一种交直流产品的大功率测试装置的制作方法

1.本发明涉及大功率实验室主功率电气设计，尤其涉及一种交直流产品的大功率测试装置。


背景技术：

2.目前，现有技术中的大功率实验室主功率电气测试产品包括dc-dc类产品、纯储能并网类产品、氢燃料并网类产品、机车牵引控制器类产品和电解控制器类产品等。其中并网类产品测试主功率电气拓扑包括开关类器件、保险类器件、电网、变压器、交流电源、交流待测试设备（dut）和交流负载，测试交流并网类产品；在直流类产品测试主功率电气拓扑中包括开关类器件、保险类器件、电网、变压器、直流类电源、直流待测试设备(dut)和直流负载。直流类产品测试主功率电气运行时，电能从电网经隔离变压器传输到直流电源，在经过整流传输直流电到待测试设备（dut），最后再由直流负载模拟真实运行环境；对于交流类产品测试，需要跟换成另外一组具有交流电源和的电气设备，从而验证待测试设备（dut）产品稳定性。
3.由于大功率实验室主功率电气的测试产品，不仅dc/dc转换器，还包括dc/ac逆变器、ac/dc的整流器和ac并网类等产品。对于不同的待测试设备（dut）产品，需要在不同的测试条件下运行，因此具有将不同的待测试设备（dut）连接在不同的电源和负载的电气设备更换、调试和运行的问题。同时，由于缺少不间断电源（ups）来模拟电网波动，导致不能测试产品极限运行的稳定性的问题；由于大功率的电气设备体积大和重量也大，在更换匹配的电气设备的时候空间的限制导致了搬运的困难，大功率设备也具有噪音大、热量大、电磁干扰大和风险大等问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于，提供一种交直流产品的大功率测试装置，以模拟待测试设备（dut）的真实运行环境，并且使输出的电能回到输入端电源，以使待测试设备（dut）在真实运行时保证稳定运行并减少电能损耗，提高了测试效率和稳定性并减少能源损耗。
5.为达到上述目的，本发明提供一种交直流产品的大功率测试装置，其中，包括有待测试设备进行电连接的测试电路，所述测试电路包括供电模块、变压器模块、测试电源模块，所述变压器的原边端电连接供电模块，所述变压器模块的副边端电连接所述测试电源模块的输入端，所述测试电源模块的输出端电连接所述待测试设备的输入端，所述待测试设备的输出端与所述测试电源模块的输入端之间设有馈电模块。
6.进一步的，所述供电模块包括电压波动模拟模块，所述电压波动模拟模块包括并联连接的第一开关组以及不间断电源ups，所述电压波动模拟模块的输入端电连接电网电压，所述电压波动模拟模块的输出端电连接所述变压器模块的原边端。
7.进一步的，所述电网与所述电压波动模拟模块之间设有保险器件f1。
8.进一步的，所述测试电源模块包括电源组模块以及选择电源的第二开关组，所述
电源模块的输入端电连接所述变压器模块的副边，所述电源组模块的输出端电连接所述第二开关组，所述第二开关组的另一端电连接待测试设备的输入端，所述电源组模块包括并联连接的直流电源和第四开关组。
9.进一步的，所述电源组模块与所述第二开关组之间设有保险器件f2。
10.进一步的，所述馈电模块包括负载组模块以及选择负载的第三开关组件，所述负载组模块的输出端电连接所述电源组模块的输入端，所述负载组的输入端电连接所述第三开关组，所述第三开关组的另一端电连接待测试设备的输出端，所述负载组模块包括并连连接的交流负载和直流负载。
11.进一步的，所述负载组模块与所述第三开关组之间设有保险器件f3。
12.进一步的，包括电器设备区域、开关电气柜区域，以及待测试设备区域，所述不间断电源ups、所述变压器模块、所述直流电源、所述直流负载、所述交流负载以及电网引入端安装于所述电气设备区域，所述保险器件、第一开关组、第二开关组、第三开关组、第四开关组设置于所述开关电器柜区域，所述待测试设备放置于所述待测试设备区域。
