專利名稱：整流器試驗裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種整流器檢測技術(shù)，尤其涉及一種整流器試驗裝置及方法。
背景技術(shù)：
隨著電力電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，整流器作為供電裝置的重要部分廣泛地應(yīng)用于工 業(yè)的各個領(lǐng)域。大功率四象限整流器是一種常見的整流器，主要適用于大功率電力電子設(shè) 備領(lǐng)域。大功率四象限整流器的主要功能是將輸入的單相或者三相交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電 壓輸出，給用電設(shè)備供電。以機(jī)車供電技術(shù)為例，DC600V列車供電裝置、主變流器及輔助變流器等都是常用 的列車供電裝置。列車供電裝置及輔助變流器的功率一般為400 600kW，主變流器的功率 一般為1200 I600kw，大功率四象限整流器作為供電裝置的重要部分，其性能對供電裝置 的整體性能有很大的影響。因此為了保證大功率四象限整流器的性能和產(chǎn)品質(zhì)量，出廠前 需要進(jìn)行大量的性能試驗和滿負(fù)載試驗。現(xiàn)有技術(shù)的大功率四象限整流器生產(chǎn)試驗方法通 常為驅(qū)動用阻性負(fù)載來達(dá)到測試大功率四象限整流器性能和可靠性的目的。但是在實際試驗過程中，現(xiàn)有技術(shù)的大功率四象限整流器生產(chǎn)試驗方法存在以下 缺陷一、由于用阻性負(fù)載耗能，在試驗過程中，能量不僅全部消耗在用阻性負(fù)載上，而 且還要為用阻性負(fù)載提供冷卻系統(tǒng)以解決散熱問題，致使能源浪費(fèi)嚴(yán)重，試驗成本增加。二、需要電網(wǎng)的容量足夠大，對于一些中小企業(yè)，在電網(wǎng)容量有限的情況下，無法 對設(shè)備進(jìn)行滿負(fù)載試驗。三、需要大功率的變壓器作為交流電壓變換器，以DC600 V列車供電裝置試驗系統(tǒng) 為例，需要一臺工頻600kW變壓器，該變壓器的體積很大、成本也很高，致使試驗系統(tǒng)體積 龐大，占地面積大，試驗設(shè)備投入成本高。四、對于單相輸入大功率四象限整流器，當(dāng)使用三相電源中的一相為大功率四象 限整流器供電，將引起三相輸出不平衡，使電源系統(tǒng)跳間，試驗無法進(jìn)行。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種整流器試驗裝置及方法，以減少甚至避免整流器檢驗過程中的能 源浪費(fèi)，減少能源消耗。本發(fā)明提供一種整流器試驗裝置，包括變壓器，所述變壓器的輸出端與待試驗的 整流器的交流電壓輸入端連接，還包括負(fù)載模塊，所述負(fù)載模塊為逆變器，所述逆變器的直流電壓輸入端與所述待試驗 的整流器的直流電壓輸出端連接，所述逆變器的交流電壓輸出端與所述變壓器的輸出端并 聯(lián)至所述待試驗整流器的交流電壓輸入端。如上所述的整流器試驗裝置，所述待試驗的整流器的控制開關(guān)為全控型晶體管， 采用另一控制開關(guān)為全控型晶體管的整流器作為所述逆變器，用作負(fù)載，所述用作負(fù)載的整流器的直流電壓輸出端為所述逆變器的直流電壓輸入端，所述用作負(fù)載的整流器的交流 電壓輸入端為所述逆變器的交流電壓輸出端。如上所述的整流器試驗裝置，其中，所述逆變器還包括控制裝置，所述控制裝置包 括調(diào)整單元和脈沖信號生成單元；所述調(diào)整單元分別與所述逆變器的直流電壓輸入端和交流電壓輸出端連接，對輸 入電壓、輸出電壓和輸出電流進(jìn)行采樣，根據(jù)采樣結(jié)果及電流幅值參考單元產(chǎn)生的輸出電 流幅值預(yù)設(shè)值產(chǎn)生輸出電流控制信號，并將所述輸出電流控制信號發(fā)送給所述脈沖信號生 成單元；所述脈沖信號生成單元根據(jù)所述電流控制信號產(chǎn)生控制所述控制開關(guān)的控制信 號，以調(diào)整所述輸出電流的相位和幅值。