專利名稱：一種直流電機(jī)溫升試驗(yàn)方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種直流電機(jī)試驗(yàn)方法和設(shè)備，特別是一種直流電機(jī)溫升試驗(yàn)方法和裝置。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的直流電機(jī)溫升試驗(yàn)是在額定功率或銘牌電流、電壓和額定轉(zhuǎn)速下用直接負(fù)載法進(jìn)行，加負(fù)載的方法一般采用回饋法。其方法是將被試電機(jī)與相應(yīng)規(guī)格的另一臺直流電機(jī)在機(jī)械上和電氣上相互連接，其中一臺電機(jī)做電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，而另一臺則作發(fā)電機(jī)運(yùn)行。兩臺電機(jī)的損耗由線路電源或升壓機(jī)供給(如圖1和2所示)，兩臺電機(jī)的損耗也可由線路電源和升壓機(jī)聯(lián)合供給(如圖3所示)。
傳統(tǒng)試驗(yàn)方法需要有配對的電機(jī)，系統(tǒng)較為復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是要提供一種直流電機(jī)溫升試驗(yàn)方法和裝置，它用一臺變流器即可實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的溫升試驗(yàn)。本發(fā)明系統(tǒng)效率高，節(jié)能效果顯著。
一種直流電機(jī)溫升試驗(yàn)方法，其特征在于它將整流器、PWM斬波器和濾波器依次連接在交流電源輸入端和被試直流電機(jī)之間，將PWM斬波器的脈沖控制輸入端與一個(gè)控制單元的控制脈沖輸出端相連；控制單元根據(jù)輸入的頻率和幅值信號產(chǎn)生一個(gè)頻率為f、幅值為m的正弦信號，此正弦信號與直流平均電壓給定值相加，得到一個(gè)頻率為f的脈動(dòng)信號，此脈動(dòng)信號與來自三角波發(fā)生器的三角波信號相減，結(jié)果送PWM信號產(chǎn)生器產(chǎn)生一個(gè)PWM信號；所述PWM信號作為PWM斬波器的控制信號控制斬波器工作，使斬波器的輸出電壓的基本成分為一個(gè)直流電壓和一個(gè)頻率為f的正弦交流電壓相疊加的脈流電壓；此脈流電壓作用在被試直流電機(jī)上；調(diào)節(jié)正弦波的幅值m，即可調(diào)節(jié)電機(jī)試驗(yàn)電流的大??；改變頻率f，就可改變試驗(yàn)電流的頻率；改變直流電壓給定值Ud，就能改變被試電機(jī)的轉(zhuǎn)速；使流向被試電機(jī)的交流電流的有效值與電機(jī)的額定直流電流值等效，即可對電機(jī)進(jìn)行溫升試驗(yàn)。
按照上述方法，其裝置包括直流濾波電容器1、濾波器2，整流器3、PWM斬波器4和控制單元5，其中整流器3、PWM斬波器4和濾波器2依次串聯(lián)連接在交流電源輸入端和被試電機(jī)之間，所述直流濾波電容器1連接在所述整流器3的輸出端之間；所述控制單元5由正弦波發(fā)生器6、三角波發(fā)生器7、第一疊加器8、第二疊加器9和PWM信號發(fā)生器10構(gòu)成，所述正弦波發(fā)生器6的兩個(gè)輸入端分別與頻率輸入端和幅值輸入端相連，該正弦波發(fā)生器6的輸出端和直流平均電壓給定值輸入端與第一疊加器8的兩個(gè)輸入端相連，第一疊加器8的輸出端與第二疊加器9的調(diào)制信號輸入端相連，第二疊加器9的載波輸入端與三角波發(fā)生器7的三角波輸出端相連；第二疊加器9的輸出端與PWM信號發(fā)生器10的輸入端相連，該P(yáng)WM信號發(fā)生器10的控制脈沖輸出端與PWM斬波器4的脈沖控制輸入端對應(yīng)相連。
