中间直流环节电压可调的交流传动对拖试验台及试验方法与流程

1.本发明涉及轨道交通交流传动试验技术领域，具体涉及一种中间直流环节电压可调的交流传动对拖试验台及试验方法。


背景技术：

2.交流传动试验台作为大功率交流电机控制及算法研究的试验平台，在轨道交通领域已被广泛应用。在交流传动机车、动车组牵引变流控制中，内燃机车、内燃动车组由柴油机发电机机组提供交流电能，经过整流装置输出中间直流环节电压；而电力机车则由受电弓引入高压电网电能，经过变压器变换输出交流电，再经过四象限模块控制，输出中间直流环节电压。中间直流环节电压用于提供牵引电机控制所需的电压。内燃机车中间直流环节电压随着司控器手柄级位的设置和运行速度变化而变化，对于司控器手柄级位为固定数量的内燃机车、内燃动车组来说，中间直流环节电压可能为多条变化曲线组成；而对于司控器手柄级位为无级的内燃机车来说，中间直流环节电压将是无数条变化曲线组成，图2所示为某种内燃机车(手柄级位为8级)牵引工况中间直流环节电压随手柄级位和速度点的变化曲线。
3.交流传动试验台用于提供机车所用牵引电机运行工况的模拟环境，一般采用两个电机对拖方式，即一个为被测试电机，另一个为陪试电机，两个电机由联轴节连接在一起，实现同步转动，陪试电机实现定速控制，用于设定被测牵引电机的运行速度点。而被试电机和陪试电机共用中间直流环节电压，所需的能量源一般由调压电源装置实现。
4.现有交流传动试验台中，一般没有司控器手柄级位装置，调压电源装置采用手动调节的方法，根据被测电机所需要的测试速度，测试的手柄级位，来人工设定牵引电机运行工况所对应的中间直流环节电压期望值，设定好后，再设定陪试电机运行速度，以满足被试电机运行条件。
5.手动调节中间直流环节电压的方法可为被测牵引电机提供某个手柄级位、某个速度点下的中间直流环节电压，这种中间直流环节电压若应用到城轨车辆或电力机车中间直流环节电压固定的，非常适合，但是对于内燃机车其中间直流环节电压是随运行工况、手柄级位，机车运行速度变化的，就需要不断调节电压值，不仅耗费人力，且调节速度较慢，调节精度较低，当负载投入时，若负载所需能量较大，则目标电压会随动，不容易稳定到设定的固定点。手动调节中间直流环节电压一般采用先将电压调整到目标值后，再设定陪试电机转速到目标值，只能测试出固定点的电机运行特性，无法实现不同手柄级位下的快速切换，不同速度点下的快速调节。手动调节中间直流环节电压的试验台所提供的测试环境与内燃机车、内燃动车组真实运行环境差距较大。
6.专利技术zl201410625298.5《一种用于电机驱动的双电源供电及能量互馈系统》提供了一种用于电机驱动的双电源供电及能量互馈系统，包括：双电源切换电路，连接于双电源与逆变器之间，用于对双电源的供电模式，充电模式，互馈电模式或供电/互馈电模式进行运行模式的切换。该系统不涉及电源输出电压控制。无法解决内燃机车、内燃动车组交
流传动试验台所需要的电源随动变化的需求。
7.基于此，现有技术仍然有待改进。


技术实现要素：

8.本发明的主要目的在于提供一种中间直流环节电压可调的交流传动对拖试验台及试验方法，以解决现有技术的试验台的测试环境与内燃机车、内燃动车组真实运行环境差距较大的技术问题。
9.根据本发明的一个方面，提出一种中间直流环节电压可调的交流传动对拖试验台，包括：
10.被测电机，所述被测电机为被测车型的牵引电机；
11.陪试电机，所述陪试电机和所述被测电机之间通过联轴节连接，且在相同速度点下，所述陪试电机可输出最大扭矩大于等于所述被测牵引电机的最大扭矩；
12.指令输入单元，所述指令输入单元用于实现通信传输，以及内燃机车、内燃动车组运行方向、运行工况、手柄级位和运行速度的设置；
13.可调电源单元，所述可调电源单元用于提供陪试电机和被测电机工作所需中间直流环节电压；
14.陪试牵引变流控制单元，所述陪试牵引变流控制单元根据方向信号和实时速度参考值控制陪试电机运行到目标速度点，进行定速控制，且保证陪试电机无论被测电机扭矩输出多大，都始终运行于实时速度参考值spd_ref；
15.被测牵引变流控制单元，所述被测牵引变流控制单元用于实时查询运行工况、手柄级位、实时速度参考值与扭矩关系曲线以控制被测电机输出扭矩tq_ref。