如上所述的整流器試驗裝置，其中，所述待試驗的 整流器為單相整流器或三相整流器。本發(fā)明提供一種整流器試驗方法，采用本發(fā)明的整流器試驗裝置，包括啟動與變壓器連接的待試驗的整流器，將所述變壓器輸出的交流電壓轉(zhuǎn)換成直流 電壓輸出；啟動與所述待試驗的整流器相連的逆變器，調(diào)整所述逆變器的輸出電流，其中，所 述逆變器將所述直流電壓轉(zhuǎn)換成交流電壓并反饋至所述變壓器的輸出端，與所述變壓器的 輸出端并聯(lián)至所述待試驗整流器的交流電壓輸入端。如上所述的整流器試驗方法，所述啟動與所述待試驗的整流器相連的逆變器之前 包括監(jiān)測所述待試驗的整流器的輸出電壓，當(dāng)所述輸出電壓達(dá)到額定電壓時，觸發(fā)所述逆 變器的開啟。如上所述的整流器試驗方法，其中，所述逆變器為另一控制開關(guān)為全控型晶體管 的整流器，用作負(fù)載，其特征在于，所述調(diào)整所述逆變器的輸出電流包括對所述逆變器的輸入電壓、輸出電壓和輸出電流進(jìn)行采樣，根據(jù)采樣結(jié)果及輸出 電流幅值預(yù)設(shè)值，產(chǎn)生控制所述控制開關(guān)的控制信號，以調(diào)整所述逆變器的輸出電流的相 位和幅值。如上所述的整流器試驗方法，其中，調(diào)整所述逆變器的輸出電流的相位和幅值具 體為調(diào)整所述逆變器的輸出電流的相位與所述逆變器的輸出電壓的相位相反，調(diào)整所述 逆變器的輸出電流的幅值與所述輸出電流幅值預(yù)設(shè)值相等。由上述技術(shù)方案可知，本發(fā)明提供的整流器試驗裝置及方法，通過采用逆變器作 為試驗負(fù)載來測試待試驗的整流器的性能，將待試驗的整流器輸出的電能通過逆變器的轉(zhuǎn) 換后又反饋回待試驗的整流器的輸入端，對待試驗的整流器的試驗?zāi)芰窟M(jìn)行補(bǔ)充，減小了 對變壓器功率的需求，并能夠?qū)崿F(xiàn)滿負(fù)載試驗，減少甚至避免了整流器試驗過程中的能源 浪費(fèi)，不僅減少了能源消耗，也節(jié)省試驗成本。


圖1為本發(fā)明實施例一提供的整流器試驗裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明實施例二提供的一種整流試驗裝置的電路原理圖；圖3為本發(fā)明實施例三提供的另一種整流器試驗裝置的電路原理圖；圖4為本發(fā)明實施例四提供的整流器試驗方法的流程圖。
附圖標(biāo)記101-變壓器；102-待試驗的整流器；104-控制裝置；105-調(diào)整單元；D-二極管；L-電感；S-控制開關(guān)；C-電容；
103-逆變器；
106-脈沖信號生成單元；
107-電流幅值參考單元； Pl-第一控制信號；P2-第二控制信號；P3-第三控制信號； P4-第四控制信號。
具體實施例方式為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例， 對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。需要說明的是，在附圖或說明書中， 相似或相同的元件皆使用相同的附圖標(biāo)記。實施例一圖1為本發(fā)明實施例一提供的整流器試驗裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，整流器 試驗裝置包括變壓器101和負(fù)載模塊，變壓器101的輸出端與待試驗的整流器102的交流 電壓輸入端連接，負(fù)載模塊為逆變器103，逆變器103的直流電壓輸入端與待試驗的整流器 102的直流電壓輸出端連接，逆變器103的交流電壓輸出端與變壓器101的輸出端并聯(lián)至待 試驗的整流器102的交流電壓輸入端。