本发明公开了一种逆变器能流循环试验装置,该装置由直流电源、被试逆变器、电感、电压传感器、电流传感器、PWM整流器和控制柜装配后实现逆变器检测功能。该装置的各柜均安装在地面上,被试逆变器安装在检测台上,电感安装在电感台上,PWM整流器部分的主电路通过铁架安装在变流柜内;被试逆变器的交流端与电感一端相连,变流器的直流端与输入直流电源的输出端相连;PWM整流器的交流端与电感另一端相连,PWM整流器的直流端与输入直流电源输出端相连;作为被测和负载的两个变流器直流侧彼此相连;输入直流电源的交流端接电源。该装置解决了变流器试验台负载耗电量大、噪音大、需要大功率直流电源等问题。
1.一种用于变流器检测的能流循环试验装置,其特征是:有直流电源(1)、 被试逆变器(2)、电感(3)、电压传感器、电流传感器、PWM整流器(4)和 控制柜,被试逆变器(2)安装在逆变器试验台(5)上,电感(3)安装在电感 台(6)上,PWM整流器(4)的主电路通过铁架安装在变流柜(7)内,直流 侧支撑电容和控制部分电路硬件也安装在变流柜中,被试逆变器(2)的交流端 与电感一端(10)相连,被试逆变器(2)的直流端与输入直流电源(1)的输 出端相连;PWM整流器(4)的交流端与电感另一端(11)相连,PWM整流器 (4)的直流端与输入直流电源(1)输出端相连;作为被测和负载的被试逆变 器(2)和PWM整流器(4)直流侧彼此相连;输入直流电源(1)的交流端接 电源, PWM整流器(4)位于负载侧,DC输出回供给被试逆变器,构成能流循 环系统,采用三相半桥结构主电路,IGBT反并联二极管, 变流柜(7)中安装了主电路电气开关、PWM整流器(4)主电路,IGBT驱 动电路和直流侧支撑电容,主电路电气开关是指直流电源三相A、B、C输入、 逆变器直流输入的断路器;PWM整流器(4)主电路采用三相半桥结构主电路, IGBT反并联二极管;六路IGBT驱动电路脉冲输出连接IGBT门极;PWM整流器 (4)直流输出连接直流侧支撑电容并连接到逆变器直流输入。
2.根据权利要求1所述的一种用于变流器检测的能流循环试验装置,其特 征是:逆变器试验台(5)、电感台(6)、变流柜(7)均安装在地面(9)上。
3.根据权利要求1所述的一种用于变流器检测的能流循环试验装置,其特 征是:所述的PWM整流器(4),安装在能流循环试验装置变流柜(7)中,由 铁架支撑,变流柜下面有滑轮(8)。 技术领域 本发明涉及一种逆变器能流循环试验装置,属于电力设备领域。 背景技术 逆变器通过电力电子器件的开关作用,可将直流电能转换为幅值、频率可 控的交流电能。目前,逆变器已经成为电力电子技术的重要组成部分,其应用 渗透到国民经济的各个领域。为了检修和测试逆变器的主电路及控制系统,需 要有容量相当的试验装置。 现有的试验装置有两种类型,一种是逆变器外接电抗器、电阻箱等负载; 另一种是逆变器外接电机等实际负载。前者无旋转部件,但通常外接负载恒定, 无法方便的调节逆变器的输出功率。后者可改变逆变器的输出功率,但装置中 部件较多,占地面积大,而且含旋转部件,运行时噪音大,更重要的是逆变器 输出的有功功率都消耗在负载上,长时间进行全功率实验会造成电能的巨大浪 费。 发明内容 本发明所要解决的技术问题是:利用PWM整流器作为逆变器的负载,将逆变 的交流电能整流成直流电能送回直流侧,组成能流循环试验装置,解决以往的 逆变器试验台耗电量大、噪音大和功率调节困难等问题。本发明提供一种逆变 器能流循环试验装置。 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种逆变器能流循环试验装 置,包括:试验逆变器台5、电感3、电压传感器、电流传感器、PWM整流器4和 控制柜,试验台部分由被试逆变器2、散热器、试验逆变器台5组成:电感部分 由电感台6、电感3、防尘罩13安装成; 交流电压传感器测量电感左侧10A、B、C三相对地的相电压;交流电流传 感器测量电感右侧11A、B、C三相电流;直流电压传感器测量直流侧12电压; 传感器的输出均连接到DSP全数字控制柜; 所述的PWM整流器4部分,安装在能流循环试验装置变流柜中,由铁架支 撑,变流柜下面有滑轮8; 被试逆变器2的交流端与电感一端10相连,被试逆变器2的直流端与输入 直流电源1的输出端相连;PWM整流器4的交流端与电感另一端11相连,PWM 整流器4的直流端与输入直流电源1输出端相连;作为被测和负载的被试逆变 器2和PWM整流器4直流侧彼此相连。 DSP全数字控制柜包含了控制板及其供电电源和接口电路,控制板是系统的 核心部分。