机中有很多地方用到交直流发电机、起动机以及发电机的附件等，均需经常对其进行检测。

传统机电式航空电源试验台，结构简单、故障率较低，只能完成电源系统及其部分部附件测试，功能单一，机械调速式拖动台转速调节精度低、调速慢、噪音高，控制台采用全手动操作，容易出现误动作，对试验人员能力要求较高，不能完成动态性能指标分析；变频拖动式航空电源试验台由于使用齿轮增速器，需配套复杂的滑油冷润滑系统，增大了设备的体积和重量，并加大了维护保养的难度，仍不能实现交直流电源综合试验台的自动化管理及动态性能指标分析；部件级计算机测控式航空电源试验台，针对发电机等重要被测设备，仍然采用传统的操作显示模式，操作过程复杂，试验过程不易管理。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种交直流电源综合试验台。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：一种交直流电源综合试验台，包括配电装置、操作控制柜、程控电源柜、变频器控制柜、发电机拖动台以及负载箱，所述配电装置输出端与所述程控电源柜输入端相连，所述程控电源柜输出端与所述变频器控制柜供电输入端相连，变频器控制柜输出端与发电机拖动台供电输入端相连，发电机拖动台输出端与操作控制柜相连，操作控制柜通过总线分别与程控电源柜、变频器控制柜的控制信号输入端相连，操作控制柜与负载箱输入端相连。

所述配电装置包括配电柜和配电箱，所述配电柜内设有总电源控制器，所述配电箱输出三相交流电至总电源控制器，所述总电源控制器将交流电分配给对应的用电设备。

所述的配电柜内还设有若干电压输出控制器，所述总电源控制器分配的交流电经电压输出控制器输入到对应的用电设备。

所述的配电柜内还设有相序保护器，配电箱输入到配电柜的三相交流电先输入到相序保护器，再由相序保护器输入到总电源控制器。

所述的配电箱内设有三个过流继电器以及分别与三个过流继电器匹配连接的交流互感器，三相交流电的每一相分别串接一个过流继电器 ，经过过流继电器的三相交流电输入到配电柜中。

所述配电装置还包括若干单向安全隔离变压器，所述总电源控制器分配的单相电分别经单向安全隔离变压器、电压输出控制器分配给所述的操作控制柜、程控电源柜以及负载箱。

所述负载箱包括壳体以及设置在壳体内部的机芯电路，壳体的底部设置有冷空气入口，壳体的顶部设有热空气出口，所述冷空气入口处设有过滤网，壳体内部还设有散热风机。

所述机芯电路包括开关电源、负载输出保护电路、温度测量保护电路、散热风机联锁控制电路、控制检测电路以及RLC负载阵列，开关电源的电流输出端分别通过控制检测电路、继电器接触器组件与温度测量保护电路、负载输出保护电路的供电输入端相连；温度测量保护电路的信号输出端分别与散热风机联锁控制电路、负载输出保护电路的信号输入端相连，散热风机联锁控制电路的控制信号输出端分别与温度测量保护电路、负载输出保护电路的控制信号输入端相连，负载输出保护电路的信号输出端分别与温度测量保护电路、散热风机联锁控制电路和RLC负载阵列的信号输入端相连。

所述发电机拖动台包括底座和设置在底座上的变频器和高速变频电机，所述变频器与高速变频电机实现信号连接，所述高速变频电机通过联轴器与被测发电机实现联动，所述的高速变频电机上还安装有电磁刹车器；

所述发电机拖动台还包括第一鼓风机和第二鼓风机，所述第一鼓风机的供电输入端与所述变频器控制柜相连，所述第一鼓风机通过风道对高速变频电机通风散热，所述第二鼓风机通过风道对被测发电机通风散热。

所述发电机拖动台还包括信号检测控制器和若干设置在高速变频电机上的温度检测仪，温度检测仪的检测信号输出端与信号检测控制器的检测信号输入端相连，信号检测控制器的控制信号输出端与第一鼓风机的控制信号输入端相连。