16.进一步地，所述指令输入单元包括人机界面、司控器和指令输入控制器，
17.所述司控器为被测车型的司控器，用于发出内燃机车、内燃动车组运行方向、运行工况及手柄级位信号；
18.所述人机界面用于内燃机车、内燃动车组的速度指令设定；
19.所述指令输入控制器用于将实时速度参考值spd_ref，以及内燃机车、内燃动车组手柄级位信号、运行方向、运行工况以通信方式实时发送给可调电源单元、被测牵引变流控制单元及陪试牵引变流控制单元。
20.进一步地，所述速度指令设定包括目标速度、加速度、减速度、加速度最大值、减速度最大值的设定；
21.其中，加速度设定值不能大于加速度最大值，若加速度输入数值大于加速度最大值，自动默认为加速度最大值，减速度设定值的绝对值不能大于减速度最大值的绝对值，若减速度输入数值的绝对值大于减速度最大值的绝对值，自动默认为减速度最大值。
22.进一步地，所述可调电源单元包括变压器和电源控制器；
23.其中，所述变压器用于实现工业用电到所需交流电的转换；
24.所述电源控制器用于实现交流电到目标直流环节电压的输出。
25.进一步地，所述被测电机与所述陪试电机机械同轴，转速相同，所述被测电机运行速度由所述陪试电机控制，所述被测电机的输出扭矩由被测牵引变流控制单元控制。
26.另一方面，本发明实施例还公开了采用上述的中间直流环节电压可调的交流传动
对拖试验台的试验方法，包括：
27.在交流传动对拖试验台上安装被测车型的电机和司控器；
28.由指令输入控制器采集司控器的硬件信号，并将硬件信号根据被测电机安装的内燃机车或内燃动车组手柄位信号组合方式得到相应的运行工况、手柄级位和方向信号；
29.由人机界面进行速度指令的设置；
30.指令输入控制器将得到的运行工况、手柄级位和方向信号，以及以设定的加速度或减速度为变化率的速度设定值，以通信方式实时发送给可调电源单元、被测牵引变流控制单元和陪试牵引变流控制单元；
31.可调电源单元通过查找内燃机车或内燃动车组电压曲线表格，得到此时中间直流环节电压控制的目标值，并通过自身控制实现输出电压与目标值的匹配；
32.陪试牵引变流控制单元根据方向信号和实时速度参考值使陪试电机运行于目标速度下；
33.被测牵引变流控制单元控制牵引电机按照对应的扭矩给定值控制被测电机输出扭矩到扭矩给定值。
34.进一步地，所述速度指令的设置包括运行速度目标值和加速度值的设置，所述加速度值的设定值设定上限，不能超出真实电机加速度极限和减速度极限。
35.进一步地，随着所述运行工况、手柄级位和方向信号，或者速度指令的变化，可调电源装置变化其输出电压幅值，为陪试电机和被测电机提供可变中间直流环节电压，被测牵引变流控制单元和陪试牵引变流控制单元也跟随所述运行工况、手柄级位、方向信号，及速度指令进行相应变化，从而为被测牵引控制单元提供自动化测试环境。
36.进一步地，通过司控器实现牵引、电制、惰转运行工况的选择。
37.进一步地，通过手柄位的设置实现牵引或电制手柄级位的设置。
38.采用上述技术方案，本发明至少具有如下有益效果：
39.本发明提供的一种中间直流环节电压可调的交流传动对拖试验台及试验方法，用于机车所用牵引电机性能调试，为中间直流环节电压提供动态特性测试环境，增加交流传动试验台的动态特性，使试验过程更加贴近内燃机车、内燃动车组实际运行环境。
附图说明
40.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
41.图1示出了本发明一些实施例所公开的中间直流环节电压可调的交流传动对拖试验台的结构示意图；
42.图2示出了本发明一些实施例所公开的中间直流环节电压可调的交流传动对拖试验方法的某种内燃机车牵引工况下，中间直流环节电压随手柄级位和速度点的变化曲线图。
具体实施方式
43.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明实施例进一步详细说明。