控制板的DSP选择的是TMSLF2407A。控制板主要包括模拟量输入、 开关量输入、脉冲控制输出和指示灯输出等几个部分。模拟量输入通过运放如 LF253芯片将传感器输入调理为DSP单极性信号用于AD转换。PWM整流器采样 的信号依次为交流电源电压,直流电压,交流电流。开关量输入来自控制面板 上的旋转开关。“运行模式”开关用于在本机模式下的运行和停止控制。开关 量是通过光耦隔离输入的。脉冲控制输出包括三个脉冲信号和三个脉冲使能信 号。三个脉冲使能信号为高电平有效。指示灯可以通过闪烁比例显示故障类型。 控制系统示意图如图2所示。 被试逆变器的直流输入和PWM整流器的直流输出彼此相连,通过接触器与 直流电源接通。逆变器和整流器的交流侧之间通过电感连接。进行逆变器性能 测试时,被试逆变器及其控制系统正常工作,输出交流电压。PWM整流器根据 检测的逆变器电压和电感电流构成反馈控制系统,可在容量范围内任意调节电 感电流的大小,从而可对逆变器进行不同负载条件下的测试。对于多相逆变器, 各相电流可独立调节,因此还可模拟不平衡等故障情况。同时,PWM整流器将 交流电能整流成直流电能,送回逆变器直流侧,从而实现能量的循环流动。该 系统可进行逆变器的满容量测试,但由于实现了能流循环,消耗的能量仅为系 统中的电阻损耗,大量节约了电能。 本发明的有益效果如下: 1、被试逆变器和PWM整流器的直流输出彼此相连,采用能量互馈的 方式,使能量在两个变流机组内部流动,因此整个系统的能量消耗 仅仅是被试逆变器和PWM整流器的开关线路等损耗,能量利用率 得到大大提高;同时可以利用小功率等级的供电电源来试验大功率 等级的逆变器系统,而不需要对电源进行扩容改造。 2、被试逆变器与PWM整流器的硬件结构完全相同,仅需更换控制系 统即可采用两个被试逆变器构成本试验装置,成本低,易实现。 3、与逆变器接旋转电机负载试验台相比,本套试验台无旋转部件,大 大节省了占地面积,降低了噪音,改善了工作环境。 4、与逆变器外接电抗器、电阻箱等负载试验装置相比,克服了外接负 载恒定,无法方便的调节逆变器的输出功率,无法模拟逆变器负载 各类故障等问题。通过采用高性能的控制方式,能够真实准确地模 拟系统实际负载时的各种动静态特征。 附图说明 图1是用于逆变器能流循环试验装置的示意图。 图2是PWM整流器控制系统示意图。 图3是PWM整流器的控制框图。 图1中:直流电源1、被测逆变器2、电感3、PWM整流器4、逆变器试验 台5、电感台6、变流柜7、轮子8、地面9、电感左侧10、电感右侧11、直流 侧12。 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。 具体实施方式 实施例1:如图1所示, 本发明是通过能流循环原理来建立一种检测逆变器性能的试验装置。 采用被试逆变器与PWM整流器直流侧直接连接,交流侧通过电感连接的方 法:该装置由直流电源1、被试逆变器2、电感3、电压传感器、电流传感器、 PWM整流器4和控制柜装配后实现逆变器检测功能。该装置的逆变器试验台5、 电感台6、变流柜7均安装在地面9上,被试逆变器2安装在逆变器试验台5上, 电感3安装在电感台6上,PWM整流器4的主电路通过铁架安装在变流柜7 内,直流侧支撑电容和控制部分电路硬件也位于变流柜中。被试逆变器2的交 流端与电感一端10相连,被试逆变器2的直流端与输入直流电源1的输出端相 连;PWM整流器4的交流端与电感另一端11相连,PWM整流器4的直流端与 输入直流电源1输出端相连;作为被测和负载的被试逆变器2和PWM整流器4 直流侧彼此相连;输入直流电源1的交流端接电源。 PWM整流器4位于负载侧,容量与被试逆变器相同,DC输出回供给被试 逆变器,构成能流循环系统。 变流柜7中安装了主电路电气开关、PWM整流器4主电路,IGBT驱动电路和 直流侧支撑电容。其中PWM整流器IGBT驱动电路采用与被试逆变器IGBT驱动 电路如三菱M57962L模块完全相同的电路,不需重新设计。 上文所述的主电路电气开关是指直流电源三相A、B、C输入、逆变器直流 输入的断路器;如附图1所示,PWM整流器4主电路采用三相半桥结构主电路, IGBT反并联二极管;六路IGBT驱动电路脉冲输出连接IGBT门极;PWM整流器 4直流输出连接直流侧支撑电容并连接到逆变器直流输入。 DSP芯片控制PWM整流器4,与被试逆变器工作特性相匹配。在控制系统 中,通过检测逆变器输出电压和电感电流并进行适当控制来模拟IGBT逆变器的 负载,并实现能量循环利用。系统控制软件基于DSP2407采用C语言编制。