所述发电机拖动台还包括第一风压流量检测器，所述第一风压流量检测器设置在第一鼓风机与高速变频电机之间的风道内，第一风压流量检测器的检测信号输出端与信号检测控制器的检测信号输入端相连，信号检测控制器的控制信号输出端与第一鼓风机的控制信号输入端相连。

所述发电机拖动台还包括第二风压流量检测器，所述第二风压流量检测器设置在第二鼓风机与被测发电机之间的风道内，第二风压流量检测器的检测信号输出端与信号检测控制器的检测信号输入端相连，信号检测控制器的控制信号输出端与第二鼓风机的控制信号输入端相连。

所述的一种交直流电源综合试验台还包括散热装置，所述散热装置一端与变频器控制柜供电输入端相连，另一端与所述操作控制柜控制信号输入端相连，所述散热装置对所述操作控制柜通风散热。

本实用新型的有益效果是：

1）采用测试与维修一体化解决方案，利用计算机综合测试系统，将航空电源设备性能测试与实际修理工作需求融合设计，实现测试与维修的有效衔接，形成统一的测试与维修工作模式，在军内外首次创造性的提出了航空电源交直流电源综合试验台综合化构建的思想。

2）采用计算机集成控制技术，将电机拖动、负载控制及实验操作过程等进行综合化的控制管理，可根据具体的测试任务提供优良的人机交互界面，简化操作程序，同时提高了测试的安全性。

3）采用无齿轮式高速三相交流变频拖动技术，取消油箱、油泵、齿轮增速器等大型设备，简化了系统结构，减少了设备体积和重量，降低了维护保养的难度，提高了拖动系统的工作可靠性。

4）在电源的三相交流电中引入了三个过流继电器，通过交流互感器来实现当系统线路中的任意一相电流超过设定电流时，就断开系统输入电源进行保护的功能。

5）所用负载箱用于模拟飞机用电设备，将飞机发电机发出的电能利用负载箱进行消耗，可有效验证发电机的工作特性，便于后期对飞机用电设备进行电参数性能测试和维护。

6）整机采用模块化设计，操作简单，维护方便；可根据客户要求测试电压、电流等参数，为大功率交流电源设备提供了科学的检测手段。

7）所用发电机拖动台能模拟飞机发动机的转速，为实现设备小型化及便于部队的使用操作，其设计采用变频器直接带动高速变频电机的方案来实现电机的无极调速，变频电机功率为150kW，转速范围在0～8500 rpm，可满足多种发电机的测试要求。

附图说明

图1为本实用新型原理框图；

图2为本实用新型配电装置原理框图；

图3为本实用新型负载箱结构示意图；

图4为本实用新型负载箱原理框图；

图5为本实用新型发电机拖动台结构示意图；

图6为本实用新型发电机拖动台原理框图；

图中，1-壳体，2-冷空气入口，3-过滤网，4-散热风机，5-热空气出口，6-底座，7-高速变频电机，8-联轴器。

具体实施方式

下面将结合实施例，对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

参阅图1-6，本实用新型提供一种技术方案：如图1所示，一种交直流电源综合试验台，包括配电装置、操作控制柜、程控电源柜、变频器控制柜、发电机拖动台以及负载箱。外接电源进入配电装置后分别输入到变频器控制柜、操作控制柜、程控电源柜、发电机拖动台以及负载箱。

如图2所示，所述配电装置输出端与所述程控电源柜输入端相连，所述配电装置作为输入电源的监测及电源分配单元，由380V输入显示、相序检查及指示、变频器供电指示、第一鼓风机供电指示、负载箱散热风机供电指示、拖动台散热风机供电指示、程控电源柜供电指示、操作控制柜供电指示等组成。