在具體的試驗過程中，待試驗的整流器102把變壓器101輸出的交流電壓轉(zhuǎn)換成 直流電壓后輸出至逆變器103，逆變器103再將直流電壓轉(zhuǎn)換成交流電壓反饋到待試驗的 整流器102的交流電壓輸出入端。逆變器103既作為待試驗的整流器102的負(fù)載以測試待 試驗的整流器102的各項性能指標(biāo)，又將電能反饋到待試驗的整流器102的輸入端為其提 供能量。當(dāng)待試驗的整流器102為大功率的整流器時，如用于DC600V列車供電裝置試驗系 統(tǒng)的整流器，由于逆變器103對待試驗的整流器102的試驗所需能量的補(bǔ)償，試驗過程中可 以采用容量和體積均小的變壓器，相應(yīng)地也降低了對電網(wǎng)的容量要求，避免了在試驗過程 中的能源浪費(fèi)，減少了能源消耗，節(jié)省試驗成本。實施例二在本實施例中，整流器試驗裝置采用另一控制開關(guān)為全控型晶體管的整流器作為 逆變器，用作負(fù)載，用作負(fù)載的整流器的直流電壓輸出端為逆變器的直流電壓輸入端，用作 負(fù)載的整流器的交流電壓輸入端為逆變器的交流電壓輸出端。如果待試驗的整流器中的控 制開關(guān)為全控型晶體管，則可以將另一個待試驗的整流器作為逆變器作為待試驗的整流器 的負(fù)載以測試其性能，取材方便，也可以降低試驗設(shè)備成本。圖2為本發(fā)明實施例二提供的一種整流試驗裝置的電路原理圖，該整流試驗裝 置中的待試驗的整流器為單相大功率四象限整流器，但本發(fā)明并不限于此。如圖2所示， 待試驗的大功率四象限整流器采用了具有四個控制開關(guān)S的H橋結(jié)構(gòu)，每個控制開關(guān)S 反并聯(lián)一個二極管D，通?？刂崎_關(guān)S為絕緣柵雙極型晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor，簡稱為IGBT)，電感L主要用于儲能，整流橋主要用于對交流電壓進(jìn)行全波整 流，整流后的電壓再通過電容C濾波后輸出直流電壓。通過高頻脈沖信號來分別控制四個 控制開關(guān)S的導(dǎo)通或關(guān)斷，高頻脈沖信號一般為脈沖寬度調(diào)制(Pulse WidthModulation, 簡稱為PWM)信號，由控制信號產(chǎn)生模塊產(chǎn)生，控制信號產(chǎn)生模塊的主要控制核心具體可以為電機(jī)專用控制芯片DSPic30f6010A，通?？梢酝ㄟ^選擇不同的控制策略來合成PWM信號， 一般通過軟件實現(xiàn)。將該大功率四象限整流器的直流電壓輸出端作為直流電壓輸入端，交 流電壓輸入端作為交流電壓輸出端時，大功率四象限整流器就起到了逆變器的作用，即可 以將輸入的直流電壓轉(zhuǎn)換成交流電壓輸出。于是，可以采用另一個大功率四象限整流器作 為整流器試驗裝置的負(fù)載來測試待試驗的大功率四象限整流器的性能。在本實施例中，逆變器還可以包括控制裝置104，控制裝置104包括調(diào)整單元105 和脈沖信號生成單元106。通過調(diào)整單元105生成逆變器輸出電流控制信號，并將輸出電流 控制信號發(fā)送給脈沖生成單元106，脈沖生成單元106根據(jù)輸出電流控制信號產(chǎn)生第一控 制信號P1、第二控制信號P2、第三控制信號P3和第四控制信號P4分別來控制四個控制開 關(guān)S。調(diào)整單元105用于調(diào)整逆變器的輸出電流的相位和幅值。