13.进一步的，所述电气设备区域设有用于安装的金属固定装置，所述金属固定装置为金属板或者金属网孔板，所述金属固定装置按6个方向铺设。
14.进一步的，所述电气设备区域的底部设有进风口，所述电气设备区域的上部设有散热出风口，所述进风口和所述出风口流体连通。
15.进一步的，所述待测试设备区域设有风冷装置和/或水冷装置。
16.进一步的，还包括测试仪器模块，所述测试仪模块包括测试仪电源，所述测试仪器电源与电网之间设有隔离变压器，所述隔离变压器的原边端电连接电网端，所述隔离变压器的副边端电连接测试仪电源。
17.进一步的，还包括噪音防护模块、风险防护模块，所述风险防护模块包括电气绝缘隔离和物理打击隔离。
18.与现有技术相比，使输出的电能回到输入端电源，以使待测试设备（dut）适应不同类型产品的测试，减少测试设备的种类，可以在真实运行时保证稳定运行并减少电能损耗，提高了测试效率和稳定性并减少能源损耗。即设计匹配的交直流互馈设备，实现能量的无损流动。
19.通过电网输出端并联了不间断电源（ups），对ups参数的调整进行模拟电网的波动，使待测试设备（dut）在极限坏境下运行的稳定性。其次，在电气设备区域的变压器模块和待测试设备（dut）输入端口之间并联并网开关组第四开关组和直流电源，实现输入端交流与直流之间的切换，无需匹配待测试设备（dut）输入端二次安装调试；以及待测试设备（dut）输出端口并联交流负载和直流负载，实现输出端的交流与直流之间的切换，无需匹配待测试设备（dut）模拟的输出进行二次安装调试，大大提高了测试的效率。在并联的交流与直流的负载端口接入变压器与交流电源/直流电源直接的节点，使电路主要传输电能循环，实现了测试实验室的节能。
20.根据电磁干扰大的电网、不间断电源（ups）、变压器、直流电源、并联的交流负载和直流负载的电气设备，在电气设备区域模块6个方向铺设金属板或者金属网孔板实现电磁屏蔽，减少电磁干扰并减少了主要的噪音；同时把交流和直流电气设备整合到一个模块内减小了产品的体积；根据电气设备区域风冷散热从设备下部进风，上部出风散热；待测试设
备（dut）的散热采用风冷和水冷两种方式，控制了本发明的散热；通过隔离变压器的电气绝缘隔离和物理打击隔离设计，减小了本发明的风险。
附图说明
21.图1是本发明交直流产品的大功率测试装置的实施例的测试电路的电路原理图；图2是本发明交直流产品的大功率测试装置的实施例的测试电路的设计分区域模块图；图3是交流并网类产品测试电路运行示意图；图4是直流类产品测试电路运行示意图；图中所示：201、电气设备区域，202、开关电气柜，203、待测试设备（dut）区域，210、电网，211、保险器件f1，212、第一开关组k1，213、不间断电源（ups），214、变压器t1，215、直流电源，216、第四开关组k4，217、保险器件f2，218、第二开关组k2, 219、待测试设备（dut），220、第三开关组k3，221、保险器件f3，222、交流负载，223、直流负载，224、变压器t2，225、测试仪器电源。
具体实施方式
22.以下结合附图和具体实施例对本发明提出的功率实验室主功率电气设计进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图采用部分模块简化的电路图形式且使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
23.实施例：一种交直流产品的大功率测试装置，其中，包括有待测试设备5进行电连接的测试电路，所述测试电路包括供电模块1、变压器模块2、测试电源模块3，所述变压器模块2的原边端电连接供电模块1，所述变压器模块2的副边端电连接所述测试电源模块3的输入端，所述测试电源模块3的输出端电连接所述待测试设备5的输入端，所述待测试设备5的输出端与所述测试电源模块3的输入端之间设有馈电模块4。所述供电模块1包括电压波动模拟模块，所述电压波动模拟模块包括并联连接的第一开关组212以及不间断电源ups213，所述电压波动模拟模块的输入端电连接电网电压210，所述电压波动模拟模块的输出端电连接所述变压器模块2的原边端。