所述配电装置包括配电柜和配电箱，所述配电柜内设有总电源控制器，所述配电箱输出三相交流电至总电源控制器，所述总电源控制器将交流电分配给对应的用电设备，总电源控制器中的电脑和中控器依据用电设备的电源需求性质对电源进行合理性控制。

所述的配电柜内还设有若干电压输出控制器，总电源控制器分配的交流电经电压输出控制器输入到对应的用电设备，所述用电设备包括变频器控制柜、操作控制柜、程控电源柜以及负载箱。

所述操作控制柜通过总线分别与所述程控电源柜、所述变频器控制柜的控制信号输入端相连。

所述程控电源柜输出端与所述变频器控制柜供电输入端相连，所述变频控制柜利用内部变频器实现飞机上高速拖动台的控制作用，实现高速变频电机7的调速控制。

所述的配电柜内还设有相序保护器，配电箱输入到配电柜的三相交流电先输入到相序保护器，再由相序保护器输入到总电源控制器。所述相序保护器用作相序检查，只有当输入电源相序正确时才接通主接触器，并能自动相序判别的保护继电器，避免一些特殊机电设备因为电源相序接反后倒转而导致事故或设备损坏。总电源控制器的控制信号输出端还与系统控制器、显示单元和保护电路实现信号连接，系统控制器、显示单元和保护电路为总电源控制器提供基础的后勤支援保障，起到管理、显示与保护的作用，使总电源控制器保持正常工作状态。

所述的配电箱内设有三个过流继电器以及分别与三个过流继电器匹配连接的交流互感器，三相交流电的每一相分别串接一个过流继电器 ，经过过流继电器的三相交流电输入到配电柜中。

外部三相380V/50Hz电源输入后，在进线配电箱中设计过流保护装置，即在电源的三相交流电中引入了三个0～9.99A的过流继电器，通过外配50:1的交流互感器来实现当系统线路中的任意一相电流超过设定电流时，就断开系统输入电源进行保护的功能。

所述配电装置还包括若干单向安全隔离变压器，所述总电源控制器分配的单相电分别经单向安全隔离变压器、电压输出控制器分配给操作控制柜、程控电源柜以及负载箱。所述单向安全隔离变压器通过至少相当于双重绝缘或加强绝缘的绝缘使输入绕组与输出绕组在电气上分开，以特低电压将单相电输送到电压输出控制器，电压输出控制器继而按照用电设备的额定参数将电压输送至操作控制柜、程控电源柜以及负载箱。

所述操作控制柜内设有计算机和适配单元，所述操作控制柜是整个系统的核心部件，负责所有试验资源的综合管理，所述操作控制柜采用PXI总线技术设计来完成整个系统的功能和性能测试工作。

所述计算机主要包括工控机、1553B仿真器、数据采集模块、数据离散控制模块以及通讯模块等。

所述计算机的硬件接口支持硬件可通过PXI接口与AD采集卡、隔离输出I/O卡、串口扩展卡、1553B板卡进行通信；串口（RS232、RS485)通过串口与程控电源柜、变频器控制柜通信。

所述1553B仿真器主要包括1553B板卡和通讯电缆两部分组成，能接收和发送汇流条功率控制器、发电机控制器的命令，以便试验台识别它的工作状态和参数。

所述数据离散控制模块主要完成对开关量、继电器盒接触器的控制以及64路的隔离输出。

所述通讯模块需要完成汇流条功率控制器的RS422通讯、变频器控制柜的RS485通讯、电量传感器的RS485通讯、负载箱的RS485通讯、程控电源柜的RS232通讯，RS232通信接口用的较多，采用PXI串口扩展卡，实现接口连接。

所述数据采集模块主要完成电压、电流、离散开关量、系统反应时间及各种电源信号的测试。48路采集通道，每路采集0～5VDC信号，可满足毫伏信号采集，主要用于采集来自信号适配器的电压信号。