控制單元根據(jù)輸入的頻率和幅值信號產(chǎn)生一個(gè)頻率為f、幅值為m的正弦信號，此正弦信號與直流平均電壓給定值相加，得到一個(gè)頻率為f的脈動(dòng)信號，此脈動(dòng)信號與來自三角波發(fā)生器的三角波信號相減，結(jié)果送PWM信號產(chǎn)生器產(chǎn)生一個(gè)PWM信號。此PWM信號作為主電路PWM斬波器的控制信號，控制斬波器工作，使斬波器的輸出電壓的基本成分為一個(gè)直流電壓和一個(gè)頻率為f的正弦交流電壓相疊加的脈流電壓。此脈流電壓作用在被試直流電機(jī)上，由于機(jī)械慣性的作用，被試直流電機(jī)轉(zhuǎn)速只發(fā)生輕微的波動(dòng)，波動(dòng)頻率為f，由于電機(jī)的勵(lì)磁電流沒有變化，電機(jī)的電動(dòng)勢也只有輕微的波動(dòng)。當(dāng)被試電機(jī)的外施電壓大于電機(jī)的電動(dòng)勢時(shí)，電機(jī)工作在電動(dòng)機(jī)工況，當(dāng)被試電機(jī)的外施電壓小于電機(jī)的電動(dòng)勢時(shí)，電機(jī)工作在發(fā)電機(jī)工況。被試電機(jī)在電動(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)之間來回轉(zhuǎn)換。在電動(dòng)機(jī)工況，電流流入被試電機(jī)；在發(fā)電機(jī)工況，電流從被試電機(jī)流出回饋到中間直流環(huán)節(jié)，即流向被試電機(jī)的電流實(shí)際是一個(gè)交流電流。通過調(diào)節(jié)正弦波的幅值m，即可調(diào)節(jié)電機(jī)試驗(yàn)電流的大??；改變頻率f，就可改變試驗(yàn)電流的頻率；改變直流電壓給定值Ud，就能改變被試電機(jī)的轉(zhuǎn)速。使流向被試電機(jī)的交流電流的有效值與電機(jī)的額定直流電流值等效，即可對電機(jī)進(jìn)行溫升試驗(yàn)。


圖1為采用兩臺電機(jī)對拖進(jìn)行溫升試驗(yàn)的電路結(jié)構(gòu)原理示意圖；圖2為采用兩臺電機(jī)和升壓進(jìn)行溫升試驗(yàn)的電路結(jié)構(gòu)原理示意圖；圖3為采用線路電源、兩臺電機(jī)和升壓進(jìn)行溫升試驗(yàn)的電路結(jié)構(gòu)原理示意圖；圖4為本發(fā)明電路原理結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為斬波器采用一對功率器件時(shí)的電路原理結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為斬波器采用兩對功率器件時(shí)的電路原理結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為斬波器采用三對功率器件時(shí)的電路原理結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例一如圖4所示，它包括直流濾波電容器1、濾波器2，整流器3、PWM斬波器4和控制單元5，其中整流器3、PWM斬波器4和濾波器2依次串聯(lián)連接在交流電源輸入端和被試電機(jī)之間，所述直流濾波電容器1連接在所述整流器3的輸出端之間；所述控制單元5由正弦波發(fā)生器6、三角波發(fā)生器7、第一疊加器8、第二疊加器9和PWM信號發(fā)生器10構(gòu)成，所述正弦波發(fā)生器6的兩個(gè)輸入端分別與頻率輸入端和幅值輸入端相連，該正弦波發(fā)生器6的輸出端和直流平均電壓給定值輸入端與第一疊加器8的兩個(gè)輸入端相連，第一疊加器8的輸出端與第二疊加器9的調(diào)制信號輸入端相連，第二疊加器9的載波輸入端與三角波發(fā)生器7的三角波輸出端相連；第二疊加器9的輸出端與PWM信號發(fā)生器10的輸入端相連，該P(yáng)WM信號發(fā)生器10的控制脈沖輸出端與PWM斬波器4的脈沖控制輸入端對應(yīng)相連。