24.进一步，所述电网与所述电压波动模拟模块之间设有保险器件f1211。保险器件为设置各线路上的保险管，当然也可以使其他保险器件。
25.在本实施例中，所述测试电源模块3包括电源组模块以及选择电源的第二开关组，所述电源模块的输入端电连接所述变压器模块的副边，所述电源组模块的输出端电连接所述第二开关组，所述第二开关组的另一端电连接待测试设备的输入端，所述电源组模块包括并联连接的直流电源和第四开关组。进一步的，所述电源组模块与所述第二开关组之间设有保险器件f2。
26.在本实施例中，所述馈电模块4包括负载组模块以及选择负载的第三开关组件，所述负载组模块的输出端电连接所述电源组模块的输入端，所述负载组的输入端电连接所述
第三开关组，所述第三开关组的另一端电连接待测试设备的输出端，所述负载组模块包括并连连接的交流负载和直流负载。进一步的，所述负载组模块与所述第三开关组之间设有保险器件f3。
27.在本实施例中，测试装置包括电器设备区域、开关电气柜区域，以及待测试设备区域，所述不间断电源ups、所述变压器模块、所述直流电源、所述直流负载、所述交流负载以及电网引入端安装于所述电气设备区域，所述保险器件、第一开关组、第二开关组、第三开关组、第四开关组设置于所述开关电器柜区域，所述待测试设备放置于所述待测试设备区域。具体的，所述电气设备区域设有用于安装的金属固定装置，所述金属固定装置为金属板或者金属网孔板，所述金属固定装置按6个方向铺设。所述电气设备区域的底部设有进风口，所述电气设备区域的上部设有散热出风口，所述进风口和所述出风口流体连通。所述待测试设备区域设有风冷装置和/或水冷装置。还包括测试仪器模块，所述测试仪器模块与电网之间设有隔离变压器，所述隔离变压器的原边端电连接电网端，所述隔离变压器的副边端电连接测试仪模块。还包括噪音防护模块、风险防护模块，所述风险防护模块包括电气绝缘隔离和物理打击隔离。
28.具体的，如图1所示，测试装置包括测试电路，其中包括电网210、f1保险器件211、k1开关组212、不间断电源（ups）213、t1变压器214、直流电源（包含过滤器）215、k4开关组216、f2保险器件217、k2开关组218、待测试设备（dut）219、k3开关组220、f3保险器件221、交流负载（包含过滤器）222、直流负载（包含过滤器）223、t2变压器224、测试仪器电源225。
29.其中电网210、f1保险器件211、k1开关组212、t1变压器214、k2开关组216、f2保险器件217、k2开关组218、待测试设备（dut）219、k3开关组220、f3保险器件221、交流负载（包含过滤器）222依次串联在一起；所述交流负载（包含过滤器）222连接t1变压器214于k2开关组216串联的节点行成回路；所述测试仪器电源225通过t2变压器224与电网串联。所述不间断电源（ups）213与k1开关组212并联；所述直流电源（包含过滤器）215与k4开关组216并联；所述交流负载（包含过滤器）222与直流负载（包含过滤器）223并联。
30.具体的如图2所示，设备区域被分为三个区域：电气设备区域201、开关电气柜区域202、待测试设备（dut）区域203。所述电气设备区域201通过6个方向铺设金属板或者金属网孔板包含了电网210、不间断电源（ups）213、t1变压器214、直流电源（包含过滤器）215、交流负载（包含过滤器）222、直流负载（包含过滤器）223、t2变压器224、测试仪器电源225。所述开关电气柜202区域包括了f1保险器件211、k1开关组212、k4开关组216、f2保险器件217、k2开关组218、k3开关组220、f3保险器件221。所述待测试设备（dut）区域203包含了待测试设备（dut）219。