所述适配单元主要有电量传感器、电压和电流传感器、分流计、继电器、接触器等器件，用来完成信号转换和控制。

所述电量传感器采用三相四线制连接方式、可以测试交流输出参数，通过其自身的RS485通信与计算机实现信号交换。

所述电压电流传感器其供电电源、信号输入、信号输出均隔离，并将各电压和电流传感器输出采集到数据采集板卡。

被测件的时间测量通过软件来实现，软件接收到时间测量的开始信号时，就开始计时，当收到停止信号时，就停止计时。继电器、接触器的控制通过数字I/O卡来控制，当数字I/O卡收到软件的命令时，对应的端口就输出信号，来控制继电器线圈，使继电器闭合，继电器开关的闭合来控制对应的继电器和接触器，以便进行信号切换。

所述程控电源柜分为直流程控电源柜和交流程控电源柜两部分，其作用为在进行电源系统性能测试时，输出电流以满足被测部附件不同的电源需求。

所述操作控制柜与所述负载箱输入端相连，如图3所示，所述负载箱包括壳体1以及设置在壳体1内部的机芯电路，壳体1的底部设置有冷空气入口2，壳体1的顶部设有热空气出口5，所述冷空气入口2处设有过滤网3，壳体1内部还设有散热风机4。

所述过滤网3用于过滤冷空气中的杂质，净化冷空气；散热风机4设于元件安装形成的散热风道内，将元件工作过程中产生的热量排出箱体外部从而保护元件不至损伤。

在测试工作中，该负载箱采用从壳体1底部的冷空气入口2吹入冷风，顶部的热空气出口5吸出热风，实现箱体内部与外部的热量交换，排出的热量在散热风机4的作用下冷却，从而使整个箱体内部散热效果达到最佳。

如图4所示，所述机芯电路包括开关电源、负载输出保护电路、温度测量保护电路、散热风机联锁控制电路、控制检测电路以及RLC负载阵列。

所述配电柜为负载箱提供单相220V的交流电流，内设开关电源的电流输出端分别通过控制检测电路、继电器接触器组件与温度测量保护电路、负载输出保护电路的供电输入端相连，所述的交直流电源综合试验台负载箱还包括参数显示电路，所述参数显示电路的供电输入端与开关电源的电流输出端相连。

所述开关电源为参数显示电路、控制检测电路和继电器接触器组件提供所需电能；所述的控制检测电路分别与继电器接触器组件、参数显示电路的信号输入端相连。所述的继电器接触器组件、参数显示电路的信号输出端与控制检测电路相连。控制检测电路能控制并检测继电器接触器组件发出的信号，并控制负载参数的显示，继电器接触器组件起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。

所述温度测量保护电路的信号输出端分别与散热风机联锁控制电路、负载输出保护电路的信号输入端相连，温度测量保护电路可实时监测散热风机联锁控制电路、负载输出保护电路的温度变化，在过高或过低状态时发出警示信号，从而调节散热风机联锁控制电路、负载输出保护电路的温度，使元器件不被烧坏。

单相220V的交流电流直接输入到散热风机联锁控制电路以提供所需的电能，散热风机联锁控制电路的控制信号输出端分别与温度测量保护电路、负载输出保护电路的控制信号输入端相连。散热风机联锁控制电路将温度变化反馈给温度测量保护电路、负载输出保护电路，从而保证元器件一直工作在安全的温度范围内；所述的散热风机联锁控制电路与散热风机机组相连，为散热工作提供了必备条件。

所述负载输出保护电路的信号输出端分别与温度测量保护电路、散热风机联锁控制电路和RLC负载阵列的信号输入端相连。所述的RLC负载阵列的信号输出端与负载输出保护电路的信号输入端相连，为负载输出保护电路控制在接入不同负载时的性能；所述的负载输出保护电路上设有负载输出接口，利于提高数据锁存时设备的接收效率。