調(diào)整單元105可以分別與逆變器103的直流電壓輸入端和交流電壓輸出端連接， 對輸入電壓、輸出電壓和輸出電流進(jìn)行采樣，根據(jù)采樣結(jié)果及電流幅值參考單元107產(chǎn)生 的輸出電流幅值預(yù)設(shè)值產(chǎn)生逆變器輸出電流控制信號，脈沖生成單元106根據(jù)逆變器輸出 電流控制信號生成控制四個控制開關(guān)S的控制信號，即第一控制信號P1、第二控制信號P2、 第三控制信號P3和第四控制信號P4，以調(diào)整輸出電流的相位和幅值。調(diào)整單元105與電流 幅值參考單元107連接，電流幅值參考單元107產(chǎn)生輸出電流幅值預(yù)設(shè)值并發(fā)送給調(diào)整單 元105，以調(diào)整輸出電流的幅值。電流幅值參考單元107可以為具有電位器結(jié)構(gòu)的電流產(chǎn)生 裝置，通過電位器的阻值的改變，電流幅值參考單元107可以輸出一定范圍內(nèi)變化的輸出 電流幅值預(yù)設(shè)值。具體的，通過對逆變器的輸入電壓和輸出電壓進(jìn)行隔離變換、濾波和放大 處理后進(jìn)行采樣。對輸出電流進(jìn)行采樣，具體可以通過電流傳感器對輸出電流進(jìn)行檢測，對 檢測到的電流信號進(jìn)行采樣處理。優(yōu)選地，通過調(diào)整四個控制開關(guān)的工作狀態(tài)使輸出電流的相位與輸出電壓的相位 相反，即功率因數(shù)約為-1，逆變器輸出功率完全反饋到待試驗整流器的輸入端，電源輸入端 所提供的能量僅為整個試驗回路電氣、電子元件發(fā)熱及輔助用電所產(chǎn)生的損耗，有效地避 免了能源的浪費(fèi)?？梢詫⑤敵鲭娏鞯姆嫡{(diào)整為與輸出電流幅值預(yù)設(shè)值相等，即可以模擬 不同的負(fù)載下的待試驗的整流器102的性能。在本實施例中，待試驗的整流器102為單相整流器，實際應(yīng)用中也可以為三相整 流器，當(dāng)待試驗的整流器102為單相整流器時，相應(yīng)的作為負(fù)載的逆變器103也為單相逆變 器，變壓器101可以為單相變壓器，也可以使用三相變壓器中的一相作為能源的供給裝置。 當(dāng)待試驗的整流器102為三相整流器時，相應(yīng)的作為負(fù)載的逆變器103也為三相逆變器，變 壓器101為三相變壓器。實施例三圖3為本發(fā)明實施例三提供的另一種整流器試驗裝置的電路原理圖，該整流試驗 裝置中待試驗的整流器為三相大功率四象限整流器，但本發(fā)明并不以此為限。如圖3所示， 該整流器試驗裝置中變壓器101為三相變壓器，三相變壓器、待試驗的三相整流器和三相 逆變器之間的連接關(guān)系與圖2所示的實施例相似，此不再贅述。實施例四圖4為本發(fā)明實施例四提供的整流器試驗方法的流程圖，該方法可以利用本發(fā)明 任意實施例提供的整流器試驗裝置來實現(xiàn)，但并不限于此。如圖4所示，該整流器試驗方法包括步驟410、啟動與變壓器連接的待試驗的整流器，將變壓器輸出的交流電壓轉(zhuǎn)換成 直流電壓輸出；步驟420、啟動與待試驗的整流器相連的逆變器，調(diào)整逆變器的輸出電流，其中，逆 變器將直流電壓轉(zhuǎn)換成交流電壓并反饋至變壓器的輸出端，與變壓器的輸出端并聯(lián)至待試 驗整流器的交流電壓輸入端。該整流器試驗方法，通過將逆變器作為待試驗的整流器的負(fù)載來測試其性能，將 待試驗的整流器輸出的直流電壓又轉(zhuǎn)換成交流電壓反饋到待試驗的整流器的輸入端，為其 補(bǔ)充能量，以減少對變壓器容量以及電網(wǎng)容量的需求，減小了試驗系統(tǒng)的體積和占地面積。 且不需要添加散熱裝置，降低了設(shè)備成本。由于降低了對電網(wǎng)的要求，即使容量小的電網(wǎng)也 可以實現(xiàn)大容量的整流器的全負(fù)載試驗，進(jìn)一步提高了試驗效果。在本實施例中，啟動與待試驗的整流器相連的逆變器之前可以包括監(jiān)測待試驗 的整流器的輸出電壓，當(dāng)輸出電壓達(dá)到額定電壓時，觸發(fā)逆變器的開啟。