31.如图1所示，其中电网210电压为380v的交流电，f1保险器件211为电网端保险，额定电压为690vac，额定电流2ka；k1开关组212为负荷隔离开关，额定电压/电流建议为690vac/500a；不间断电源（ups）213模拟电网的波动测试产品的极限运行情况，选用500kw/380vac，可支撑30%的电压波动范围；t1变压器214起原副边隔离的作用，采用630kw@380vac线电压隔离传输电网电能；直流电源（包含过滤器）215整流变压器输出的交流电为直流电，采用功率》=500kw，电流》=1.5ka，电压》=1.5kv；k4开关组216为能量回馈式负荷开关控制变压器直接输出交流电传输给待测试设备（dut）输入端，电压》=1kvac（1.5kvdc），电流》=2ka；f2保险器件217为dut输入保险，电压：》=1kvac（1.5kvdc），电流》=2ka；k2开关组218为能量
回馈式负荷开关控制dut输入开通或关断，电压》=1kvac（1.5kvdc），电流》=2ka；待测试设备（dut）219所述产品包括但不限于dc-dc类产品、纯储能并网类产品、氢燃料并网类产品、机车牵引控制器类产品和电解控制器类产品等；k3开关组220为能量回馈式负荷开关控制dut输出开通或关断，电压》=1kvac（1.5kvdc），电流》=2ka；f3保险器件221为dut输出保险，电压：》=1kvac（1.5kvdc），电流》=2ka；交流负载（包含过滤器）222提供模拟的交流输出并将电能反馈到输入端，采用功率》=500kw，电流》=1ka，电压》=800vac；直流负载（包含过滤器）223提供模拟的交流输出并将电能反馈到输入端，采用功率》=500kw，电流》=1.5ka，电压》=1.5kv；t2变压器224提供给测试仪器电源225从电网隔离的电能；测试仪器电源225为测试仪器供电。
32.本实施例的测试电路200运行原理如下：1）电网210通过f1保险器件211传输电能到k1开关组212或者不间断电源（ups）213来调节交流电的范围模拟电网的波动对t1变压器214传输交流电能；2）t1变压器214从电网210隔离出来的电能通过k4开关组216的控制输出交流电，或者k4开关组216关断通过直流电源（包含过滤器）215输出直流电，经过f2保险器件217对电路保护和k2开关组218对dut的输入控制，从而传输电能到待测试设备（dut）219交流或者直流电；3）待测试设备（dut）219输出的电能经过k3开关组220对待测试设备（dut）219的输出控制，再经f3保险器件221对电路保护，从而传输给交流负载（包含过滤器）222或并联的直流负载（包含过滤器）223以交流电或者直流电；4）再由交流负载（包含过滤器）222与直流负载（包含过滤器）223并联的输出端连接到t1变压器214与直流电源（包含过滤器）215和k4开关组216并联的输入端之间的节点中，交流负载（包含过滤器）222或直流负载（包含过滤器）223输出的电能回到了直流电源（包含过滤器）215或k4开关组216控制交流电的电源端，最终只需要电网210通过t1变压器214传输上述各个部件的传输损耗，达到节能的目的。
33.5）其中可通过对待测试设备（dut）219匹配，来选择输入输出的交流/直流的模式来运行，并且通过先前不间断电源（ups）213的调节测试极限运行的状况。
34.6）电网210还通过t2变压器224将电能传输给测试仪器电源225，并与电网210电气隔离。
