專利名稱：級聯式高壓變頻器功率單元設計的驗證裝置和方法
技術領域：
本發(fā)明應用于工業(yè)電氣傳動領域，涉及對級聯式高壓變頻器用功率單元設計的驗證裝置和方法。
背景技術：
對級聯式高壓變頻器功率單元設計的驗證，現有技術中通常采用LR串聯負載的試驗方法。這種現有技術的優(yōu)點是結構簡單，價格便宜。缺點是無法對功率單元的設計進行有效的驗證，這主要有以下幾個方面的原因。
I.為功率單元提供的負載為LR串聯負載，功率單元的輸出功率因數低，無法模擬變頻器帶實際電機負載運行的效果。功率因數低會導致功率單元中的IGBT開關損耗減小、直流母線電壓波動小，輸出有功電流小，各種試驗都無法較好達到驗證設計的目的；2.如果將LR串聯負載中的R部分增大L部分減小，以期增大功率因數，則會耗費大量電能，耗費的電能在電阻上變成熱能浪費掉，既不經濟又不環(huán)保；3.對功率單元的冷卻與產品實際使用時的狀況差距較大，無法很好模擬產品使用時的情況，驗證的意義不大。本發(fā)明的目的在于提供一種級聯式高壓變頻器功率單元設計的驗證裝置和方法，盡可能真實地模擬級聯式高壓變頻器功率單元在實際應用時的工作狀況，以較簡單的結構達到精確驗證單元設計的目的，而且節(jié)省電能。
發(fā)明內容
本發(fā)明的技術方案包括四個部分，第一部分是電源系統(tǒng)；第二部分是風機流量控制系統(tǒng)；第三部分是單元重構系統(tǒng)；第四部分是電機機組及四象限能量回饋系統(tǒng)。電源系統(tǒng)給重構后的單元供電，重構后的單元作為一個三電平變頻器拖動第I三相異步電機(Ml)運行，第2三相異步電動機(M2)與第I三相異步電機(Ml)同軸，四象限能量回饋裝置以轉矩或轉速控制模式控制第2三相異步電動機(M2)工作在發(fā)電狀態(tài)，即第2三相異步電動機(M2)的電磁轉矩與轉速方向相反，達到加載的目的，同時四象限能量回饋裝置將發(fā)出的電能回饋到電網，供其他設備使用，達到節(jié)能的目的。由于四象限能量回饋裝置可以控制第2三相異步電動機(M2)恒轉矩運行或者恒速度運行，轉矩或速度的大小可以通過四象限能量回饋裝置自由設定，從而達到自由調節(jié)異步電機Ml的負載大小，實際上等同于調節(jié)被驗證單元負載的大小，可以以不同的負載對功率單元進行驗證。功率單元中功率器件產生的熱量由風機流量控制系統(tǒng)采用強迫風冷散熱的方式冷卻，風機流量控制系統(tǒng)可以采用低壓變頻調速器和流量傳感器，由變頻調速器自帶的PID控制和流量傳感器一起構成恒流量強迫風冷控制系統(tǒng)，這樣流量大小可以自由設定，從而精確模擬功率單元在高壓變頻器中真實的冷卻狀態(tài)。
圖I是高壓變頻器用功率單元設計的驗證裝置的說明框圖。
具體實施例方式本發(fā)明的實施方式如圖I所示由四部分構成。第一部分是電源系統(tǒng)I ;第二部分是風機流量控制系統(tǒng)4 ;第三部分是單元重構系統(tǒng)2 ;第四部分是電機機組及四象限能量回饋系統(tǒng)3。單元重構系統(tǒng)2由三個功率單元構成Y (星形)連接，重構成一個三電平變頻器。電源系統(tǒng)I給功率單元供電，使重構后的單元作為一個三電平變頻器拖動第I三相異步電機(Ml)運行，第2三相異步電動機(M2)與第I三相異步電機(Ml)同軸，四象限能量回饋裝置以轉矩或轉速控制模式控制第2三相異步電動機(M2)工作在發(fā)電狀態(tài)，即第2三相異步電動機(M2)的電磁轉矩與轉速方向相反，達到加載的目的，同時四象限能量回饋裝置將發(fā)出的電能回饋到電網，供其他設備使用，達到節(jié)能的目的。由于試驗驗證時同時對三個單 元進行驗證，具有普遍性。四象限能量回饋裝置控制第2三相異步電動機(M2)恒轉矩運行或者恒速度運行，轉矩或速度的大小可以通過四象限能量回饋裝置自由設定，從而達到自由調節(jié)第I三相異步電機(Ml)的負載大小，實際上等同于調節(jié)被驗證單元負載的大小，以不同的負載對功率單元進行驗證。功率單元中功率器件產生的熱量由風機流量控制系統(tǒng)2采用強迫風冷散熱的方式冷卻，風機流量控制系統(tǒng)2采用低壓變頻調速器和流量傳感器，由變頻調速器自帶的PID控制和流量傳感器一起構成恒流量強迫風冷控制系統(tǒng)，這樣流量大小可以自由設定，從而精確模擬功率單元在高壓變頻器中真實的冷卻狀態(tài)。在圖I的實施方式中，電源系統(tǒng)I采用移相變壓器，原邊與電網直接相連，副邊三套三相對稱繞組分別與被測試的三個功率單元相連，每套繞組移相60°，因而能夠減小網側諧波含量，降低對電網的影響。如果功率單元的額定輸出電壓為Un，額定電流為In，則重構成的三電平變頻器的額定輸出電壓為V 3 (根號3,以下同)Un,額定輸出電流為In,第I三相異步電機(Ml)米用額定電壓為V 3UN，額定電流為In的電機，與功率單元保持匹配。