44.需要说明的是，本发明实施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”“第二”仅为了表述的方便，不应理解为对本发明实施例的限定，后续实施例对此不再一一说明。
45.如图1所示，本发明一些实施例公开了一种中间直流环节电压可调的交流传动对拖试验台，交流传动试验台上更换成被测牵引电机所用车型提供的司控器和被测牵引电机。包括被测牵引电机，陪试电机，指令输入单元，可调电源单元，陪试牵引变流控制单元，被测牵引变流控制单元，所述被测电机为被测车型的牵引电机；所述陪试电机和所述被测电机之间通过联轴节连接,且相同速度点下，陪试电机可输出最大扭矩值大于等于被测牵引电机的最大扭矩值；所述指令输入单元用于实现通信传输，以及内燃机车、内燃动车组运行方向、运行工况、手柄级位和运行速度的设置；所述可调电源单元用于提供陪试电机和被测电机工作所需中间直流环节电压；所述陪试牵引变流控制单元根据方向信号和实时速度参考值控制陪试电机运行到目标速度点，进行定速控制，且保证陪试电机无论被测电机扭矩输出多大，都始终运行于实时速度参考值spd_ref；所述被测牵引变流控制单元用于实时查询运行工况、手柄级位、实时速度与扭矩关系曲线以控制被测电机输出扭矩tq_ref。本实施例可用于机车所用牵引电机性能调试，为中间直流环节电压提供动态特性测试环境，增加交流传动试验台的动态特性，使试验过程更加贴近内燃机车、内燃动车组运行环境。
46.本发明一些实施例所公开的中间直流环节电压可调的交流传动对拖试验台，在上述实施例的基础上，所述指令输入单元包括人机界面、司控器和指令输入控制器，所述司控器为被测车型的司控器，用于发出内燃机车、内燃动车组运行方向、运行工况及手柄级位信号；所述人机界面用于内燃机车、内燃动车组的速度指令设定；所述指令输入控制器用于将实时速度参考值spd_ref，以及内燃机车、内燃动车组手柄级位信号、运行方向、运行工况以通信方式实时发送给可调电源单元、被测牵引变流控制单元及陪试牵引变流控制单元。所述速度指令设定包括目标速度、加速度、减速度、加速度最大值、减速度最大值的设定；其中，加速度设定值不能大于加速度最大值，若加速度输入数值大于加速度最大值，自动默认为加速度最大值，减速度设定值的绝对值不能大于减速度最大值的绝对值，若减速度输入数值的绝对值大于减速度最大值的绝对值，自动默认为减速度最大值。所述可调电源单元包括变压器和电源控制器；所述变压器用于实现工业用电到所需交流电的转换；所述电源控制器用于实现交流电到目标中间直流环节电压的输出。
47.为增加交流传动试验台对内燃机车、内燃动车组所用不同类型司控器(有级位8手柄、有级位12手柄、无级位)的兼容性，由指令输入控制器采集司控器硬件信号，指令输入控制器硬件采集通道兼容多种司控器，并将硬件信号根据被测牵引电机(被测电机)安装的内燃机车或内燃动车组手柄位信号组合方式得到相应的运行工况、手柄级位和方向信号。由人机界面实现运行速度目标值及加速度值的设置，加速度设定值设定上限，不能超出真实电机加、减速度极限，指令输入控制器将检测到的运行工况、方向信号、手柄级位信号以及以设定的加速度或减速度为变化率的实时速度参考值，以通信方式实时发送给可调电源单元、被测牵引变流控制单元及陪试牵引变流控制单元，可调电源装置接收到由外接司控器
或者人机界面设置的运行工况、手柄级位和方向信号，以及运行速度信号等指令信号，通过查找内燃机车或内燃动车组电压曲线表格，得到此时中间直流环节电压控制的目标值，并通过自身控制实现输出电压与目标值的匹配，同时运行工况、方向信号、手柄级位及机车运行速度信号也发送给被测牵引电机变流控制单元和陪试牵引电机变流控制单元，陪试电机变流控制单元接收速度指令信号，运行于实时速度参考值下，被试牵引电机变流控制单元接收指令信号控制牵引电机按照运行工况、方向信号、手柄级位和实时速度参考值对应的扭矩值，输出相应扭矩给定，并控制被测牵引电机输出扭矩到扭矩给定值。从而实现交流传动试验台的对拖控制，随着运行工况、手柄级位或者速度指令的变化，可调电源装置变化其输出电压幅值，为对拖电机提供可变中间直流环节电压，被测牵引电机变流控制单元和陪试牵引电机变流控制单元也跟随指令进行相应变化，从而为被测牵引控制单元提供自动化测试环境。所述被测电机与所述陪试电机机械同轴，转速相同，所述被测电机运行速度由所述陪试电机控制，所述被测电机的输出扭矩由被测牵引变流控制单元控制。