直流濾波電容器1為中間直流環(huán)節(jié)，其中PWM斬波器為可以實(shí)現(xiàn)能量回饋的可逆式斬波器。
實(shí)施例二如圖5所示，所述PWM斬波器4包括兩個(gè)連接在所述整流器3的輸出端之間的兩個(gè)可控功率器件，這兩個(gè)功率器件依次串聯(lián)，其控制端分別與所述控制單元5的PWM信號發(fā)生器10的控制脈沖輸出端相連；所述濾波器2由電抗器、電容器構(gòu)成，電容器連接在被試驗(yàn)直流電機(jī)兩個(gè)輸入端之間，電抗器連接在被試驗(yàn)直流電機(jī)的電源正端和兩個(gè)功率器件的連接中點(diǎn)之間。其余部分和實(shí)施例一相同。
實(shí)施例三如圖6所示，所述PWM斬波器4包括兩個(gè)連接在所述整流器3的輸出端之間的四個(gè)可控功率器件，四個(gè)功率器件分兩組，各組的兩個(gè)功率器件分別依次串聯(lián)，其控制端分別與所述控制單元5的PWM信號發(fā)生器10的控制脈沖輸出端相連；所述濾波器2由電抗器、電容器構(gòu)成，電容器連接在被試驗(yàn)直流電機(jī)兩個(gè)輸入端之間，各組的兩個(gè)功率器件的連接中點(diǎn)分別通過一個(gè)電抗器與被試驗(yàn)直流電機(jī)的電源正端相連接。其余部分和實(shí)施例一相同。
實(shí)施例四如圖7所示，所述PWM斬波器4包括兩個(gè)連接在所述整流器3的輸出端之間的六個(gè)可控功率器件，六個(gè)功率器件分三組，各組的兩個(gè)功率器件分別依次串聯(lián)，其控制端分別與所述控制單元5的PWM信號發(fā)生器10的控制脈沖輸出端相連；所述濾波器2由電抗器、電容器構(gòu)成，電容器連接在被試驗(yàn)直流電機(jī)兩個(gè)輸入端之間，各組的兩個(gè)功率器件的連接中點(diǎn)分別通過一個(gè)電抗器與被試驗(yàn)直流電機(jī)的電源正端相連接。其余部分和實(shí)施例一相同。
在上述實(shí)施例中，控制單元根據(jù)輸入的頻率和幅值信號產(chǎn)生一個(gè)頻率為f、幅值為m的正弦信號，此正弦信號與直流平均電壓給定值相加，得到一個(gè)頻率為f的脈動(dòng)信號，此脈動(dòng)信號與來自三角波發(fā)生器的三角波信號相減，結(jié)果送PWM信號產(chǎn)生器產(chǎn)生一個(gè)PWM信號。此PWM信號作為主電路PWM斬波器的控制信號，控制斬波器工作，使斬波器的輸出電壓的基本成分為一個(gè)直流電壓和一個(gè)頻率為f的正弦交流電壓相疊加的脈流電壓。此脈流電壓作用在被試直流電機(jī)上，由于機(jī)械慣性的作用，被試直流電機(jī)轉(zhuǎn)速只發(fā)生輕微的波動(dòng)，波動(dòng)頻率為f，由于電機(jī)的勵(lì)磁電流沒有變化，電機(jī)的電動(dòng)勢也只有輕微的波動(dòng)。當(dāng)被試電機(jī)的外施電壓大于電機(jī)的電動(dòng)勢時(shí)，電機(jī)工作在電動(dòng)機(jī)工況，當(dāng)被試電機(jī)的外施電壓小于電機(jī)的電動(dòng)勢時(shí)，電機(jī)工作在發(fā)電機(jī)工況。被試電機(jī)在電動(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)之間來回轉(zhuǎn)換。