所述变频器控制柜输出端与发电机拖动台供电输入端相连，发电机拖动台输出端与操作控制柜相连。

如图5所示，所述发电机拖动台包括底座6和设置在底座6上的变频器和高速变频电机7。

所述的高速变频电机7结合高速电机和变频电机的优点于一身，高速电机体积小、可与高速负载直接相连从而省去传统的机械增速装置，减小系统噪音的同时提高系统传动效率，其主要特点是转子速度高、定子绕组电流和铁心中的磁通频率高、功率密度和损耗密度大。而变频电机是指在标准环境条件下，以100%额定负载在10%~100%额定速度范围内连续运行，温升不会超过该电机标定容许值的电机。两者结合可完善高速变频电机7的效率和发热性能，使其更加符合于拖动台的技术要求。

所述的高速变频电机7上安装有电磁刹车器，电磁刹车器使高速变频电机7中的运动件停止或减速，在高速变频电机7中的传动系统中主要起传递动力和控制运动等作用，它依靠磁极与磁极间的相互作用力来使高速变频电机7刹车，具有结构紧凑，操作简单，响应灵敏，使用可靠，易于实现远距离控制等优点。

所述变频器与高速变频电机7实现信号连接，利用变频器直接带动高速变频电机7的方法来实现电机的无级调速，通过采集变频器的频率乘以倍率的方式来实现高速变频电机7的实时转速采集，实现了设备的小型化，便于部队的使用操作。

所述高速变频电机7通过联轴器8与被测发电机实现联动，在高速变频电机7与被测发电机的动力传动过程中，联轴器8起到缓冲、减振和提高动态性能的作用。所述联轴器8外安装有钟形罩，使得整个结构紧凑，有效节省空间，减小了拖动台体积。

所述发电机拖动台还包括第一鼓风机和第二鼓风机，所述第一鼓风机的供电输入端与所述变频器控制柜相连，所述第一鼓风机通过风道对高速变频电机7通风散热，所述第二鼓风机通过风道对被测发电机通风散热。优选的，所述风道要短而直，拐弯要少。因为在结构尺寸不受影响时，增大风道面积可减小压力损失，同时可降低鼓风机的噪声。

所述的交直流电源综合试验台发电机拖动台还包括信号检测控制器和若干设置在高速变频电机7上的温度检测仪，温度检测仪的检测信号输出端与信号检测控制器的检测信号输入端相连，信号检测控制器的控制信号输出端与第一鼓风机的控制信号输入端相连。

温度测试仪是测温的高精度仪器，能利用气体受温度的影响而热胀冷缩，能够实时检测到高速变频电机7的温度变化，使高速变频电机7的温度保持在正常范围内，从而增长绕组寿命。

信号检测控制器接收来自温度检测仪的温度数据，进而分析该数据，然后通过其控制信号输出端输出数据调节第一鼓风机的风速，从而完成高速变频电机和第一鼓风机之间的信号传递和反馈工作。

所述的交直流电源综合试验台发电机拖动台还包括第一风压流量检测器，所述第一风压流量检测器设置在第一鼓风机与高速变频电机7之间的风道内，第一风压流量检测器的检测信号输出端与信号检测控制器的检测信号输入端相连，信号检测控制器的控制信号输出端与第一鼓风机的控制信号输入端相连。

所述的交直流电源综合试验台发电机拖动台还包括第二风压流量检测器，所述第二风压流量检测器设置在第二鼓风机与被测发电机之间的风道内，第二风压流量检测器的检测信号输出端与信号检测控制器的检测信号输入端相连，信号检测控制器的控制信号输出端与第二鼓风机的控制信号输入端相连。

信号检测控制器分析风压流量检测器传输来的数据，然后对鼓风机进行控制，调节鼓风机风速大小，达到调节高速变频电机7和被测发电机温度的作用，从而使整个拖动台保持在正常温度范围内工作。

所述的一种交直流电源综合试验台还包括散热装置，所述散热装置一端与变频器控制柜供电输入端相连，另一端与所述操作控制柜控制信号输入端相连，所述散热装置对所述操作控制柜通风散热。