48.本发明一些实施例还公开了一种中间直流环节电压可调的交流传动对拖试验方法，包括：
49.在交流传动对拖试验台上安装被测车型的牵引电机和司控器；
50.由指令输入控制器采集司控器的硬件信号，并将硬件信号根据被测电机安装的内燃机车或内燃动车组手柄位信号组合方式得到相应的运行工况、手柄级位和方向信号；
51.由人机界面进行速度指令的设置；
52.指令输入控制器将得到的运行工况、手柄级位和方向信号，以及以设定的加速度或减速度为变化率的实时速度参考值，以通信方式实时发送给可调电源单元、被测牵引变流控制单元和陪试牵引变流控制单元；
53.可调电源单元通过查找内燃机车或内燃动车组电压曲线表格，得到此时中间直流环节电压控制的目标，并通过自身控制实现输出电压与目标值的匹配；
54.陪试牵引变流控制单元根据方向信号和实时速度参考值使陪试电机运行于实时速度参考值下；
55.被测牵引变流控制单元控制牵引电机按照对应的扭矩给定值控制被测电机输出扭矩到扭矩给定值。
56.所述速度指令的设置包括运行速度目标值和加速度值的设置，所述加速度值的设定值设定上限，不能超出真实电机加速度极限和减速度极限。
57.随着所述运行工况、手柄级位和方向信号，或者速度指令的变化，可调电源装置变化其输出电压幅值，为陪试电机和被测电机提供可变中间直流环节电压，被测牵引变流控制单元和陪试牵引变流控制单元也跟随所述运行工况、手柄级位、方向信号，及速度指令进行相应变化，从而为被测牵引控制单元提供自动化测试环境。可通过司控器实现牵引、电制、惰转运行工况的选择。通过手柄位的设置实现牵引或电制手柄级位的设置。
58.需要特别指出的是，本发明实施例所提到的设备间有的采用硬线，有的采用通信方式，信号间的采集方式不同，也可达到相同的效果。同时，该方案也满足城轨车辆、电力机车等中间直流环节电压不变的测试需求。
59.本发明一些实施例中，交流传动对拖试验台由指令输入单元、可调电源单元、陪试牵引变流控制单元、被测牵引变流控制单元以及用联轴节连接的被测和陪试电机组成。其
中，指令输入单元实现内燃机车、内燃动车组运行方向、运行工况、手柄级位和运行速度的设置及通信传输，由人机界面、司控器及指令输入控制器组成，内燃机车、内燃动车组运行方向和手柄级位信号由内燃机车、内燃动车组所用司控器发出，人机界面用于内燃机车、内燃动车组目标速度设定，配置有目标速度、加速度、减速度、加速度最大值、减速度最大值，加速度设定值不能大于加速度最大值，若加速度输入数值大于加速度最大值，自动默认为加速度最大值，减速度值同理。指令输入控制器采集到目标速度spd_target,加速度a+，减速度a-,判断此时电机运行速度spd_fbk与目标速度spd_target的差值，若spd_target》spd_fbk,则指令输入控制器按照加速度a+变化率，若spd_target《spd_fbk,则指令输入控制器按照加速度a-变化率，得到每时刻的输出速度值spd_ref，直到spd_ref＝spd_target。指令输入控制器将实时速度参考值spd_ref、内燃机车、内燃动车组手柄位信号、运行方向、运行工况以通信方式实时发送给可调电源单元、被测牵引变流控制单元及陪试牵引变流控制单元，确保指令的同步性。
60.可调电源单元由变压器和电源控制器两部分组成，变压器实现工业用电380v交流电到所需交流电的转换。电源控制器实现交流电到目标中间直流环节电压的输出，通过接收到手柄级位、运行方向、实时速度参考值spd_ref指令，实时查询牵引\电制中间直流环节电压参考值曲线，输出对应内燃机车、内燃动车组运行模式下，相应手柄级位和实时速度参考值对应的中间直流环节电压目标值，以提供陪试电机和被测电机工作所需中间直流环节电压。
61.陪试牵引变流控制单元由陪试牵引变流控制器、陪试牵引变流功率模块组成。当接收到方向信号、速度信号。陪试牵引变流控制器控制陪试电机按照方向信号进行正转或者反转，并运行到目标速度点，进行定速控制，且保证陪试电机无论被测电机扭矩输出多大，都始终运行于实时速度参考值spd_ref。