在電動(dòng)機(jī)工況，電流流入被試電機(jī)；在發(fā)電機(jī)工況，電流從被試電機(jī)流出回饋到中間直流環(huán)節(jié)，即流向被試電機(jī)的電流實(shí)際是一個(gè)交流電流。通過調(diào)節(jié)正弦波的幅值m，即可調(diào)節(jié)電機(jī)試驗(yàn)電流的大?。桓淖冾l率f，就可改變試驗(yàn)電流的頻率；改變直流電壓給定值Ud，就能改變被試電機(jī)的轉(zhuǎn)速。使流向被試電機(jī)的交流電流的有效值與電機(jī)的額定直流電流值等效，即可對電機(jī)進(jìn)行溫升試驗(yàn)。
由于試驗(yàn)方法與傳統(tǒng)試驗(yàn)方法相比，省去了一臺陪試電機(jī)和升壓機(jī)，系統(tǒng)構(gòu)成簡單，可大大降低試驗(yàn)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高單位時(shí)間內(nèi)的試驗(yàn)效率。特別是，對于大型直流電機(jī)，如果只生產(chǎn)一臺，也可通過此方法完成溫升試驗(yàn)，不需要相應(yīng)的陪試電機(jī)。另外，從能量消耗上講，此試驗(yàn)方法，只需提供補(bǔ)充電機(jī)空載損耗的能量，試驗(yàn)效率高，節(jié)能效果顯著。
權(quán)利要求
1.一種直流電機(jī)溫升試驗(yàn)方法，其特征在于它將整流器、PWM斬波器和濾波器依次連接在交流電源輸入端和被試直流電機(jī)之間，將PWM斬波器的脈沖控制輸入端與一個(gè)控制單元的控制脈沖輸出端相連；控制單元根據(jù)輸入的頻率和幅值信號產(chǎn)生一個(gè)頻率為f、幅值為m的正弦信號，此正弦信號與直流平均電壓給定值相加，得到一個(gè)頻率為f的脈動(dòng)信號，此脈動(dòng)信號與來自三角波發(fā)生器的三角波信號相減，結(jié)果送PWM信號產(chǎn)生器產(chǎn)生一個(gè)PWM信號；所述PWM信號作為PWM斬波器的控制信號控制斬波器工作，使斬波器的輸出電壓的基本成分為一個(gè)直流電壓和一個(gè)頻率為f的正弦交流電壓相疊加的脈流電壓；此脈流電壓作用在被試直流電機(jī)上；調(diào)節(jié)正弦波的幅值m，即可調(diào)節(jié)電機(jī)試驗(yàn)電流的大小；改變頻率f，就可改變試驗(yàn)電流的頻率；改變直流電壓給定值Ud，就能改變被試電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使流向被試電機(jī)的交流電流的有效值與電機(jī)的額定直流電流值等效，即可對電機(jī)進(jìn)行溫升試驗(yàn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的一種直流電機(jī)溫升試驗(yàn)裝置，其特征在于它包括直流濾波電容器(1)、濾波器(2)，整流器(3)、PWM斬波器(4)和控制單元(5)，其中整流器(3)、PWM斬波器(4)和濾波器(2)依次串聯(lián)連接在交流電源輸入端和被試電機(jī)之間，所述直流濾波電容器(1)連接在所述整流器(3)的輸出端之間；所述控制單元(5)由正弦波發(fā)生器(6)、三角波發(fā)生器(7)、第一疊加器(8)、第二疊加器(9)和PWM信號發(fā)生器(10)構(gòu)成，所述正弦波發(fā)生器(6)的兩個(gè)輸入端分別與頻率輸入端和幅值輸入端相連，該正弦波發(fā)生器(6)的輸出端和直流平均電壓給定值輸入端與第一疊加器(8)的兩個(gè)輸入端相連，第一疊加器(8)的輸出端與第二疊加器(9)的調(diào)制信號輸入端相連，第二疊加器(9)的載波輸入端與三角波發(fā)生器(7)的三角波輸出端相連；第二疊加器(9)的輸出端與PWM信號發(fā)生器(10)的輸入端相連，該P(yáng)WM信號發(fā)生器(10)的控制脈沖輸出端與PWM斬波器(4)的脈沖控制輸入端對應(yīng)相連。
