专利名称：级联式高压变频器功率单元设计的验证装置和方法
技术领域：
本发明应用于工业电气传动领域，涉及对级联式高压变频器用功率单元设计的验证装置和方法。
背景技术：
对级联式高压变频器功率单元设计的验证，现有技术中通常采用LR串联负载的试验方法。这种现有技术的优点是结构简单，价格便宜。缺点是无法对功率单元的设计进行有效的验证，这主要有以下几个方面的原因。
I.为功率单元提供的负载为LR串联负载，功率单元的输出功率因数低，无法模拟变频器带实际电机负载运行的效果。功率因数低会导致功率单元中的IGBT开关损耗减小、直流母线电压波动小，输出有功电流小，各种试验都无法较好达到验证设计的目的；2.如果将LR串联负载中的R部分增大L部分减小，以期增大功率因数，则会耗费大量电能，耗费的电能在电阻上变成热能浪费掉，既不经济又不环保；3.对功率单元的冷却与产品实际使用时的状况差距较大，无法很好模拟产品使用时的情况，验证的意义不大。本发明的目的在于提供一种级联式高压变频器功率单元设计的验证装置和方法，尽可能真实地模拟级联式高压变频器功率单元在实际应用时的工作状况，以较简单的结构达到精确验证单元设计的目的，而且节省电能。

发明内容
本发明的技术方案包括四个部分，第一部分是电源系统；第二部分是风机流量控制系统；第三部分是单元重构系统；第四部分是电机机组及四象限能量回馈系统。电源系统给重构后的单元供电，重构后的单元作为一个三电平变频器拖动第I三相异步电机(Ml)运行，第2三相异步电动机(M2)与第I三相异步电机(Ml)同轴，四象限能量回馈装置以转矩或转速控制模式控制第2三相异步电动机(M2)工作在发电状态，即第2三相异步电动机(M2)的电磁转矩与转速方向相反，达到加载的目的，同时四象限能量回馈装置将发出的电能回馈到电网，供其他设备使用，达到节能的目的。由于四象限能量回馈装置可以控制第2三相异步电动机(M2)恒转矩运行或者恒速度运行，转矩或速度的大小可以通过四象限能量回馈装置自由设定，从而达到自由调节异步电机Ml的负载大小，实际上等同于调节被验证单元负载的大小，可以以不同的负载对功率单元进行验证。功率单元中功率器件产生的热量由风机流量控制系统采用强迫风冷散热的方式冷却，风机流量控制系统可以采用低压变频调速器和流量传感器，由变频调速器自带的PID控制和流量传感器一起构成恒流量强迫风冷控制系统，这样流量大小可以自由设定，从而精确模拟功率单元在高压变频器中真实的冷却状态。


图I是高压变频器用功率单元设计的验证装置的说明框图。
具体实施例方式本发明的实施方式如图I所示由四部分构成。第一部分是电源系统I ;第二部分是风机流量控制系统4 ;第三部分是单元重构系统2 ;第四部分是电机机组及四象限能量回馈系统3。单元重构系统2由三个功率单元构成Y (星形)连接，重构成一个三电平变频器。电源系统I给功率单元供电，使重构后的单元作为一个三电平变频器拖动第I三相异步电机(Ml)运行，第2三相异步电动机(M2)与第I三相异步电机(Ml)同轴，四象限能量回馈装置以转矩或转速控制模式控制第2三相异步电动机(M2)工作在发电状态，即第2三相异步电动机(M2)的电磁转矩与转速方向相反，达到加载的目的，同时四象限能量回馈装置将发出的电能回馈到电网，供其他设备使用，达到节能的目的。由于试验验证时同时对三个单 元进行验证，具有普遍性。四象限能量回馈装置控制第2三相异步电动机(M2)恒转矩运行或者恒速度运行，转矩或速度的大小可以通过四象限能量回馈装置自由设定，从而达到自由调节第I三相异步电机(Ml)的负载大小，实际上等同于调节被验证单元负载的大小，以不同的负载对功率单元进行验证。功率单元中功率器件产生的热量由风机流量控制系统2采用强迫风冷散热的方式冷却，风机流量控制系统2采用低压变频调速器和流量传感器，由变频调速器自带的PID控制和流量传感器一起构成恒流量强迫风冷控制系统，这样流量大小可以自由设定，从而精确模拟功率单元在高压变频器中真实的冷却状态。在图I的实施方式中，电源系统I采用移相变压器，原边与电网直接相连，副边三套三相对称绕组分别与被测试的三个功率单元相连，每套绕组移相60°，因而能够减小网侧谐波含量，降低对电网的影响。如果功率单元的额定输出电压为Un，额定电流为In，则重构成的三电平变频器的额定输出电压为V 3 (根号3,以下同)Un,额定输出电流为In,第I三相异步电机(Ml)米用额定电压为V 3UN，额定电流为In的电机，与功率单元保持匹配。