62.被测牵引变流控制单元由被测牵引变流控制器、被测牵引变流功率模块组成，被测牵引变流控制器通过检测到的运行工况、手柄级位及实时速度参考值spd_ref，实时查询运行工况、手柄级位、实时速度参考值与扭矩关系曲线控制被测牵引电机输出扭矩tq_ref，牵引电机与陪试电机机械同轴，转速相同，被测牵引电机运行速度由陪试电机控制，输出扭矩由被测牵引变流控制器控制。
63.内燃机车、内燃动车组中所用的司控器可实现牵引、电制、惰转工况的选择，还可通过手柄级位的设置实现牵引或者电制手柄级位的设置。交流传动试验台所用司控器采用机车、动车组原装司控器，保证信号给定信息的一致性，手柄位置确定交流传动试验台的运行工况和手柄级位。由手柄位置和速度设定完成交流传动试验台输入指令的控制，通信方式的同步传输，实现可调电源单元、陪试牵引变流控制单元、被测牵引变流控制单元的同步控制。
64.本发明实施例所公开的中间直流环节电压可调的交流传动对拖试验台及试验方法，由机车、动车组所用司控器真实实现，完全复现内燃机车、内燃动车组运行时工况，可调电源单元随着手柄级位和速度点的设置，自动输出期望中间直流环节电压，响应速度快，与现有技术相比更贴合真实运行情况，可实现交流传动试验台所需要的不同手柄级位的快速切换和相同手柄位不同速度点扫频设置。
65.综上所述，本发明实施例所公开的交流传动对拖试验台及试验方法，被测电机和
司控器需要根据所用车型提供，并安装到交流传动试验台中。为增加交流传动试验台对内燃机车、内燃动车组所用不同类型司控器(有级位8手柄、有级位12手柄、无级位)的兼容性，由指令输入控制器采集司控器硬件信号，并将硬件信号根据被测牵引电机安装的机车、动车组手柄位信号组合方式得到相应的运行工况、手柄级位和方向信号。由人机界面实现运行速度点的设置，指令输入控制器将检测到运行工况、方向信号、手柄级位信号以及以设定加速度或减速度为变化率的实时速度参考值，以通信方式实时发送给可调电源单元、被测牵引变流控制单元及陪试牵引变流控制单元，以保证交流传动试验台各个单元指令的同步性和一致性，可调电源单元接收到手柄级位、运行工况、速度信号指令，通过查找中间直流环节电压表，输出对应内燃机车、内燃动车组运行模式下，相应手柄级位和实时速度参考值对应的中间直流环节电压目标值，以提供陪试电机和被测电机工作所需中间直流环节电压。
66.需要特别指出的是，上述各个实施例中的各个组件或步骤均可以相互交叉、替换、增加、删减，因此，这些合理的排列组合变换形成的组合也应当属于本发明的保护范围，并且不应将本发明的保护范围局限在所述实施例之上。
67.以上是本发明公开的示例性实施例，上述本发明实施例公开的顺序仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。但是应当注意，以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明实施例公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子，在不背离权利要求限定的范围的前提下，可以进行多种改变和修改。根据这里描述的公开实施例的方法权利要求的功能、步骤和/或动作不需以任何特定顺序执行。此外，尽管本发明实施例公开的元素可以以个体形式描述或要求，但除非明确限制为单数，也可以理解为多个。
68.所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明实施例公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明实施例的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，并存在如上所述的本发明实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。因此，凡在本发明实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明实施例的保护范围之内。