3.如權(quán)利要求1的一種直流電機(jī)溫升試驗(yàn)裝置，其特征在于所述PWM斬波器(4)包括兩個(gè)連接在所述整流器(3)的輸出端之間的兩個(gè)可控功率器件，這兩個(gè)功率器件依次串聯(lián)，其控制端分別與所述控制單元(5)的PWM信號發(fā)生器(10)的控制脈沖輸出端相連；所述濾波器(2)由電抗器、電容器構(gòu)成，電容器連接在被試驗(yàn)直流電機(jī)兩個(gè)輸入端之間，電抗器連接在被試驗(yàn)直流電機(jī)的電源正端和兩個(gè)功率器件的連接中點(diǎn)之間。
4.如權(quán)利要求1的一種直流電機(jī)溫升試驗(yàn)裝置，其特征在于所述PWM斬波器(4)包括兩個(gè)連接在所述整流器(3)的輸出端之間的四個(gè)可控功率器件，四個(gè)功率器件分兩組，各組的兩個(gè)功率器件分別依次串聯(lián)，其控制端分別與所述控制單元(5)的PWM信號發(fā)生器(10)的控制脈沖輸出端相連；所述濾波器(2)由電抗器、電容器構(gòu)成，電容器連接在被試驗(yàn)直流電機(jī)兩個(gè)輸入端之間，各組的兩個(gè)功率器件的連接中點(diǎn)分別通過一個(gè)電抗器與被試驗(yàn)直流電機(jī)的電源正端相連接。
5.如權(quán)利要求1的一種直流電機(jī)溫升試驗(yàn)裝置，其特征在于所述PWM斬波器(4)包括兩個(gè)連接在所述整流器(3)的輸出端之間的六個(gè)可控功率器件，六個(gè)功率器件分三組，各組的兩個(gè)功率器件分別依次串聯(lián)，其控制端分別與所述控制單元(5)的PWM信號發(fā)生器(10)的控制脈沖輸出端相連；所述濾波器(2)由電抗器、電容器構(gòu)成，電容器連接在被試驗(yàn)直流電機(jī)兩個(gè)輸入端之間，各組的兩個(gè)功率器件的連接中點(diǎn)分別通過一個(gè)電抗器與被試驗(yàn)直流電機(jī)的電源正端相連接。
全文摘要
一種直流電機(jī)溫升試驗(yàn)方法和裝置，它將整流器、PWM斬波器和濾波器依次連接在電源輸入端和被試電機(jī)之間，將斬波器的脈沖控制輸入端與一個(gè)控制單元的控制脈沖輸出端相連；控制單元產(chǎn)生一個(gè)正弦信號與直流平均電壓給定值相加得到一個(gè)脈動(dòng)信號，此信號與三角波發(fā)生器的信號相減，結(jié)果送PWM信號產(chǎn)生器產(chǎn)生一個(gè)PWM信號作為PWM斬波器的控制信號，斬波器的輸出電壓為一個(gè)脈流電壓；此電壓作用在被試電機(jī)上；調(diào)節(jié)正弦波的幅值、頻率和直流電壓給定值，就能改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速。使流向電機(jī)的交流電流的有效值與電機(jī)的額定直流電流值等效，即可對電機(jī)進(jìn)行溫升試驗(yàn)。本方法系統(tǒng)構(gòu)成簡單，工作強(qiáng)度降低，工作效率提高，試驗(yàn)系統(tǒng)效率高，節(jié)能效果顯著。
文檔編號G01R31/34GK1975451SQ20061013684
公開日2007年6月6日 申請日期2006年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月12日
發(fā)明者何多昌, 尚敬, 曹國榮, 李軍, 張敏 申請人:中國南車集團(tuán)株洲電力機(jī)車研究所, 株洲變流技術(shù)國家工程研究中心