四象限能量回饋裝置可以是但不限于北京合康億盛變頻科技股份有限公司生產的帶能量回饋的高壓變頻器。由于整個驗證裝置可以精確控制冷卻風機的流量，因此可以精確模擬實際高壓變頻器的工況，同時由于被測試功率單元的負載是三相異步電機，使得被測試單元的功率因數非常接近實際高壓變頻器的工作狀況，因此本發(fā)明方案具有用低壓小功率運行精確模擬高壓大功率變頻器單元實際工況的效果，能夠充分驗證級聯式高壓變頻器單元的設計。本發(fā)明的驗證方法包括以下4個步驟步驟1，將三個被測試的功率單元構成Y形連接，重構成一個三電平變頻器，步驟2，由電源系統(tǒng)I對各個功率單元供電，使三個功率單元構成的三電平變頻器拖動第I三相異步電機(Ml)運行，步驟3，由所述四象限能量回饋裝置以轉矩或轉速控制模式控制第2三相異步電機(M2)工作在發(fā)電狀態(tài)，將發(fā)出的電能回饋到電網，步驟4，控制風機流量控制系統(tǒng)，以強迫風冷散熱的方式對所述功率單元進行冷卻。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，只要在本發(fā)明的 精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種級聯式高壓變頻器功率單元設計的驗證裝置，其特征在于，包括單元重構系統(tǒng)，電源系統(tǒng)，電機機組及四象限能量回饋系統(tǒng)和風機流量控制系統(tǒng)，所述單元重構系統(tǒng)采用三個被測試的功率單元構成Y形連接，重構成一個三電平變頻器；所述電機機組由第I三相異步電機(Ml)與第2三相異步電動機(M2)構成，兩者同軸連接，所述電源系統(tǒng)用于對各個功率單元供電，使三個功率單元構成的三電平變頻器拖動第I三相異步電機(Ml)運行，所述四象限能量回饋裝置以轉矩或轉速控制模式控制第2三相異步電機(M2)工作在發(fā)電狀態(tài)，將發(fā)出的電能回饋到電網，所述風機流量控制系統(tǒng)以強迫風冷散熱的方式對所述功率單元進行冷卻。
2.根據權利要求I所述的級聯式高壓變頻器功率單元設計的驗證裝置，其特征在于，所述電源系統(tǒng)為移相變壓器，原邊與電網直接相連，副邊三套三相對稱繞組分別與所述三個功率單元相連，每套繞組移相60°。
3.根據權利要求I或2所述的級聯式高壓變頻器功率單元設計的驗證裝置，其特征在于，所述風機流量控制系統(tǒng)包括低壓變頻調速器和流量傳感器，由變頻調速器自帶的PID控制和流量傳感器一起構成恒流量強迫風冷控制系統(tǒng)。
4.根據權利要求I或2所述的級聯式高壓變頻器功率單元設計的驗證裝置，所述功率單元的額定輸出電壓為UN，額定電流為IN，重構成的三電平變頻器的額定輸出電壓為V 3UN，額定輸出電流為In，其特征在于，所述第I三相異步電機(Ml)采用額定電壓為V 3Un，額定電流為In的電機。
5.一種級聯式高壓變頻器功率單元設計的驗證方法，其特征在于，采用權利要求I至4中任一項所述的級聯式高壓變頻器功率單元設計的驗證裝置，其步驟包括， 步驟1，將三個被測試的功率單元構成Y形連接，重構成一個三電平變頻器， 步驟2，由電源系統(tǒng)對各個功率單元供電，使三個功率單元構成的三電平變頻器拖動第I三相異步電機(Ml)運行， 步驟3，由四象限能量回饋裝置以轉矩或轉速控制模式控制與第I三相異步電機(Ml)同軸連接的第2三相異步電機(M2)工作在發(fā)電狀態(tài)，將發(fā)出的電能回饋到電網， 步驟4，控制風機流量控制系統(tǒng)，以強迫風冷散熱的方式對所述功率單元進行冷卻。
全文摘要
本發(fā)明提供一種級聯式高壓變頻器功率單元設計的驗證裝置和方法，包括單元重構系統(tǒng)2，電源系統(tǒng)1，電機機組及四象限能量回饋系統(tǒng)3和風機流量控制系統(tǒng)4，單元重構系統(tǒng)2采用三個被測試的功率單元構成Y形連接，重構成一個三電平變頻器；電機機組由第1三相異步電機(M1)與第2三相異步電動機(M2)構成，兩者同軸連接，電源系統(tǒng)1用于對各個功率單元供電，使三個功率單元構成的三電平變頻器拖動第1三相異步電機(M1)運行，四象限能量回饋裝置以轉矩或轉速控制模式控制第2三相異步電機(M2)工作在發(fā)電狀態(tài)，將發(fā)出的電能回饋到電網，所述風機流量控制系統(tǒng)以強迫風冷散熱的方式對所述功率單元進行冷卻。
文檔編號G01R31/00GK102778624SQ20121026896
公開日2012年11月14日 申請日期2012年7月30日 優(yōu)先權日2012年7月30日
發(fā)明者單升華, 李瑞英 申請人:北京合康億盛變頻科技股份有限公司