四象限能量回馈装置可以是但不限于北京合康亿盛变频科技股份有限公司生产的带能量回馈的高压变频器。由于整个验证装置可以精确控制冷却风机的流量，因此可以精确模拟实际高压变频器的工况，同时由于被测试功率单元的负载是三相异步电机，使得被测试单元的功率因数非常接近实际高压变频器的工作状况，因此本发明方案具有用低压小功率运行精确模拟高压大功率变频器单元实际工况的效果，能够充分验证级联式高压变频器单元的设计。本发明的验证方法包括以下4个步骤步骤1，将三个被测试的功率单元构成Y形连接，重构成一个三电平变频器，步骤2，由电源系统I对各个功率单元供电，使三个功率单元构成的三电平变频器拖动第I三相异步电机(Ml)运行，步骤3，由所述四象限能量回馈装置以转矩或转速控制模式控制第2三相异步电机(M2)工作在发电状态，将发出的电能回馈到电网，步骤4，控制风机流量控制系统，以强迫风冷散热的方式对所述功率单元进行冷却。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，只要在本发明的 精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种级联式高压变频器功率单元设计的验证装置，其特征在于，包括单元重构系统，电源系统，电机机组及四象限能量回馈系统和风机流量控制系统，所述单元重构系统采用三个被测试的功率单元构成Y形连接，重构成一个三电平变频器；所述电机机组由第I三相异步电机(Ml)与第2三相异步电动机(M2)构成，两者同轴连接，所述电源系统用于对各个功率单元供电，使三个功率单元构成的三电平变频器拖动第I三相异步电机(Ml)运行，所述四象限能量回馈装置以转矩或转速控制模式控制第2三相异步电机(M2)工作在发电状态，将发出的电能回馈到电网，所述风机流量控制系统以强迫风冷散热的方式对所述功率单元进行冷却。
2.根据权利要求I所述的级联式高压变频器功率单元设计的验证装置，其特征在于，所述电源系统为移相变压器，原边与电网直接相连，副边三套三相对称绕组分别与所述三个功率单元相连，每套绕组移相60°。
3.根据权利要求I或2所述的级联式高压变频器功率单元设计的验证装置，其特征在于，所述风机流量控制系统包括低压变频调速器和流量传感器，由变频调速器自带的PID控制和流量传感器一起构成恒流量强迫风冷控制系统。
4.根据权利要求I或2所述的级联式高压变频器功率单元设计的验证装置，所述功率单元的额定输出电压为UN，额定电流为IN，重构成的三电平变频器的额定输出电压为V 3UN，额定输出电流为In，其特征在于，所述第I三相异步电机(Ml)采用额定电压为V 3Un，额定电流为In的电机。
5.一种级联式高压变频器功率单元设计的验证方法，其特征在于，采用权利要求I至4中任一项所述的级联式高压变频器功率单元设计的验证装置，其步骤包括， 步骤1，将三个被测试的功率单元构成Y形连接，重构成一个三电平变频器， 步骤2，由电源系统对各个功率单元供电，使三个功率单元构成的三电平变频器拖动第I三相异步电机(Ml)运行， 步骤3，由四象限能量回馈装置以转矩或转速控制模式控制与第I三相异步电机(Ml)同轴连接的第2三相异步电机(M2)工作在发电状态，将发出的电能回馈到电网， 步骤4，控制风机流量控制系统，以强迫风冷散热的方式对所述功率单元进行冷却。
全文摘要
本发明提供一种级联式高压变频器功率单元设计的验证装置和方法，包括单元重构系统2，电源系统1，电机机组及四象限能量回馈系统3和风机流量控制系统4，单元重构系统2采用三个被测试的功率单元构成Y形连接，重构成一个三电平变频器；电机机组由第1三相异步电机(M1)与第2三相异步电动机(M2)构成，两者同轴连接，电源系统1用于对各个功率单元供电，使三个功率单元构成的三电平变频器拖动第1三相异步电机(M1)运行，四象限能量回馈装置以转矩或转速控制模式控制第2三相异步电机(M2)工作在发电状态，将发出的电能回馈到电网，所述风机流量控制系统以强迫风冷散热的方式对所述功率单元进行冷却。
文档编号G01R31/00GK102778624SQ20121026896
公开日2012年11月14日 申请日期2012年7月30日 优先权日2012年7月30日
发明者单升华, 李瑞英 申请人:北京合康亿盛变频科技股份有限公司