當(dāng)待試驗的整流器 運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定后再啟動逆變器，可以對待試驗的整流器起到保護(hù)作用，也更有利于提高整流器 試驗裝置的試驗準(zhǔn)確性。在本實施例中，逆變器可以為另一控制開關(guān)為全控型晶體管的整流器，用作負(fù)載， 調(diào)整逆變器的輸出電流包括對逆變器的輸入電壓、輸出電壓和輸出電流進(jìn)行采樣，根據(jù)采 樣結(jié)果及輸出電流幅值預(yù)設(shè)值，產(chǎn)生控制控制開關(guān)的控制信號，以調(diào)整逆變器的輸出電流 的相位和幅值。具體的，可以將輸出電流的幅值調(diào)整為與輸出電流幅值預(yù)設(shè)值相等，通過對 逆變器的輸出電流幅值的調(diào)整來模擬不同負(fù)載情況下待試驗的整流器的性能測試，改善試 驗效果。通過對逆變器的輸出電流的相位的調(diào)整，可以調(diào)整逆變器的輸出功率因數(shù)，減少無 功功率，提高能量的利用率。優(yōu)選的，調(diào)整逆變器的輸出電流的相位具體為調(diào)整逆變器的輸 出電流的相位與逆變器的輸出電壓的相位相反。當(dāng)逆變器輸出電流的相位和輸出電壓的相 位相反時，功率因數(shù)約為-1，逆變器輸出功率完全反饋到待試驗整流器的輸入端，電源輸入 端所提供的能量僅為整個試驗回路電氣、電子元件發(fā)熱及輔助用電所產(chǎn)生的損耗，有效減 少能源浪費(fèi)。本發(fā)明提供的整流器試驗裝置及方法，通過將逆變器代替用阻性負(fù)載作為待測試 的整流器的負(fù)載來測試待試驗的整流器的各項性能，待試驗的整流器輸出的直流電壓通過 逆變器的轉(zhuǎn)換后反饋到待試驗的整流器的輸入端作為能量補(bǔ)給，減小了對變壓器容量的需 求，且不需增設(shè)散熱裝置，減小了試驗系統(tǒng)的體積和占地面積，也進(jìn)一步節(jié)約了試驗設(shè)備的 成本。相應(yīng)地對電網(wǎng)的需求也減小，即使很小容量的電網(wǎng)也可以作為大功率整流器的能量 供給以實現(xiàn)全負(fù)載試驗，提高了試驗的效果。最后應(yīng)說明的是以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡 管參照前述實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解其依然 可以對前述實施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換； 而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的精神和 范圍。
權(quán)利要求
1.一種整流器試驗裝置，包括變壓器，所述變壓器的輸出端與待試驗的整流器的交流 電壓輸入端連接，其特征在于，還包括負(fù)載模塊，所述負(fù)載模塊為逆變器，所述逆變器的直流電壓輸入端與所述待試驗的整 流器的直流電壓輸出端連接，所述逆變器的交流電壓輸出端與所述變壓器的輸出端并聯(lián)至 所述待試驗整流器的交流電壓輸入端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的整流器試驗裝置，所述待試驗的整流器的控制開關(guān)為全控型 晶體管，其特征在于采用另一控制開關(guān)為全控型晶體管的整流器作為所述逆變器，用作負(fù)載，所述用作負(fù) 載的整流器的直流電壓輸出端為所述逆變器的直流電壓輸入端，所述用作負(fù)載的整流器的 交流電壓輸入端為所述逆變器的交流電壓輸出端。