本 装置因为有直流电源提供稳定直流电压,故PWM整流器控制主要包括交流电流 和脉宽调制的控制两个部分。 控制板主要包括模拟量输入、开关量输入、脉冲控制输出和指示灯输出等 几个部分。PWM整流器采样的信号依次为三相交流电源电压,直流电压,三相 交流电流。开关量输入来自控制面板上的旋转开关,通过光耦隔离输入。脉冲 控制输出包括三个脉冲信号和三个脉冲使能信号。三个脉冲使能信号为高电平 有效。指示灯可以通过闪烁比例显示故障类型。 本装置控制系统检测逆变器输出的交流电压,测量其幅值和相位,给定的 电感电流指令的相位滞后于逆变器输出电压1/4周期,即为感性无功电流。电流 幅值可根据需要任意调节。 本装置PWM整流器使用电流闭环控制,使得实际电感电流跟踪指令值,控 制原理框图见图3。 在这里对该PWM整流器采用的控制原理和控制方法作简要介绍。 下面列出PWM整流器在三相静止坐标系(a-b-c)下的数学模型表达式如下 v j = e j - ( L di j dt + Ri j ) ( j = a , b , c ) - - - ( 1 ) ]]>忽略R,对式(1)进行从t_k到t_k+1的一个控制周期平均,得到 v j AV = e j AV - 1 T s ∫ t k t k + 1 L di j dt dt = e j AV - L T s [ i j ( t k + 1 ) - i j ( t k ) ] ( j = a , b , c ) - - - ( 2 ) ]]>式中“AV”表示从t_k到t_k+1一个控制周期的平均值,T_s为控制周期,T_s=t_k+1-t_k。 根据电流控制的要求,交流电流应在一个PWM控制周期内跟踪上指令电流,即 在每个控制周期(t_k,t_k+1)内,电流控制满足 i j ( t k + 1 ) = i j * ( t k ) , ]]>则式(2)可写成 v j AV = e j AV - L T s [ i j * ( t k ) - i j ( t k ) ] ( j = a , b , c ) - - - ( 3 ) ]]>在三相静止坐标系下,将ntent="drawing" img-format="tif" wi="22"/>作为整流器桥臂中点电压指令信号ntent="drawing" img-format="tif" wi="21"/>从而达 到对交流电流量i_sj的控制。电流控制的控制方程如下 v j * = e j AV - L T s [ i j * ( t k ) - i j ( t k ) ] ( j = a , b , c ) - - - ( 4 ) ]]>指令电流ntent="drawing" img-format="tif" wi="35"/>的幅值由旋钮通过I/O输入给定;相位通过检测电网电压的相 位得到;实际交流电流值i_j(t_k)可以通过电流传感器检测得到;电网电压在开关 周期内的平均值ntent="drawing" img-format="tif" wi="22"/>可以通过电压传感器检测并计算得到。将这些值代入式(4) 计算得到整流器桥臂中点电压的指令信号ntent="drawing" img-format="tif" wi="22"/>通过正弦脉宽调制调制(SPWM)方 式生成实际v_j来跟踪ntent="drawing" img-format="tif" wi="21"/>就能使交流电流跟踪指令电流。 本装置PWM整流器采用的是正弦脉宽调制技术(SPWM)。载波采用频率为 f_c的三角波;三相电压信号,频率为f,对同一个三角载波进行调制。用三角波 与正弦参考波的交点控制开关管的通断,就可以得到一组脉冲宽度随正弦方式 变化的矩形脉冲波,其基波频率与f一致,而基波幅值正比于给定调制电压信号 幅值。 控制系统首先进行AD采样;接着完成对模拟采集量的计算、定标等处理; 状态检测中设置了过电流保护、过压/欠压保护、功率驱动保护和温度过热保护, 保证PWM整流器的正常工作,避免器件损坏。同步检测部分完成与电网或与外 部信号的同步;启动时,程序首先检查电网电压过零标志,当电网电压过零标 志置位且当前无故障状态,则整流器启动,开放PWM脉冲输出,执行预测电流 控制算法。停止时,程序闭锁PWM脉冲输出并清除电网电压过零标志。中断程 序最后完成采样数据保存、开关去抖和看门狗复位。 能流循环试验装置可满足针对被测逆变器的各种工作状态试验,可有效判 断各种故障状态。通过控制PWM整流器可制造逆变器各类故障,系统保护产生 及时,控制台故障指示灯明确,操作者极易观察并可迅速采取相应措施。