所述变频器控制柜主要用于所述发电机拖动台的控制，实现高速变频电机7的调速控制，所述第一鼓风机经变频器改变交流电机的转速方式来进行风机流量的控制，可以大幅度减少以往机械方式调控流量造成的能量损耗，所述的散热装置输出端还分别与交流发电机和操作控制柜相连，持续为交流发电机和操作控制柜进行散热，避免这两种设备因温度过高而损坏。

整个试验台的供电全部由所述配电装置引出，以所述操作控制柜作为整体的控制中心。整个试验台的供电为380V/50Hz三相四线制，供电容量150kVA，该电源经电源柜分配为两个部分，一部分为三相380V供电电压供给变频器控制柜，经变频器输送给拖动系统供电，另一部分采用变压器隔离后给整个试验台、负载箱以及程控电源柜提供单相220V交流电压。操作控制柜作为控制中心，通过总线控制变频器，进而实现所述发电机拖动台的控制，通过总线控制程控电源，实现整个试验系统电源的自动化管理，通过操作控制柜内部的开关量控制，实现所述负载箱负载的自动化控制，同时，操作控制柜也是被测设备的连接操作平台，提供除发电机之外所有电源系统部附件的连接端口。

针对本实用新型中所采用的变频调速技术，本实用新型也因地制宜的采取了相应的方案，具体问题及解决方法如下：

1）通过电源直接传导的电磁干扰及对策

变频器在工作时会使试验台的供电系统中产生高次谐波，对连接在同一个电源系统的用电设备产生干扰，如：控制器、工控计算机等。所设定的解决对策主要是进行隔离工作：一是通过使用隔离变压器向工控计算机、控制电源、信号电源等进行供电。二是全部采用具有物理隔离和光电隔离的测量元件和控制元件，如发电机转速测量采用的高频接近开关。

2）通过接地系统传导的干扰及对策

变频器通过接地系统对弱电部分（测控信号线路、工控计算机等）产生直接耦合干扰。解决措施主要是做好接地设计工作：一是将系统的信号地与变频器及拖动电机的地严格分开。二是信号线路采用多点接地形式，将信号系统中各个接地点都直接接到距离它最近的接地点，最后再统一接地，通过实验证明在高频下的性能非常好。三是在系统的软件上多做工作，如采用叠加平均、奇异值筛选、数字滤波、滤除抖动等算法和方法。四是在一些模拟量传感器的输入端加装滤波器，滤除高次谐波部分。

3）通过空间耦合的干扰及对策

变频器通过空间辐射对弱电部分（测控信号线路、工控计算机等）产生的干扰。变频器在逆变桥大多采用PWM技术，固态开关器件的高速切换（du/dt可达1kV/us以上）所引起的辐射干扰问题相当突出，能够通过空间向外辐射强劲的电磁波。其辐射场强取决于干扰源的电流强度和发射频率等。针对这个问题，本实用新型的方案是给所述变频器单独做一个全封闭金属柜进行相应的信号屏蔽。为提高测控的抗干扰能力，选用带有输入输出滤波装置的变频器，动力电源的测控电源采用隔离变压器进行电气隔离，采用带有隔离功能的电信号变送器，测试线路采用有效的屏蔽、接地及硬件滤波等措施，软件进行多种数字抗干扰等各种技术，保证测控系统工作的稳定性和准确性。

上述开关电源、负载输出保护电路、温度测量保护电路、散热风机联锁控制电路、控制检测电路以及RLC负载阵列、总电源控制器、电压输出控制器、相序保护器、信号检测控制器、风压流量检测器均为现有结构，因此，上述各个部分的具体结构就不再一一赘述，本领域技术人员在了解本实用新型的发明目的和技术方案的基础上，结合现有技术即可实现本实用新型。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当理解本实用新型并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本实用新型的精神和范围，则都应在本实用新型所附权利要求的保护范围内。