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的整流器試驗裝置，其特征在于所述逆變器還包括控制裝置，所述控制裝置包括調(diào)整單元和脈沖信號生成單元；所述調(diào)整單元分別與所述逆變器的直流電壓輸入端和交流電壓輸出端連接，對輸入電 壓、輸出電壓和輸出電流進(jìn)行采樣，根據(jù)采樣結(jié)果及電流幅值參考單元產(chǎn)生的輸出電流幅 值預(yù)設(shè)值產(chǎn)生輸出電流控制信號，并將所述輸出電流控制信號發(fā)送給所述脈沖信號生成單 元；所述脈沖信號生成單元根據(jù)所述電流控制信號產(chǎn)生控制所述控制開關(guān)的控制信號，以 調(diào)整所述輸出電流的相位和幅值。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的整流器試驗裝置，其特征在于所述待試驗的整流器為 單相整流器或三相整流器。
5.一種整流器試驗方法，其特征在于，使用權(quán)利要求1所述的整流器試驗裝置，所述整 流器試驗方法包括啟動與變壓器連接的待試驗的整流器，將所述變壓器輸出的交流電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓 輸出；啟動與所述待試驗的整流器相連的逆變器，調(diào)整所述逆變器的輸出電流，其中，所述逆 變器將所述直流電壓轉(zhuǎn)換成交流電壓并反饋至所述變壓器的輸出端，與所述變壓器的輸出 端并聯(lián)至所述待試驗整流器的交流電壓輸入端。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的整流器試驗方法，其特征在于，所述啟動與所述待試驗的整 流器相連的逆變器之前包括監(jiān)測所述待試驗的整流器的輸出電壓，當(dāng)所述輸出電壓達(dá)到 額定電壓時，觸發(fā)所述逆變器的開啟。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的整流器試驗方法，所述逆變器為另一控制開關(guān)為全控型晶體 管的整流器，用作負(fù)載，其特征在于，所述調(diào)整所述逆變器的輸出電流包括對所述逆變器的輸入電壓、輸出電壓和輸出電流進(jìn)行采樣，根據(jù)采樣結(jié)果及輸出電流 幅值預(yù)設(shè)值，產(chǎn)生控制所述控制開關(guān)的控制信號，以調(diào)整所述逆變器的輸出電流的相位和 幅值。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的整流器試驗方法，其特征在于，調(diào)整所述逆變器的輸出電流 的相位和幅值具體為調(diào)整所述逆變器的輸出電流的相位與所述逆變器的輸出電壓的相位 相反，調(diào)整所述逆變器的輸出電流的幅值與所述輸出電流幅值預(yù)設(shè)值相等。
全文摘要
本發(fā)明一種整流器試驗裝置及方法，該整流器試驗裝置包括變壓器和負(fù)載模塊，變壓器的輸出端與待試驗的整流器的交流電壓輸入端連接，負(fù)載模塊為逆變器，逆變器的直流電壓輸入端與待試驗的整流器的直流電壓輸出端連接，逆變器的交流電壓輸出端與變壓器的輸出端并聯(lián)至待試驗整流器的交流電壓輸入端。該整流器試驗方法包括啟動與變壓器連接的待試驗的整流器，將變壓器輸出的交流電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓輸出；啟動與待試驗的整流器相連的逆變器，調(diào)整逆變器的輸出電流。本發(fā)明提供的整流器試驗裝置及方法可以降低對變壓器及電網(wǎng)容量的需求，降低能源浪費(fèi)，節(jié)省試驗成本。
文檔編號G01R31/40GK102116850SQ201010601520
公開日2011年7月6日 申請日期2010年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月9日
發(fā)明者蔡志偉 申請人:中國北車集團(tuán)大連機(jī)車車輛有限公司