35.具体在运行时，根据待测试设备（dut）219运行所需的输入输出情况，通过k4开关组216开通匹配输入交流电或者关断匹配并联的直流电源（包含过滤器）215输出直流电，并且在输出端通过交流负载（包含过滤器）222和并联的直流负载（包含过滤器）223来匹配输出端的交流或者直流的待测试设备（dut）219，无需根据待测试设备的类型进行电气设备的二次安装调试，提高了实验室测试的效率。其次本发明还可以通过不间断电源（ups）213对真实的电网波动进行模拟，模拟待测试设备（dut）219在模拟的波动范围内极限的运行状况，确保了待测试设备（dut）的稳定性。特别是本发明能够将交流负载（包含过滤器）222与直流负载（包含过滤器）223并联的输出端连接到直流和交流电源的输入端，实现了主要电能传输的循环，大大减少了大功率实验室的功率损耗，实现节能的主要目的。本发明大功率实验室主功率电气设计能作为包括但不限于dc-dc类产品、纯储能并网类产品、氢燃料并网类产品、机车牵引控制器类产品和电解控制器类产品等的大功率测试平台。
36.将测试装置设计分为三个模块区域。其中电气设备区域201将现有技术多个大体积和大重量的电气设备平台合成为一个整体，将参考图3和4的直流类产品和交流并网类产品整合为一个电气拓扑和一个区域内提高空间利用率，便于优化散热、噪音、电磁干扰和风险防护的模块化设计。
37.本实施例中的测试装置的散热设计为发热严重的电气设备放置在一个区域，在地面留有足够1m可以操作的厚度空间，在后续安装设备之前对地面进行开槽，以便功率线布局和散热进风，顶部至少留1.5m空间，使用风冷散热从设备下部进风，上部出风散热；待测试设备（dut）的散热采用风冷和水冷两种方式，产品散热功耗约为20kw（以500kw功率/96%效率计算），其中风冷散热系统，以散热风机和大功率制冷设备相互配合，以管道方式把冷风导入待测试设备（dut）区域203，然后把热风导出待测试设备（dut）区域203。
38.本实例中的测试设备的噪音防护中，其屏蔽要求为：除开产品外,实验室其它所有设备在环温为55℃下全功率运行，在开关电气柜区域202和待测试设备（dut）区域203的检测到的噪音不超出60db。
39.将电气设备模块6个方向铺设金属板或者金属网孔板，就可以实现电磁屏蔽电磁辐射的屏蔽频率范围为：9khz-2.5ghz，在待测试设备（dut）区域203检测的辐射强度不超出20db。
40.另外，风险防护设计具有电气绝缘隔离和物理打击隔离功能：实验室场地的选择需要远离易燃易爆之物；阻燃的建设材料；惰性气体为主要灭火设备；水冷散热系统的水管需从地下布局，且与电气设备有较大物料隔离。
41.与现有技术相比，使输出的电能回到输入端电源，以使待测试设备（dut）适应不同类型产品的测试，减少测试设备的种类，可以在真实运行时保证稳定运行并减少电能损耗，提高了测试效率和稳定性并减少能源损耗。即设计匹配的交直流互馈设备，实现能量的无损流动。
42.通过电网输出端并联了不间断电源（ups），对ups参数的调整进行模拟电网的波动，使待测试设备（dut）在极限坏境下运行的稳定性。其次，在电气设备区域的变压器模块和待测试设备（dut）输入端口之间并联并网开关组第四开关组和直流电源，实现输入端交流与直流之间的切换，无需匹配待测试设备（dut）输入端二次安装调试；以及待测试设备（dut）输出端口并联交流负载和直流负载，实现输出端的交流与直流之间的切换，无需匹配待测试设备（dut）模拟的输出进行二次安装调试，大大提高了测试的效率。在并联的交流与直流的负载端口接入变压器与交流电源/直流电源直接的节点，使电路主要传输电能循环，实现了测试实验室的节能。
43.根据电磁干扰大的电网、不间断电源（ups）、变压器、直流电源、并联的交流负载和直流负载的电气设备，在电气设备区域模块6个方向铺设金属板或者金属网孔板实现电磁屏蔽，减少电磁干扰并减少了主要的噪音；同时把交流和直流电气设备整合到一个模块内减小了产品的体积；根据电气设备区域风冷散热从设备下部进风，上部出风散热；待测试设备（dut）的散热采用风冷和水冷两种方式，控制了本发明的散热；通过隔离变压器的电气绝缘隔离和物理打击隔离设计，减小了本发明的风险。
44.上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于本发明权利要求书
的保护范围。